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大型空分设备冷箱内管道泄漏的原因分析及预防措施
发布时间:2015-5-19 12:14:06   点击次数:427次

大型空分设备因冷箱内管道泄漏无法继续运行,必须停车进行扒砂处理,严重影响钢铁企业的正常生产。导致空分设备冷箱内管道泄漏的原因有很多种,下面结合3个实例,就空分设备冷箱内管道泄漏的原因及预防措施进行论述。

1. 空分设备冷箱内管道泄漏的实例

    1.1 2004年4月,南方某制氧厂10000m3/h空分设备投产3天后,下塔液空液位急剧下降,冷箱内压力急剧上升,精馏工况无法正常进行,空分设备被迫停车加温,进行扒砂处理。扒砂后发现液空进上塔调节阀V1前变径处断裂,导致大量液空泄漏。同年7月,南方另一制氧厂也在投产初期出现了类似的泄漏故障。

    1.2 2004年,安源钢铁股份有限公司制氧厂1#空分设备运行了近1个月,冷箱内密封气压力急剧上升,最高达到2.5kPa,冷箱下部气体纯度在设计范围内,而冷箱上部气体纯度异常。后因主换热器冷箱顶部安全阀喷出大量珠光砂而被迫停车。加温扒砂后发现主冷氖、氦气引出管根部开裂,大量氮气喷出,气流将污氮管表面喷成黑色;粗氩II塔靠近冷箱处的仪表管断裂,使粗氩II塔的空气进入冷箱。

    1.3 2008年8月,九江钢铁有限责任公司制氧厂(以下简称:九钢制氧厂)老厂区运行了8年的1#空分设备,因冷箱内密封气压力高,冷箱中、下部气体纯度低于正常设计值,冷箱顶部结霜严重,精馏工矿无法正常进行,被迫车车加温、检修。扒砂后发现污氮气出上塔安全阀三通底部存在多处严重泄漏,还有一部分仪表管根部断裂。造成泄漏。已运行了5年的2#空分设备因冷箱基础温度低(-178℃),部分冷箱基础通风孔结霜,冷箱底部气体纯度低于设计值;部分仪表管道堵塞,制氩系统无法建立正常工况。加温后,在扒砂过程中发现冷箱中、下部有大量液体,并且在扒砂过程中发生了砂爆现象。扒砂完后,在检漏过程中发现精氩进粗氩II塔回液管阀V757前有一漏点,大量精氩塔底部液氩进入冷箱内,造成冷箱内珠光砂积存大量液体,冷箱基础温度下降。

2. 空分设备冷箱内管道泄漏的原因分析

    2.1安装质量不过关

    冷箱内大部分管道泄漏时安装质量部过关,安装过程控制不严造成的。由于安装不到位面导致冷箱内管道,容器泄漏主要体现在5个方面:

    2.1.1 冷箱内管道配管不按规范进行施工,塔内施工随意性大,未按照图纸要求施工。九钢制氧厂老厂区1#空分设备液氮进行上塔调节阀V3前管道的水平托架安装随意性就很大,托架被安装在该水平管道的中间段,而且与水平管道间的预留位置太小,该管道末端的焊缝虽然没被拉裂,但水平管道变形较大,影响了进上塔的液氮量。

    2.1.2 冷箱内管道管架、阀架的焊接质量不过关,管道管架、阀架的材料质量和数量不符合要求。冷箱内管道焊缝的质量可以通过拍片、试压检漏、裸冷检漏等一系列手段进行监控,但冷箱内管道管架、阀架的焊接质量就完全靠现场人员进行检查来保证。如果检查人员的技术水平不够或检查不到位,产生的后果就很严重。如南方某制氧厂的10000m3/h空分设备,开车3天就停车检修,主要因为塔内的管架大部分脱落。管架、阀架的材料几乎都是用了DN40mm的不锈钢管,而DN40mm以上的不修钢管使用得很少;安装质量存在问题,所有管架、阀架很少满焊,大部分是点焊。

    2.1.3 管道在是施焊前不能借助机械和人力强行对准,这点在冷箱内管道安装时需要特别注意。应尽量使管道自然对接,防止管道自身应力的产生。如管道在施焊前借助机械和人力强行对准,该处焊缝就很有可能在冷态下开裂,从而产生泄漏。

    2.1.4 冷箱内管道焊接时,焊接地线随意搭在设备上,而焊枪在管道上引弧。如九钢制氧厂2#空分设备V757阀前管道上的漏点,就是由于施工单位在冷箱内铝管上随意引弧产生的。

    2.1.5 施工完成后应将冷箱内的脚手架等全部清理掉,避免与塔内管道、容器相碰。如安源钢铁股份有限公司制氧厂1#空分设备 氩II塔靠近冷箱处仪表管断裂,就是由于施工单位没有将冷箱内脚手架全部清理掉,而仪表管道从粗氩II塔引至冷箱壁后,正好被一脚手架挡住,粗氩II塔在冷态下向下收缩,该仪表管道位置也随之下降,被脚手架挡住后齐根拉断。

    2.2 设计部合理,冷箱内安装材料的使用有所欠缺

    冷箱内管道泄漏的原因除了安装质量不过关外,还有一个原因是设计不合理,冷箱内使用的材料有所欠缺。例如南方某制氧厂1000m3/h空分设备V1阀前管道的设计就不合理。液空管道从液空液氮过冷器出来至V1阀前,管线的具体布置呈阶梯形,并且没有靠着冷箱布置,而是从冷箱中部穿过,无法设置托架。该段管线只在阀门前设有1个托架,并且该托架还没有下支撑。因此,在冷态下该管线的冷缩力全部集中在该托架上,导致托架无法承受而断裂,随即冷缩力传递到V1阀前变径处,导致变径处的焊缝断裂,大量液空向冷箱内泄漏。

    以前冷箱内的仪表管保护架采用DN30mm的角钢,容易变形,对仪表管道非但起不到保护作用,反而会“拉着”仪表管一起运动,导致部分仪表管从根部断裂,形成气(液)体泄漏。现在16500m3/h空分设备仪表管保护架都已采用DN50mm的角钢。安源钢铁股份有限公司制氧厂1#空分设备主冷氖、氨气引出管道根部开裂,事后分析认为该管道的保护架基本没有起到作用。因为该氖、氨气管道从主冷中部引出,到冷箱壁的距离较远,保护架长度大于3m,又因为该保护架采用DN30mm的角钢,强度不够,保护架从冷箱壁处断裂,并“拉着”氖、氨气管道向下运动,造成主冷氖、氨气引出管道根部受力开裂,大量的中压氮气(液氮)喷出,冷箱内压力上升,空分设备无法继续生产,被迫停车扒砂检修。

    合理设置管架是保证空分设备稳定运行的重要因素之一。如管道上管架布置得不合理,或垂直管道上的抱箍将管道“抱死”,没有给管道留出足够的应力收缩空间,会造成管道变形甚至被拉裂。

    2.3 频繁的应力收缩

    大型空分设备开停车或加温过于频繁,也会对管道造成很大的疲劳损害。一般来说,空分设备开车时,容器和管道的温降每小时不允许超过300C,就是出于对冷箱内管道应力收缩的考虑。

3. 预防措施

    空分设备冷箱内管道泄漏,在很大程度上由安装质量引起,因此为保证安装质量应采取以下预防措施:

    3.1 熟悉设备图纸(包括工程设计单位的设计图和建设单位的施工图)和安装技术要求,为及时发现问题做好技术储备。

    3.2 督促施工单位提高安装质量,不符合要求的地方必须进行整改。

    3.3 空分设备平时的开、停车一定要严格按操作规程进行,对阀门的操作幅度不能过大,避免温度和压力剧烈变化,进而损坏空分设备。

4. 结束语

    空分设备冷箱内管道的泄漏对安全生产影响很大,特别是钢安装好的空分设备就因泄漏而被迫扒砂检修,将给钢铁气体造成很大的经济损失。因此,空分设备的安装工作一定要得到各方面的高度重视,只有在安装过程中对安装质量加以严格控制,在平时严格按规程操作,才能实现空分设备长期安全、稳定运行。

 


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