空分设备低温冷箱密封气控制分析

空分设备低温冷箱密封气控制分析

发布时间：2021-07-02T02:25:33.556Z 来源：《中国科技人才》2021年第10期 作者： 吕艳

[导读] 空分设备热开车，膨胀机启动提供冷量，冷箱内珠光砂温度逐步降低，冷箱内气体体积与压力逐步降低。

日照盈达气体有限公司 276800

摘要：空分设备低温冷箱为低温精馏塔、换热器、管道、阀门提供低温运行环境。冷箱内充填密度小、导热系数低的膨胀珍珠岩（珠光砂），同时，冷箱设置密封气系统，冷箱内充入低压氮气，不使冷箱形成负压或外界湿空气渗入，避免冷箱碳钢面板变形，减少冷箱跑

冷损失。空分设备低温冷箱密封气投运方式及密封气流量、压力、氧含量控制对空分设备低温冷箱安全投运、稳定运行、停机备用、故障

处理影响大。

关键词：空分设备；低温冷箱；密封气控制；分析

1空分设备开车

1.1空分设备热开车

空分设备热开车，膨胀机启动提供冷量，冷箱内珠光砂温度逐步降低，冷箱内气体体积与压力逐步降低。此时，根据膨胀机出口温度、入下塔正流空气温度降幅，投运冷箱密封气，避免冷箱形成负压或外界湿空气渗入。空分设备热开车，在上塔上部污氮气中氧含量、

顶部氮气纯度未合格时，冷箱密封气不使用空分设备上塔上部抽取的污氮气，冷箱密封气使用纯度合格的管网低压氮气，避免冷箱内氧气

含量高。空分设备热开车，主塔、粗氩塔、精氩塔全面同步冷却、逐次投运，冷箱内不同高度主塔、粗氩塔、精氩塔温度逐次降至正常运

行值，冷箱内不同高度珠光砂温度降幅不同。根据主塔、粗氩塔、精氩塔投运步骤，分阶段调节冷箱密封气压力。第1阶段，在冷箱内低温

设备冷却初期，通过调节使冷箱下部、中部、上部密封气压力相同，均小于0.3kPa。第2阶段，在投运粗氩塔、精氩塔时，根据冷箱内主

塔、粗氩塔、精氩塔高度，调节冷箱下部、中部、上部密封气压力逐次降低，冷箱下部、上部密封气压力分别不大于0.3、0.1kPa。第3阶

段，在空分设备氧气、氮气、氩气产量、纯度均达到正常运行值时，切换冷箱密封气的气源。

1.2空分设备冷开车

空分设备冷开车，冷箱内珠光砂温度低，冷箱内气体体积与压力降幅小。冷箱密封气使用纯度合格的管网低压氮气。在空压机启动、正流空气导入下塔时，根据冷箱内下塔、粗氩塔、主换热器基础温度变化，调节冷箱下部、中部、上部密封气压力至正常运行值，使冷箱

内3组基础温度均不小于-10℃，减少冷箱跑冷损失。在空分设备投运精氩塔时，保持冷箱下部、中部、上部密封气压力稳定状态，将冷箱

密封气的气源切换为空分设备上塔上部抽取的污氮气，降低管网低压氮气损耗。

2空分设备运行

2.1冷箱密封气分析

空分设备运行，冷箱内低温精馏塔、换热器、管道、阀门冷量持续扩散，扩散量大，冷箱内珠光砂处于低温状态。冷箱密封气使用上塔上部抽取的污氮气，根据冷箱内下塔、粗氩塔、主换热器基础温度变化与冷箱碳钢面板有无结露、结霜现象，调节冷箱下部、中部、上

部密封气压力。在冷箱内下塔、粗氩塔、主换热器基础温度均大于-10℃，冷箱碳钢面板无结露、结霜现象，空分设备精馏工况稳定时，控

制冷箱下部、中部、上部密封气压力分别不大于0.3、0.2、0.1kPa，最大限度减少低温冷箱跑冷损失。因冷箱碳钢面板锈蚀、人孔垫片及低

温阀门保温套筒损坏，外界空气导入，冷箱内珠光砂冻结成块状，珠光砂导热系数增大，使冷箱内低温设备冷量在较小面积扩散量增大，

冷箱碳钢面板结露。冷箱内下塔、粗氩塔、主换热器基础温度降至小于-10℃，大于低报警值，空分设备精馏工况稳定。在此状态，冷箱下

部、中部、上部密封气压力分别调至不大于0.3、0.3、0.2kPa，增大入冷箱密封气流量，不使冷箱内低温设备冷量在珠光砂中扩散量增大。

因冷箱内珠光砂沉降，冷箱内较少量低温气体泄漏，冷量渗入珠光砂，使冷箱内低温设备冷量在较大面积扩散量增大，冷箱碳钢面板结

霜。冷箱内下塔、粗氩塔、主换热器基础温度降至低报警值，空分设备精馏工况波动，液氧、液氮、液氩产量小于正常运行值，空分设备

运行安全系数低。在此状态，冷箱下部、中部、上部密封气压力分别调至不大于0.4、0.3、0.3kPa，提高入冷箱密封气流量，不使冷箱碳钢

面板长时间结霜发生低温脆裂。

2.2冷箱密封气控制实例

2013年6月，20000m3/h空分设备运行，主冷箱顶部存在较大面积结霜现象，冷箱内下塔基础温度降至-53℃。为保持设备冷量平衡，停止液氮生产，将液氧产量由1500m3/h减至400m3/h，同时将膨胀量由25000m3/h增至26000m3/h，保持主冷液位稳定。随着主冷箱顶部结霜面

积增大，氮气中氧含量由2×10-6升至4.3×10-6。开启主冷箱顶部人孔检查，主冷箱顶部珠光砂沉降，冷箱内上塔顶部辅塔裸露，上塔顶部辅

塔与冷箱外大气环境存在较大温差、热导率，上塔顶部辅塔冷量扩散，上塔顶部回流液体蒸发量增大、上升蒸气液化量减小，使上塔精馏

段回流比减小，氮气中氧含量增大。为此，首先，调节冷箱密封气转子流量计进气阀，使转子流量计浮子升高，将冷箱下部、中部、上部

密封气压力分别调至0.4、0.3、0.2kPa，增大入冷箱密封气流量，控制冷箱内3组基础温度均不小于-30℃。而后，2013年7月12日，20000m3/h空分设备运行，对主冷箱实施补填珠光砂作业。在主冷箱补填珠光砂时，控制冷箱下部、中部、上部密封气压力为0.2、0.1、

0.1kPa，减少入冷箱密封气流量，避免主冷箱顶部填充珠光砂的人孔有珠光砂外喷。最后，在珠光砂填充至主冷箱顶部人孔盖板处时，再次调节冷箱密封气转子流量计进气阀，将冷箱下部、中部、上部密封气压力分别调至0.3、0.2、0.1kPa，控制冷箱内3组基础温度均大于-10℃

3空分设备停机

在空分设备停机冷备用或停机排液、加温时，冷箱内低温精馏塔、换热器、管道、阀门冷量扩散量持续减少，冷箱内珠光砂处于升温状态。空分设备停机，上塔上部未能抽取污氮气，冷箱密封气使用氮气管网中低压氮气，根据冷箱内下塔、粗氩塔、主换热器基础温度变

化，调节冷箱下部、中部、上部密封气压力。在空分设备停机冷备用期间，为降低下塔、主冷、粗氩塔、精氩塔中低温液体蒸发量与珠光

砂升温幅度，减少入冷箱密封气流量，冷箱下部、中部、上部密封气压力均调至不大于0.1kPa，控制冷箱内下塔、粗氩塔、主换热器的基础

温度大于低报警值。在空分设备停机排液、加温时，为提高冷箱内低温设备与珠光砂升温幅度，增大入冷箱密封气流量，冷箱下部、中

部、上部密封气压力均调至不小于0.3kPa，使冷箱内下塔、粗氩塔、主换热器的基础温度大于0℃。

4空分设备冷箱低温脆裂

空分设备冷箱内低温精馏塔、换热器、管道、阀门故障，低温液体泄漏渗入珠光砂，冷量扩散至冷箱碳钢面板，冷箱碳钢面板温度降至小于-30℃时，碳钢面板内部金相组织破坏，冷箱低温脆裂。在空分设备冷箱发生低温脆裂时，低温液体气化，冷箱压力高及安全阀启

跳，冷箱基础温度小于-170℃，空分设备联锁跳机或手动紧急停机。空分设备冷箱低温脆裂停机，停运冷箱下部、中部、上部密封气，降

低冷箱内低温液体气化量，降低冷箱压力，避免冷箱碳钢面板变形。同时，开启冷箱顶部全部人孔泄压，对冷箱内低温设备进行排液。在

低温设备排液完毕，静置、全面加温时，保持冷箱顶部人孔全部开启状态，投运冷箱密封气。根据冷箱碳钢面板脆裂状态、冷箱顶部人孔

珠光砂状态与冷箱基础温度、冷箱密封气氧含量变化，调节冷箱密封气压力。首先，在冷箱内低温设备静置后期，调节冷箱下部、中部、

上部密封气压力均不大于0.1kPa，使冷箱内珠光砂中残留的较大量低温液体的气化量逐步增大。而后，在冷箱内低温设备全面加温，冷箱基

础温度升至高于联锁值时，调节冷箱下部、中部、上部密封气压力均不大于0.2kPa，增大渗入珠光砂中残留低温液体气化量。最后，在冷箱

基础温度升至高于低报警值时，调节冷箱下部、中部、上部密封气压力均不大于0.3kPa，清除冷箱中珠光砂冷量，使珠光砂复温。在低温设

备全面加温完成，冷箱基础温度升至不小于0℃，冷箱基础温度无降低现象时，停运、隔断冷箱密封气，对冷箱扒砂及检修低温设备。

5结束语

在20000m3/h空分设备开车、运行、停机、低温冷箱故障时，马钢通过分析冷箱密封气不同控制方法的具体运用，根据冷箱密封气压力、冷箱基础温度变化与冷箱现场实际状态，实施针对性冷箱密封气投运方式与密封气调节方法，保证空分设备开车安全、运行稳定。

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