制氧预冷系统空气温度异常升高原因分析与处理

李和平，李东彬，田运辉

（1.湖南华菱涟源钢铁有限公司生产管理部；2.湖南华菱涟源钢铁有限公司能源中心；3.涟钢福利企业公司，湖南娄底 417009）

1 概述

空气预冷系统空气温度是整个制氧机组运行的关键环节，空气预冷系统由空冷塔、水冷塔、常温水泵、低温水泵和冷水机组组成，运行过程中常因空气温度高问题严重影响生产。

影响空气预冷系统空气温度主要因素是低温结垢、填料堵塞、空冷塔常温水温度高等。2018年5月，某钢厂30000 m3/h制氧机组空气预冷系统空气温度达到21℃以上，严重威胁到机组的安全运行。该公司为解决预冷空气温度高的问题，通过实施在线清洗措施、控制常温水温度、提高低温水温度、改进冷却水化学品实施方案，有效改善冷却状态，满足了生产的需要。

2 制氧机组（30000 m3/h）空气预冷系统冷却水系统概况

2.1 空气预冷系统现状

该机组在运行中每年出现过低温水堵塞现象，2016年9月，该公司冷却水化学品方案在冷却水低温水泵入口处采用加入部分阻垢剂方法(计量泵运行1 h+停3 h)，其他药剂根据在线检测自动投加到常温水系统水池。2017年4月大修，检查发现空冷塔冷冻水喷头、管道内均有大量白色结晶物，大修期间对空冷塔冷冻水布水管道系统进行了化学清洗。大修后，低温系统堵塞问题还是存在，没有彻底解决，2018年3月低温水流量还出现过显著下降，阀门开度增大到50%。之后低温水化学品方案改进，在常温水进入水冷塔前采用加入部分阻垢剂+分散剂方法(计量泵运行30 min+停10 min)，同时常温水冷却系统采用加酸方案。

2018年5月，空气预冷系统空气温度达到21℃以上，出空冷塔空气温度与低温水温差8℃以上，严重影响机组的安全运行，预冷系统各运行参数变化见图1～4所示。

2.2 预冷系统技术条件

空气预冷系统：常温水32℃，420 m3/h；低温水13 ℃，80 m3/h；

分子筛纯化系统空气温度：≤18℃；

空冷塔内进出口压差：＜15 kPa。

图1 空气预冷系统空气温度

图2 空冷塔系统空气压差

图3 空冷塔常温水温度

图4 空冷塔低温水温度

冷却水系统流程示意图见图5。

图5 冷却水系统流程示意图

2.3 冷却系统内2017年大修取低温垢样化学成分分析

1#30000制氧机低温系统内垢样分析结果：

3 系统分析

3.1 低温结垢垢型分析

2017年大修对低温系统垢样化学成分分析表明低温结垢为碳酸盐水垢。

3.2 前期低温水化学品方案阻止沉积的分散剂量不足

化学品方案整体考虑了防止高温和低温阻垢，常温冷却水整体浓缩倍数按2.5倍控制，药剂投加中一部分阻垢剂在低温泵处加入，其他阻垢剂、分散剂、缓蚀剂在冷却塔下水池中加入。

水冷塔中常温水与N2换热，水中CO2析出，水中重碳酸盐转化成碳酸盐，pH值升高，循环水更易结垢，虽然在系统中特别投加了适应pH值范围广、钙容忍度高的高效阻垢剂，但随着水温降低，结晶物在冷却水管路、冷水机组蒸发器及水冷塔内壁易析出，此处分散剂如剂量不足容易造成沉积。

3.3 常温水冷却塔风机故障影响

2018年5月中旬空气预冷系统空气温度21℃以上，水冷塔低温水16℃，冷水机组后13℃，空气与低温水温差达到8℃。查空冷塔低温水温度与流量可看出，低温水系统运行正常，但常温水水温从给水温度曲线可看出明显异常升高，检查发现常温水系统二台冷却塔风机的其中一台出现故障。

3.4 空冷塔填料堵塞

该制氧机组2008年投入以来，预冷系统内填料基本没有进行过有效的检查，2017年4月大修，也没有仔细检查，大修期间，发现空冷塔冷冻水喷头、管道内均有大量白色结晶物，可推断空冷塔内填料内应该积存有大量结垢、沉积物。同时，从空冷塔内2018年5月份的空气运行压差增大分析可看出，空冷塔内填料此时可能因偶然因素部分水垢脱落位移使堵塞增加，造成塔内气流偏流现象，空气在常温水冷却段冷却效率大大降低。空冷塔内水液位控制正常，说明布水器基本正常。

4 改进措施与效果

4.1 化学品方案改进

2018年3月化学品方案中对水冷塔改进，考虑高效分散剂是防止沉积的有效手段，在常温水进入水冷塔前采用加入阻垢剂+分散剂方法(计量泵运行30 min+停10 min)，同时常温水冷却系统采用加酸方案，控制pH值8.5左右。2018年5月预冷空气温度异常时，空冷塔低温水温度控制正常，流量联锁阀门开度控制正常，说明此方案有效。预冷系统常温水、低温水水质变化见表1。

表1 常温水、低温水水质变化

4.2 在线清除空冷塔系统内部填料结垢、沉积产物

由于生产需求，该制氧机组必需满负荷运行，2018年5月14～20日对空冷塔实行在线清洗，清洗过程控制腐蚀率和泡沫的产生，清洗完成后，从现场参数可看出，分子筛纯化系统空气温度16.3℃，低温水14.2℃，空气与低温水温差2℃，同时，空冷塔空气运行压差降低0.3 kPa，此次在线清洗方法有效，保证了制氧机组的安全、经济运行。现场温度控制见图6～7。

图6 空气预冷系统空气温度

图7 空冷塔低温水温度

4.3 冷却系统设备维护

检修故障的一台冷却塔风机，系统冷却恢复正常，常温冷却水温差、常温冷却水给水温度均恢复正常。

4.4 低温水温度控制

防止低温水发生结晶堵塞管道、喷头和冰机蒸发器管束，在满足工艺要求条件下，适当提高低温水温度控制有助于减缓低温结晶。分子筛纯化系统空气温度≤17℃，控制低温水温度14℃左右，冰机与低温水温度联锁控制。

4.5 运行跟踪管理

根据预冷系统运行特征，现场判断空冷塔喷头是否堵塞，根据低温水流量值、阀门开度变化，判断低温结垢，低温水进空冷塔前压力变化来分析判断空冷塔喷头是否干净，根据常温水阀门开度和温度变化，判断常温水系统是否异常，及时消除工艺、设备缺陷。跟踪空冷塔内空气进出口压差变化，判断填料、布水器是否堵塞。

5 结束语

在采取以上综合措施后，迅速解决了此次制氧机分子筛纯化系统空气温度超标问题，同时，解决了低温水结垢问题。