下塔液空液位异常波动的分析

我厂5^#制氧机是于2003年5月投入生产运行的，该制氧机为内压缩流程制氧机。投产运行近两年来，运行状态一直良好，主要产品产量指标均达到或超过设计指标。但是在2005年2月至3月初，发生了五次由于下塔液空液位异常波动引起氧气纯度下降的现象，尤其是3月2日至3月3日，连续发生了三次，每次发生，都会造成氧气纯度下降及氩系统停产，对制氧机的正常生产及氧气的保供造成了威胁。

一、       现象

当下塔液空液位发生波动时，现象是：液空液位LIC-1上涨，反映在V1阀逐渐自动开大的过程（参考图一），V1阀最大开度超过60%（正常开度一般在50%）。后续的现象反映为：氩馏份量增加、粗氩塔底部液位上涨、液空出过冷器后的温度TI-5回升、精氩塔氩侧的压力升高、进入精氩塔的粗氩气流量降低、氧气纯度下降等。

二、分析

透过上述现象分析，我们认为：虽然下塔的液空液位显示是上涨的，但这只是一种假象，实际的液空液位是低的。因为只有这种情况才能给上述现象一个合理的解释。

V1阀的控制是由下塔液空液位的高、低来自动控制的。当液位低于设定值时，V1阀自动关小；当液位高于设定值时，V1阀自动开大。正常情况下，通过V1阀的流体均为液体，液位的控制设定值550mm也足以保证通过V1阀的流体是液体，V1阀50%左右的开度也足以维持精馏塔的正常工况。

当液空液位显示持续上涨，为了维持正常控制的液位，则V1阀持续开大，这时，通过V1阀的流体的量就要比正常情况下的量要增加，粗氩塔顶部冷凝器的冷量增加，抽取的馏份量就增加，相应地，粗氩塔冷凝的液体量增加，底部的液位上涨；由于液空液位的上涨只是一种假象，实际的空气液化量并没有增加，但是通过V1阀的液体量是比原来的要大，因此，这种情况下的下塔实际上是处于一

                            图一    

种入不敷出的状况，这种状况的延续，必然导致下塔底部积聚的液空被排空，通过V1阀的流体处于汽、液夹带的情况，由于气体的传热系数比液体的传热系数低，汽、液夹带的流体通过过冷器时的换热效果就要比全液体的流体通过过冷器时的换热效果来得差，反映出来的现象就是出过冷器后的液空温度TI-5升高；当汽、液夹带的流体通过精氩塔底部的再蒸发器时，精氩塔再蒸发器因温差加大使蒸发量增加，反映出来的现象就是精氩塔的压力升高，也即是进入精氩塔的粗氩气的背压升高，进一步反映出来的现象就是进入精氩塔的粗氩气流量降低。

所有工况变化反映出来的现象均表明：液空液位的上涨是一种假象，实际的液位是低的。

究竟是什么原因造成这种假象？是操作上的原因或是仪表故障的原因？

综合当时空分装置的各项参数，空气压缩机的电流、排气量均正常,其它部机的运行情况正常，空分工况未作任何调整，因此，操作方面的原因可以排除。

检查仪表的取样管线，未发现有泄漏（取样管线经过开启排污阀吹除后，液空液位最低显示为140mm，进一步验证了液位实际偏低的判断）；吹除取样管线时，畅通，也未发现有杂质；更换一条液位计取样管的正管来测量（设计上正压管有两条），仍然有相同的现象；校验差压变送器，正常。

所有与下塔液空液位测量相关联的仪表器具都检查过了，均未发现异常，再重新分析发生波动时的现象，判断问题可能出现在液位计取样管线的负压管上，负压管线内有可能被液体堵塞了。因为这种可能性可以对所有的现象给出一个合理的解释。

液位的测量是采用差压变送器来测量的，压差的大小反映出液位的高低。正常情况下，变送器测量到的压差是一个相对恒定的值，因此，液空液位显示出一个相对稳定的高度。当取样的负压管线内进入少量的液体时，由于冷箱内均处于冷态，液体不易蒸发（正常情况下，负压管线内的物态为气态），液体在负压管线内造成通道的堵塞，则正、负压管线的压差增大，反映出来就是液位的升高，为了维持液位在设定值，V1阀自动开大；随着进入负压管线内的液体逐渐地增加，通道的堵塞逐渐加重，正、负压管线的压差逐渐增大，显示出来的液位逐渐升高，则V1阀继续开大，但由于此时的液空液位实际上并不是真正的升高，当V1阀开大到一定程度时，通过V1阀的流体产生了汽、液夹带，于是就出现了前述的现象。

取样的负压管线为何会有液体进入？这有两种可能性：一是由于该制氧机已经运行了将近两年，分馏塔内难免会带入一些分子筛粉末、CO₂等杂质，这些杂质有可能长时间的一点点积累附着在负压取样管线的管口周围（由于制作时可能造成表面不平整），使得取样管口附近有可能存液，液体就有可能逐渐地进入取样管线积累而造成堵塞；二是取样管线在冷箱内不是完全固定死的而是可以相对活动的，随着装置运行时间的延长，冷箱内的保温充填物珠光砂会逐渐下沉（运行近两年来，已经补充过两次珠光砂），下沉的珠光砂有可能使得取样的负压管线也下沉，从而使该管线形成一个倾斜向下的坡度，这样，沿着塔内壁往下流动的液体就有可能进入取样管线内积累而造成堵塞。（参考图二）

                                 图二

三、处理

经过上述的检查试验和分析判断，我们决定将液空液位取样管线的负压管线变换一条管线测量。经查阅图纸和咨询开封空分设备公司的设计人员，确认下塔阻力计的正压取样管线与下塔液空液位计的负压取样管线在相近的高度，采用阻力计的正压取样管线作为液空液位计的负压取样管线是可行的，不会对操作造成影响。

经过这样的处理，下塔液空液位的显示值为870mm左右（由于取样管线开口位置不在同一高度造成压差不相同所致），考虑到原来的实际液位偏低，我们将液位的设定值定在950mm的高度来操作，让操作人员随时注意观察液位、V1阀开度及相关工况的变化，一旦再出现异常波动则及时调整。

经过近三个月的观察，运行工况稳定，没有再出现前述的异常波动，证明所作的分析判断是正确的。

                                                 2005年7月