针对 KDON21000/ 1700/ 30 型空分设备 2003 年和 2005 年两次冷箱内泄漏的故障现象 ,
通过分析、判断 , 找到了引起内泄漏故障的原因 ; 从检修和日常管理等方面提出了改进建议。
烟台万华聚氨酯股份有限公司KDON - 1000/1700/30型空分设备由开封空分(集团)有限公司设计、制造,于2000年建成投产,各项产品质量、技术参数均达到设计指标。在空分设备运行期间,考虑到冷箱内可能存有杂物(如固体二氧化碳等),故每年大修时均对设备进行彻底加温,而在2003年和2005年的两次加温后开车中出现冷箱内泄漏故障。
1、流程简介
KDON-1000/1700/ 30型空分设备采用分子筛净化吸附、增压透平膨胀机、全精馏无氢制氩外压缩流程,下塔为筛板塔,上塔和氩塔采用规整填料塔。其精馏系统部分流程如图1所示。
2、故障现象
2.1 2003年冷箱内泄漏
2003年6月开始一年一度的大修工作,根据空分设备操作规程的要求,考虑空分设备已连续运行3年(以每次大加温为界),装置内可能存有杂物(如固体二氧化碳等),决定在大修后开车时对空分设备进行彻底加温。
6月18日07 00,空分设备停车,其内的液体全部排尽,打开各排放口使冷箱内设备自然升温。
6月19日 1800,开始对装置进行加温。此时装置内温度在- 85℃,加温气源为压缩吸附后的常温、干燥空气。
6月21日19 30,加温结束,测得冷箱内最高温度为31.8 ℃.
6月21日19 40,启动膨胀机,开始对冷箱内设备进行冷却、积液。
6月22日08 00,当主冷温度达到-180 O时,将液氧贮槽的液体返充到主冷。
6月22日11 00,主冷液氧液位达到1800mm ,分析氮气纯度为99. 999 %,开始向用户送气。
此时，主冷液氧液位不升反降。怀疑是由于下塔工况调节过大,氧气蒸发量过大而造成的。重新调节下塔工况,但主冷液位继续下降。当关闭V2阀时,主冷液氧液位上升;再次打开V2阀，主冷液氧液位下降。经过多次开关V2阀,怀疑问题可能在V2阀以后的管路上。又经仪表校对、处理,液氧液位仍然下降。
因此,断定是V2阀以后的液氮管道泄漏，造成上塔无回流液进入,从而导致主冷液氧液位不断下降。于是打开冷箱,扒卸珠光砂，发现在DN80mm的液氮主管引出的 DN25mm 液氮管焊口处
有熔化样的洞口。之后对此部位进行补焊处理,消除了冷箱内泄漏故障。
2.22005年冷箱内泄漏
2005年空分设备大修时也出现了一次类似的故障。考虑到2004年大修对装置没有进行彻底加温,主换热器热端温差较大,怀疑主换热器内可能存有杂物(如固体二氧化碳等),准备2005年10月大修时对装置进行彻底加温。
10月16日08 30，停车进行检修。
10月17日19 20，启动空压机,检修完毕开车加温。
10月18日13 55，启动膨胀机,开始冷却积液。此时塔内最高温度点温度为下塔12℃,上塔
顶部温度为-9.8 ℃,主冷温度为-9.2 ℃,加温历时18小时35分钟。
10月19日01 20，下塔出现液空，03 45下塔温度-163.4 ℃,上塔顶部温度-173.5 ℃,主冷温度-179.8 ℃，温度基本无变化,主冷液氧液位达9mm，开始返充液氧,以缩短积液时间,开始调纯。
10月19日05 :40 ，氮气纯度为99.999 %，启动氮压机向外输送合格氮气。
10月19日06 :30,氧气纯度为99.6 %，启动氧压机向外输送合格氧气。
此时,同样出现主冷液氧液位不升反降的现象,基础温度缓慢下降,冷箱内压力上升。怀疑冷箱内有漏点,并且是与主冷有密切相关的液空或液氮管道。于是，进行如下试验:开大V2阀、关小V1阀,发现主冷液氧液位开始突然上升后又下降;关小V2阀、开大V1阀,发现主冷液氧液位下降得更快。多次试验现象一致。由此分析,漏点可能在V1阀或V2阀之后。
根据上述现象可得出,最有可能的是V2阀后有漏点。于是开始扒珠光砂检修。珠光砂扒完之后做气密性试验发现:V4阀后管道与V2阀后管道的交会处（液氮进入上塔之前）DN25mm的管道从上向下断裂。将断口部位的管道切割掉,更换新管,并用氩弧焊焊接。
3原因分析
3.12003年冷箱内泄漏原因
在 DN80mm 的液氮主管引出的 DN25mm液氮管焊口处有熔化样的洞口,此洞是安装过程中遗留的缺陷,而在检漏过程中忽略了该缺陷。经过将近3年的运行,小沙眼变成足以破坏运行工况的小洞口。当空分设备正常运行时,液体由小沙眼渗漏,由于设备建成后没有通入密封气,阀门与冷箱壁密封不严,使冷箱外的湿空气侵入与低温气体接触而造成结冰,把珠光砂冻成团状物。当给设备加温后，其周围的珠光砂解冻,漏点暴露。再启动空分设备后，液体沿着松散的珠光砂外泄而没有进入上塔，使主冷液氧液位下降。
3.2 2005年冷箱内泄漏原因
2005年空分设备大修时发生的内泄漏故障同样是由于该处的 DN25mm 管断裂造成液氮泄.漏,使上塔回流液减少,当主冷积液量少于蒸发量时,主冷液氧液位下降。
V4阀后管道与V2阀后管道的交会处DN25mm管从上向下断裂原因主要有以下几个方面。
3.2.1 管道安装不合理
V4阀前管道与垂直线有很大角度,接近水平安装，但安装时却没有设置支撑架。
3.2.2 有重物从上向下撞击管道
由于安装时阀门与冷箱的结合部位没有密封好，造成冷箱内密封效果差,有时甚至出现负压，这时大气中的水蒸气进入冷箱,并和珠光砂一起在低温管道处冻结形成团状物。当设备加温时珠光砂
团脱离管道向下坠落,压在管道上,使管道在受力集中的地方断裂。另外,进冷箱内试漏时发现管道被紧压在脚手架的钢管下面,可能是由于在扎架子时又一次从上向下砸管道,使裂口加大。
3.2.3 应力集中
应力集中常常发生在局部区域突变的界面上,当应力集中处的最大应力达到强度极限时,该处将开裂。实际断口符合上述条件,故认为是剪切应力所致。
3.2.4 强度不够
在2003年发现泄漏后,没有更换存有大面积漏点的DN80mm管道,只进行补焊,从而使该处的合金量降低,强度减弱。
4经验与结论
通过对两次冷箱内泄漏故障的处理,深刻认识到空分设备从设计、安装、调试到正式投入运行、以及正常运行期间的维护保养,都是一项严谨细致的工作,在今后的生产过程中应注意以下几个方面:
(1)设备安装、做气密性试验时,用户都要跟踪检查。
(2)设备检修及验收时,都要逐项检查,不留死角。
(3)冷箱内外连接处要密封严实,减少冷损和空气侵入,冷箱密封气必须通入。
(4)日常工艺操作中,严格遵守操作规程,严格控制各项工艺参数,尤其是各控制点温度、压力不能骤变,操作要缓慢。
