空分设备冷箱中低温设备加温方法分析运用

周金城,刘江淮,王胜利

(马鞍山钢铁股份有限公司 气体销售分公司，安徽 马鞍山 243000)

0 引 言

在空分设备冷箱中低温精馏塔、换热器、管道、阀门、液体泵、膨胀机安装完毕、运行至设定周期、热备用状态开车、裸冷完成、故障检修处理、技术改造时，必须对空分设备冷箱中低温设备进行加温。

冷箱中低温设备加温经加温、吹除2个阶段，使低温设备解冻升温，清除积存水分、二氧化碳、乙炔、碳氢化合物与氮氧化合物，吹除渗入的湿空气、残留机械杂质。低温设备加温分为常温状态加温、低温状态加温两类。

马鞍山钢铁股份有限公司(以下简称：马钢)20 000 m3/h空分设备是杭氧设计、制造。20 000 m3/h空分设备采用空气循环增压、膨胀空气入下塔、液氧内压缩、全精馏制氩、氪氙与氖氦粗制流程。

20 000 m3/h空分设备自投产，通过分析冷箱中低温设备不同加温方法特点，根据低温设备所处不同状态，对20 000 m3/h空分设备冷箱中低温设备运用针对性加温方法，使低温设备加温有效、启动安全、运行稳定。

1 设备初装与检修技改后加温

1.1 加温方法分析

空分设备冷箱中低温设备在设备初次安装、故障检修处理、技术改造完毕，冷箱中精馏塔、换热器、管道、阀门均处于常温状态。在此常温状态，空分设备加温是为了清除冷箱内低温设备中积存湿空气、残留机械杂质。

在常温状态对冷箱中低温设备进行加温，精馏塔、换热器、管道、阀门温度升幅小、设备变形量低。在加温过程中，对冷箱中低温设备进行短时间加温、长时间吹除。

在此常温状态，冷箱中低温设备加温运用分段加温法。分段加温法是以冷箱内精馏塔、换热器中各单元设备为加温对象，对各低温单元设备逐次进行加温吹除，避免固体颗粒及杂质进入低温单元设备不流通区域，无法完全清除，使空分设备运行阻力高。

此时，冷箱中低温设备加温气源为分子筛吸附器出口干燥空气。根据低温设备中机械杂质残留量，加温初期使用间断吹除操作方法，通过气流挟带作用，清除低温设备中残留机械杂质，加温后期使用连续吹除操作方法，清除低温设备中积存湿空气。

加温初期使用间断吹除操作方法时，间断调节吹除阀开度差值不宜过大，不使冷箱中管道、阀门发生振动，同时保证空冷塔压力稳定，避免分子筛吸附器进水。加温后期使用连续吹除操作方法时，加温空气量不宜过大，降低空分设备加温能耗。

在冷箱中精馏塔、换热器、管道露点均不大于-65℃，各吹除口均无固体颗粒物排出时，结束加温。

1.2 加温方法运用实例

2010年10月21日，20 000 m3/h空分设备冷箱中下塔液空管线技术改造完毕，启动空压机、投运空冷塔与分子筛吸附器，对冷箱中低温设备进行加温。

首先，开启入主换热器热端空气调节阀V101、主换热器冷端空气管道吹除阀，将分子筛吸附器出口空气导入冷箱内空气管道、主换热器正流空气流道，加温低温空气管道、主换热器正流空气流道。

而后，在主换热器冷端正流空气出口管道温度与分子筛吸附器出口空气温度相同时，开启下塔吹除阀与粗氖氦塔阀门，将空气导入下塔、粗氖氦塔加温。

最后，在下塔顶部温度与主换热器冷端空气出口管道温度差值不大于1℃时，开启液空、液氮节流阀与粗氩塔、精氩塔、贫氪氙塔阀门，将空气导入上塔、粗氩塔、精氩塔、贫氪氙塔加温。

2 热备用状态加温

2.1 加温方法分析

空分设备处于热备用状态，冷箱中低温设备均为常温。在空分设备热开车前，须对冷箱中低温设备进行加温，清除精馏塔、换热器、管道中渗入湿空气，保证空分设备精馏工况稳定。

空分设备热开车前，冷箱中低温设备运用同步加温法，将分子筛吸附器出口空气依次导入精馏塔、换热器、管道、阀门中，同时对主换热器、下塔、过冷器、上塔、粗氩塔、精氩塔、贫氪氙塔、粗氖氦塔加温。

在冷箱中低温设备运用同步加温法时，加温使用连续吹除操作方法，清除低温设备中渗入的湿空气与热量。加温操作分为入塔导气、开启吹除阀两个操作步骤。根据冷箱中精馏塔、换热器、管道温度变化，调节入主换热器、下塔、过冷器、上塔、粗氩塔、精氩塔、贫氪氙塔、粗氖氦塔加温空气流量与吹除阀开度。

在主换热器、下塔、过冷器、上塔、粗氩塔、精氩塔、贫氪氙塔、粗氖氦塔温度均相同，露点均小于-65℃时，结束加温，空分设备热开车。

2.2 加温方法运用实例

2014年6月12日，处于热备用状态的20 000 m3/h空分设备进行热开车前加温。首先，开启、调节入主换热器热端空气调节阀V101，将加温空气依次导入主换热器、下塔、过冷器、上塔、粗氩塔、精氩塔、贫氪氙塔、粗氖氦塔。

而后，保持空压机出口压力稳定，开启主换热器、下塔、过冷器、上塔、粗氩塔、精氩塔、贫氪氙塔、粗氖氦塔吹除阀与氮气、污氮气放空阀，对冷箱中精馏塔、换热器、管道、阀门进行同步加温吹除。

3 运行至设定周期加温

3.1 加温方法分析

空分设备运行至设定周期停机，冷箱中精馏塔、换热器、管道、阀门均处于低温状态。在此低温状态，空分设备加温是为了清除冷箱内低温设备中积聚的水分、二氧化碳、碳氢化合物及杂质。

在低温状态对冷箱中低温设备进行加温，精馏塔、换热器、管道、阀门温度升幅大、设备变形量高。在加温过程中，对冷箱中低温设备进行长时间加温、短时间吹除。

在此低温状态，冷箱中低温设备加温运用全面同步加温法。全面同步加温法是对冷箱中精馏塔、换热器、管道、阀门同时解冻、升温、吹除。

在冷箱中精馏塔经排液、静置，分子筛吸附器出口空气二氧化碳含量小于10-6时，方可将加温空气导入冷箱中低温设备加温。

在低温设备加温初期，使用低流量的加温空气加温低温设备，控制精馏塔、换热器、管道、阀门升温幅度不大于10℃/h，阻止设备变形量升高。在低温设备加温后期，精馏塔、换热器、管道、阀门升温至大于-30℃时，逐步增大加温空气流量，提高低温设备升温速率。在精馏塔、换热器、管道、阀门升温至不小于0℃时，使用高流量的加温空气吹除低温设备中积聚的水、固体杂质。

在低温设备温度升至与分子筛吸附器出口空气温度差值小于10℃时，结束加温，减少空分设备加温能耗。

在低温设备加温初期，保持精馏塔、换热器、管道压力小于正常运行值，如精馏塔、换热器、管道压力大于高报警值，必须停止低温设备加温，对低温设备进行再次静置，使低温设备不流通区域残留液体气化。在低温设备加温结束后，如精馏塔、换热器、管道温度降至小于0℃时，必须对低温设备再次进行加温，清除冷量。

3.2 加温方法运用实例

2013年10月1日，20 000 m3/h空分设备运行至设定周期停机，将下塔塔釜液空、主冷液氧、粗氩塔塔釜富氩液氧、精氩塔塔釜液氩、贫氪氙塔及粗氖氦塔液体排尽，保持排液阀较小开度，主换热器、下塔、过冷器、上塔、粗氩塔、精氩塔、贫氪氙塔、粗氖氦塔静置6 h，对冷箱中低温设备进行加温。

首先，微开入主换热器热端空气调节阀V101，将少量加温空气依次导入主换热器、下塔、过冷器、上塔、粗氩塔、精氩塔、贫氪氙塔、粗氖氦塔，根据精馏塔、换热器、管道压力开启吹除阀，使低温设备温度缓慢同步升高。

而后，根据精馏塔、换热器、管道温度升幅速率，逐步增加入主换热器热端空气调节阀V101与吹除阀阀门开度。

最后，在精馏塔、换热器、管道温度均升至0℃时，增大入主换热器热端空气调节阀V101与吹除阀阀门开度，吹除低温设备。

4 裸冷后加温

4.1 加温方法分析

空分设备裸冷完成，冷箱中精馏塔、换热器、管道、阀门均处于低温状态。此时，空分设备加温是为了清除冷箱中低温设备冷量及杂质，为空分设备冷箱装填珠光砂、启动、运行提供条件。

空分设备经裸冷，冷箱中未装填珠光砂，精馏塔内无液体生成，无须对设备进行排液、静置。在此低温状态对冷箱中低温设备加温，低温设备温度升幅较大。低温设备运用全面同步加温方法，调节精馏塔、换热器、管道升温幅度不大于20℃/h。

在冷箱中精馏塔、换热器、管道、阀门温度升至与分子筛吸附器出口空气温度均相同，精馏塔、换热器、管道、阀门外表面干燥无水渍时，结束加温。

4.2 加温方法运用实例

2010年11月3日，20 000 m3/h空分设备冷箱中液空管线经检修及技术改造，冷箱中低温设备裸冷完成，对冷箱中精馏塔、换热器、管道、阀门进行加温。

首先，将主冷箱、主换热器冷箱全部人孔、卸砂孔调节至全开状态，增大低温设备跑冷损失，缩短加温时间。

而后，根据精馏塔、换热器、管道压力，开启入主换热器热端空气调节阀V101，将分子筛吸附器出口空气依次导入精馏塔、换热器、管道。同时，调节吹除阀开度，控制低温设备温度升幅速率。

5 故障状态加温

5.1 加温方法分析

空分设备运行，因精馏塔、换热器、管道、阀门故障，低温液体泄漏，冷箱碳钢面板低温脆裂，空分设备停机。此时，冷箱中低温设备处于低温状态，空分设备加温是为了将冷箱中低温设备解冻升温至常温状态，方可对低温设备进行检修作业。

此时，冷箱中珠光砂渗入低温液体，将低温设备中低温液体全部排尽，全开主冷箱、主换热器冷箱顶部人孔，延长低温设备静置时间，增大渗入珠光砂中低温液体气化量。

此时，对冷箱中低温设备进行加温，温度升幅大，低温设备运用全面同步加温与故障单元设备针对性加温相结合的加温方法，调节精馏塔、换热器、管道温度升幅小于10℃/h。

此时，低温设备加温分为冷箱中低温设备加温、冷箱中珠光砂升温量个方面。在精馏塔、换热器、管道、阀门温度均大于0℃、冷箱基础温度均高于低报警值，冷箱发生低温脆裂碳钢面板无结霜现象时，结束加温。

5.2 加温方法运用实例

2010年10月6日，20 000 m3/h空分设备运行，粗氩冷凝器液空液位计正管断裂，液空泄漏，冷箱碳钢面板低温脆裂，空分设备停机，将冷箱中精馏塔排液，低温设备静置30 h。

首先，在低温设备静置时，将冷箱密封气由污氮气切换至管网低压氮气，冷箱密封氮气压力调节为0.1 kPa，使渗入珠光砂内液空气化，避免冷箱碳钢面板裂缝扩大。

而后，开启精馏塔、换热器相关阀门，对低温设备进行全面加温。在上塔顶部温度升至0℃时，减小主换热器、下塔、上塔吹除阀开度，增大粗氩冷凝器、粗氩塔吹除阀开度，全开粗氩冷凝器液空进液阀、液空蒸气调节阀，增加气态粗氩放空阀开度，提高入粗氩冷凝器、粗氩塔加温空气流量。

在粗氩冷凝器液空恒流阀管道温度与分子筛吸附器出口空气温度差值小于5℃，主冷箱壁上粗氩冷凝器液空液位计正管、负管管道干燥，减小低温设备加温空气总量，冷箱基础温度未降低时，结束加温，冷箱扒砂检修。

6 局部加温

6.1 加温方法分析

空分设备运行，因冷箱中主换热器正流空气流道阻力高或发生堵塞，空分设备精馏工况异常或产量、纯度降低，对主换热器运用局部加温法，清除主换热器正流空气流道中积聚的水分、二氧化碳、固体颗粒物。

主换热器进行局部加温，空分设备必须系统停机，下塔液空排尽。在主换热器加温中，调节下塔、上塔吹除阀，控制下塔、上塔压力小于高报警值，不使用氮气放空阀、污氮气调节阀调节上塔压力，避免从上塔抽取气体冷量进入主换热器返流气体流道，延长加温时间。

在主换热器加温中，调节加温空气流量，控制主换热器正流空气流道温度升幅不大于30℃/h。在主换热器冷端正流空气流道温度升至0℃时，结束加温。

6.2 加温方法运用实例

2007年5月1日，20 000 m3/h空分设备分子筛吸附器电加热器故障，分子筛吸附器出口空气中二氧化碳含量高，入下塔空气流量降低，对主换热器正流空气流道局部加温，清除主换热器正流空气流道中积聚二氧化碳。

首先，将主换热器返流液氧流道内残存液氧与正流高压流道内残存液空、膨胀机出口气液分离器液空、下塔塔釜液空排尽。同时，检查确认膨胀机紧急切断阀、入口导叶均全关。

而后，开启高压空气节流阀、膨胀机膨胀端热段与冷段进气阀，开启入主换热器热端空气调节阀V101、膨胀机增压空气流道与高压空气流道加温空气调节阀V141、V142，对主换热器低压、增压、高压3股正流空气流道加温。

7 低温流体机械加温

7.1 加温方法分析

空分设备工艺液氧泵、循环粗氩泵、膨胀机均设置在单一冷箱中。液氧泵、循环粗氩泵、膨胀机运行至设定周期或故障处理时，均须加温，清除液氧泵、循环粗氩泵、膨胀机冷量及杂质。

空分设备工艺液氧泵、循环粗氩泵设置为2台，1用1备，氧气外压缩空分设备膨胀机多设置为2台，1用1备，为此，在空分设备运行、停机时，均可对停机状态液氧泵、循环粗氩泵、膨胀机加温。氧气内压缩空分设备膨胀机多设置为1台，为此，必须在空分设备停机时，对膨胀机加温。

低温流体机械加温运用单体设备加温法，加温气源为干燥、洁净氮气。在液氧泵、循环粗氩泵、膨胀机加温时，密封气压力、流量均保持正常运行值。

在工艺液氧泵、循环粗氩泵单体加温时，必须全关回流阀，避免加温氮气进入精馏塔，影响空分设备精馏工况。在膨胀机进行单体加温时，必须全开回流阀，避免膨胀机转动。

7.2 加温方法运用实例

20 000 m3/h空分设备循环粗氩泵切换停运后，全关循环粗氩泵进出口阀及回流阀，开启吹除阀，将泵体内残存液体排尽。在泵体液体排尽后，保持吹除阀开启状态，开启加温氮气进气阀，对循环粗氩泵进行加温。此时，注意循环粗氩泵转速变化，如循环粗氩泵有转速且逐步升高时，停止加温，保证设备安全。

在循环粗氩泵泄漏温度升至常温，吹除阀无结霜结露现象，泵体密封气排放管道干燥时，结束加温。

8 结束语

20 000 m3/h空分设备自投产，对冷箱中不同状态的低温设备进行多次加温，马钢根据低温设备所处实际状态，对20 000 m3/h空分设备冷箱中低温设备运用针对性加温方法，保证空分设备启动安全、运行稳定。