冷箱珠光砂板结的分析及处理

2021-12-22李智

铜业工程 2021年5期

李智

（江西铜业集团有限公司贵溪冶炼厂，江西贵溪 335424）

1 引言

目前空分设备的保温材料一般为矿渣棉、玻璃棉、碳酸镁以及珠光砂等，其中珠光砂是一种由酸性火山玻璃质熔岩经破碎、预热、焙烧膨胀而制成的具有多孔结构的、白色、粒状松散材料，具有容量小、导热系数低、化学稳定性可靠、不燃、无毒、无味、吸音、良好的充填流动性、极低的堆积密度和易于装填等特性，在空分行业上被广泛应用。但同时珠光砂具有较强的亲水性［1］，在低温状态下的珠光砂吸水量可高达其本身质量的2～9倍。因此珠光砂在空分塔冷箱内受潮板结的现象也比较普遍，一旦珠光砂吸收水分后会失去保温性能，对空分系统的安全稳定运行制约也会越来越大。

2 背景简介

贵溪冶炼厂动力车间1#制氧机于2017年11月停车检修，扒砂过程中发现冷箱内珠光砂板结比较严重，板结的厚度高达4m，冷箱内珠光砂无法自然流下，只能借助电镐、洋镐等工具进行扒除；4#制氧机于2018年10月停车大修，扒砂时同样发现冷箱内有类似的珠光砂板结的现象，随着扒砂高度的下降，珠光砂结冰的现象逐步减弱，冷箱下半部的珠光砂基本都可以自然流出，如图1所示。

图1 两套空分冷箱内珠光砂板结情况

两套空分由于离上次扒砂检修时间都相对比较长，1#制氧机距离上次大修时间大概16年、4#制氧机大约10年，空分设备板结现象相对均比较严重，板结的位置也比较相像，板结最严重的部位都是距离冷箱顶板较近的位置，并且随着高度的下降，珠光砂结冰相对减轻，通过咨询了解到省内萍钢、方大特钢等兄弟单位的空分设备均有珠光砂结冰的现象，冷箱内珠光砂板结已是比较普遍，因此分析找出珠光砂板结的原因并提出预防措施［2］，对制氧机组的安全、稳定运行具有重要的意义。

3 珠光砂板结的危害

3.1 冷损增加能耗增加

冷箱内珠光砂结冰后保温性能直线下降，低温设备和管道通过冰块向外界传递冷量，造成冷量的损失，低温液体产品产量下降，甚至影响到冷箱内精馏塔的正常精馏，造成精馏塔的工况不稳定。

3.2 冷箱内管道受损

珠光砂对冷箱内管道有一定载荷作用，随着珠光砂的逐步板结，管道的承载压力逐渐增加，导致部分管道尤其是水平管段发生扭曲变形，管道支撑出现拉断等现象［3］，见图2。

图2 管道受损图

3.3 阀门损坏

冷箱内珠光砂受潮结冰后，在空分设备加温的过程中，珠光砂冰块不能快速融化，严重阻碍了阀门受热的正常伸缩，导致阀杆弯曲变形，阀门中心偏移原来位置，出现阀门卡顿现象，严重时出现阀门阀头下沉，甚至阀门漏液现象［4］，见图3。

图3 阀门损坏图

3.4 延长扒砂的检修时间

珠光砂结冰增加扒砂难度，当冷箱上部珠光砂结冰后，冰块集中在空分塔上部，不能正常流出，往往下部珠光砂掏空后，而上部板结的珠光砂无法自然流下，这时必须依靠工具，将冰块凿开，逐步将冰块清除，在此过程警惕大块的珠光砂冰块落下，防止砸坏设备或者管道。所以造成扒砂时间大大延长。

4 珠光砂板结的原因分析

4.1 冷箱密封气压力不足

冷箱密封气的作用是保持空分塔冷箱内处于干燥正压的条件，防止水分进入冷箱被珠光砂吸收。目前冷箱密封气一般为空分自身生产的氮气，密封气管道设计一般分置3至5层，并且采用一根氮气母管，随着空分塔高度的上升，氮气压力逐渐下降，达到顶层的密封气就相对较小，不能满足正压要求，导致冷箱顶部长期处于负压状态，一旦湿空气进入冷箱，珠光砂就会吸收空气中国的水分结冰。

4.2 制氧机停机检修时冷箱无氮气保护

空分塔冷箱在机组正常运行的情况，由自身产出的氮气作为冷箱保护气。可制氧机一旦出现计划性检修或者临时检修时，制氧机本身无法产出氮气，冷箱内无保护气，此时冷箱内珠光砂层无法保持正压［5］，雨水以及潮湿空气就会进入冷箱内，造成珠光砂的板结。

4.3 冷箱板腐蚀穿孔

由于本区域环境空气呈弱酸性，空分塔防腐措施逐渐失效，冷箱板出现不同程度的腐蚀，有些冷箱板甚至出现腐蚀穿透，雨水进入冷箱珠光砂层，而珠光砂本身温度较低，珠光砂出现结冰现象。

5 珠光砂板结的预防措施

5.1 优化密封气管道布置

原有的冷箱密封气管道一般为2～3层布置，并且密封气一般从冷箱最低层通过一个密封气总阀直接进入各层密封气管道，各层密封气管道未设单独阀门对层压力进行控制，所以就会出现冷箱越高位置的密封气相对越低，甚至最顶层基本出现没有压力的情况。通过此次检修，将密封气管道增设1～2层，并且每一层密封气均设置了一台截止阀，高度越高的密封气阀门开度较大，高度相对较低的密封气阀门开度较小，确保了冷箱内每一层的密封气压力，保证冷箱内的正压，避免潮湿空气或者雨水进入冷箱导致珠光砂结冰。优化密封气管道布置后，冷箱内密封气压力平稳（如图4）。