几起粗氩塔氮塞事故的原因分析

刘智灵 王建新

摘要：详细介绍了因氮气流量计工作压力下降、指示偏低，实际氮气流量偏大而引起的主

      塔精馏工况异常，造成的粗氩塔氮塞事故的分析及防范措施。

关键词：氮流量；主塔；氮塞；防范措施；

一、概述

安阳钢铁公司制氧厂现有两套6000m³/h制氧机和两套14000 m³/h制氧机，其低压氧氮管网全部相互并联，若其中一套空分或压缩系统出现故障，产品可互送压缩。1^#14000 m³/h空分设备是由杭州制氧机厂制造的全低压常温分子筛净化、增压式透平膨胀机、加氢除氧制氩式流程。设备于1996年8月一次性试车投产至今无扒塔检修，设备运行状况良好。其间经过我们深挖潜力，精化操作，设备的各项产品产量质量都有了很大的提高。

具体参数见表 １

     2002年11月12日至17日2^#14000 m³/h空透故障停车抢修期间，1^#14000 m³/h空分在24小时内出现了三次粗氩塔氮塞事故。

二．故障经过

2002年11月12日7：00, 2^#14000 m³/h空气透平压缩机准备停车抢修，该车间16000 m³/h氮透和6000 m³/h氮透改由1^#14000 m³/h空分和2^#6000 m³/h空分向其供低压氮气。上午11：30因氧气管网压力较低，为增加氧气产量，我们将膨胀空气量由14700m3/h降至10400m3/h同时将膨胀空气旁通污氮管道阀门Ｖ５由两圈关至全关。12：50氩馏份由含氧92％上升至92。84％所以把氧产量由15200 m³/h提至15350 m³/h，14：50氩馏份在无任何下降趋势的情况下突然开始下降，操作工马上将氧产量从15350 m³/h压至15000 m³/h，10分钟后氩馏份仍继续下降，同时粗氩纯度也由含氩98。5％开始下降，操作工又将氧产量压至14000 m³/h，15：20氩馏份下至85％后开始回升，但粗氩纯度已下降至82％含氩，造成粗氩塔氮塞。当时认为是氧气产量提的过多所引起的氮塞。１小时后工况恢复正常。

18：40中班人员发现主冷液氧液位从3020ｍｍ下降至2900ｍｍ认为冷量不足，将膨胀空气量由10400 m³/h增至13100 m³/h，19：00氩馏份再次突然下降，因白班没交清Ｖ５阀已全关，所以中班增膨胀量后也未开Ｖ５阀，更加大了氮塞的可能性。在大幅度压产品氧的情况下还是造成粗氩塔氮塞。随后将Ｖ５阀开两圈，将膨胀量降至10000 m³/h，两小时后工况恢复正常。

13日夜班，随着氩馏份的逐步上长至94.7%含氧，氧气产量也逐步提至15700 m³/h左右，氩馏份也保持在94.7%至95% , 6：20主冷液氧液位又开始有下降趋势，由3020mm下降至2900mm，操作工将膨胀量由10000 m³/h提至11500 m³/h，6：50氩馏份在保持上长趋势的情况下再次突然急剧下降，操作工马上将氧产量压到13300 m³/h，但还是再次氮塞。

当时初步对三次氮塞的分析是（1）氧气产量提取过大。（2）进上塔膨胀空气量过大。所以采用减少氧气产量和增大V5旁通量的方法使氩馏份保持在94.5%以上来维持正常生产。11月17日13：30 ，2^#14000 m³/h空分开车正常后改用自产氮气，1^#14000 m³/h空分关闭送氮阀由放空阀自调放空，随后氧产量也逐步提高，氩馏份也下降至92%左右，工况一切恢复正常。

三、故障分析

我们结合报表及工况趋势图进行了认真的比较和分析，认为这几次氮塞事故与以往氮塞有所不同,一是氩馏份是在较高的情况下且无任何的下降趋势下发生的。二是每次氮塞均与分子筛切换无关。究其原因:

一是进上塔膨胀空气量是否过大？根据资料介绍，进上塔膨胀空气量一般不大于15%加工空气量上塔是能够承受的，而这次进上塔膨胀空气量为10400 m³/h，只占加工空气量的13%，根据我们以往的操作经验认为全关V5阀让膨胀空气全部送入上塔不该是造成这几次氩塞事故的主要原因。

二是氧气产量提取过大：根据以往操作经验，在同等工况下氧产量增加后氩馏份一般会缓慢下降，即便氩馏份下降至88%含氧，再小幅压氧产量氩馏份就会回升。而这几次氮塞过程中的提氧幅度较以往并不大，且发现氩馏份开始下降后压氧量却比过去大的多，（因氩馏份下降趋势很快）反而没能控制住，所以这也不该是主要原因。

三是我们根据这几次氮塞是在向2^#14000 m³/h制氧机氮压机送低压氮后所发生的，且停止送氮后又完全恢复正常的特点，对送氮前后的氮气产量及氮气出装置压力进行了对比：送氮前氮产量FIC103设定值SV=15900 m³/h，实际PV值也一直保持在15900 m³/h左右，氮气出装置压力PIC103也基本保持在11Kpa。送氮后，氮产量FIC103设定值没改变还是15900 m³/h，而实际值却为15600 m³/h左右，氮气出装置压力PIC103降为4Kpa。为什么送氮后氮产量减少了氮气出装置压力不是升高而低了呢？哪到是氮气流量指示不准了吗？我们通过和仪控技术人员讨论分析后认为，在向2^#14000 m³/h两台氮透供氮期间，若氮透抽取量过大，会使氮气低压管网压力降低，虽然氮气流量FIC103有系数补偿，当工作压力降低过多，当时低压氮气压力PIC103只有4Kpa，已超过其补偿范围，FIC103就会出现指示偏低，实际氮气流量已远超过15600 m³/h以上。

氮产量的偏大，出装置压力的降低使上塔顶部压力也随之降低，上塔压差增大，上升气体流速增快，塔板持液量相应增大，氧提取率降低。当氮透自调节时氮气流量出现波动，或进上塔膨胀空气量的波动，就会使上塔出现轻微的漏液，使氩馏份含氮量增加，造成粗氩塔氮塞。而从当时的趋势图上也可看出先是副塔阻力由3.45Kpa逐步上升至3.8Kpa,上塔阻力由33Kpa上至35.4Kpa,主冷液氧液位同时由3020mm下降至2900mm,副塔和上塔阻力开始下降后,氩馏份才急剧下降发生氮塞的。而造成氮气出装置压力降低流量增大的原因是，氮透开始抽氮使低压氮气管网压力下降，氮气流量FIC103指示15600 m³/h，偏低于设定值15900 m³/h，FIC103就会使氮气放空阀V108自动开大至全开，来增加氮气放空量，使FIC103PV指示值达到SV设定值。而氮气放空量的增加，使氮气出装置压力更低，实际氮气提取量更大，氮气流量指示值也更低，也更加剧了工况的恶习化，造成粗氩塔氮塞。

       流量调节流程见图一：

四、经验总结

    出现上述情况首先是尽可能的避免氮透抽取量过大问题，2^#14000 m³/h两台氮透加起来最大抽取量是21000m³/h，虽然两套空分氮产量相加起来从数值可以满足2^#14000 m³/h两台氮透需求，但因2^#6000m3/h空分氮气出装置压力较低，设计是5Kpa，而1^#14000 m³/h空分氮气出装置压力设计值是12Kpa，这样就会出现1^#14000抽氮量增加，而2^#6000 m³/h氮气量因低压管网压力高而减少。可选择出装置压力稍高的1^#6000m3/h空分与1^#14000 m³/h空分共同送氮以缓解这种情况的发生。其二是当出现因抽氮压力较低氮气流量指示偏小，V108氮气放空阀全开时，可手动将V108阀关小使氮气出装置压力PIC103升高后再投自动控制，并将FIC103设定值SV相应设低些，来避免因设定值太高氮气放空阀开大的恶性循环现象发生。

    12月初2^#14000 m³/h空分计划检修，在向2^#14000 m³/h供氮后，再次出现氮气出装置压力和流量降低、上塔和副塔阻力升高的现象，我们采用上述方法，采用和1^#6000 m³/h空分一起供氮，手动关闭V108阀后，氮产量马上从15600 m³/h上升到15900 m³/h，氮气出装置压力也由4Kpa上升到9Kpa，工况一切恢复正常。

    在日常生产过程中对每个工艺参数所发生的变化我们都要认真思考，仔细观察，分析原因，及时处理，以减少故障的发生，确保设备稳产高产。

   作者简介：  刘智灵（1964—）工程师，1987年大学毕业，现任安钢制氧厂四车间主任