浅析制氧空分主换热设备检修与处理

郑国政

摘要：介绍25000空分设备冷箱检修方面的经验，阐述冷箱扒砂的作业要点，重点总结了冷箱内设备和管道检修中的问题，分析产生的原因并提出了技术解决方案。

关键词：25000空分设备; 冷箱; 空气泄漏; 扒砂; 检修

紫金铜业有限公司为40万吨冶炼配套的空分设备KDON-25000/20000，由杭氧股份有限公司设计制造，浙江工业设备安装公司安装，本套空分装置于2011年12月投入使用至今，已运行有10年。工艺流程采用空气压缩，分子筛吸附净化、增压透平膨胀机制冷、膨胀空气进下塔、规整填料上塔、全精馏制氩流程。2021年3月1日发现冷箱密封气压力明显升高，3月8日，在排查冷箱泄漏时将板式主换热器冷箱顶部排气孔盖板打开后发现有气体带动珠光砂往上喷，使用便携式测氧仪检测氧含量在20.9%，基本判断板式主换热器或周边管道压缩空气泄漏故障，空分装置存在安全隐患，为确保安全运行考虑，决定在2021年3月22日上午8:00开始，空分系统停机加温扒砂，对整个空分塔及附属设备进行检修。

本次检修严格按照检修方案，严把安全质量关，历经26天，于4月14日完成空分塔主冷箱装砂工作，启动空气压缩机，经过制冷、积液、调纯，于4月17日上午7:00深冷系统出氧，空分装置运行正常，各项参数符合要求，制氧空分检修所有项目完成并调试合格投入生产。

1  空气泄漏故障经过

（1）空分塔冷箱每日都会进行巡检，并填写巡检记录表，空分塔冷箱压力平时稳定在0.17~0.22Kpa（正常控制≤0.8Kpa）。空分塔巡查过程中发现在下部2个监测点冷箱压力有些上升，2月10日，冷箱下部压力从0.17Kpa上升至0.25Kpa，2月14日，从0.26Kpa上升至0.35Kpa，2月17日，从0.32Kpa上升至0.38Kpa，17日开始加强对塔内气体的氧含量检测最高12.5%，直到3月1日，冷箱下部压力从0.38Kpa上升至0.6Kpa，发生一次比较大幅度的上涨，观察冷箱内基础温度均未发现下降现象，巡查空分塔冷箱结霜也没有明显大范围结霜部位，定期监测冷箱内含氧量未发生较大变化。

（2）3月8日，在排查冷箱泄漏时将板式主换热器冷箱顶部排气孔盖板打开后发现有气体带动珠光砂往上喷，使用便携式测氧仪检测氧含量在20.9%，初步分析为泄漏点与板式主换E1-2最靠近位置，压缩空气通道漏气（板式主换热器共有6组E1-2表示第2组）。3月16日，为防止空气漏气点进一步扩大，防止安全生产事故发生，决定计划于3月22日进行加温停机扒砂检修；

2  空分塔扒砂

（1）扒砂准备：扒砂前空分系统于22日进行系统排液加温，空分塔内管道容器加温完成，使空分塔满足扒砂的条件。液体区域要进行槽车卸车作业，为确保安全需要，用围栏将空分区域和液体区域进行隔离；

（2）打开塔顶8个人孔通风，发现塔内砂体下沉（中间部位高度约1.5m，四周高度约2.5m），用铁线做好人孔防护网，塔顶的楼梯口的防护，防止人员不慎踩空掉入造成安全事故。

（3）做好布袋流砂准备工作，在地面利用脚手架制作珠光砂收集室，四周用彩条布包裹，塔上放砂口位置将平台格栅网开250*300mm的口，布袋通过开口固定在平台上，布袋至地面由收集室正上方引入室内，珠光砂通过流道进入收集室，再由人工进行装袋，防止珠光砂飘散对周边环境造成影响；

（4）先对北五层进行扒砂作业，经过卸砂口、人孔等部位打开，发现内部珠光砂大量潮湿流动性差，导致北五南五层泄砂口均未能顺利出砂；经过现场多次技术讨论确认，打开南四层人孔进行放砂，顺利出砂；在确认南四人孔与塔顶人孔通风后，打开南五人孔，发现主塔顶部集结了一圈直径约6m厚度约1.5m的大砂坨，由于下部放砂，冰块已悬空在塔顶最上方；

（5）通过人工除冰方式，对塔内冰块进行清除，为保护下方管道，先利用网兜对大冰坨进行增加支撑防止塌落。在除冰过程中由于经验不足，施工队伍保安全赶进度，为防止上方湿砂对下方干砂造成影响，先从中间位置开始除冰，在塔体裸露后，沿着罐壁清除，导致大冰坨悬挂在正上方。大冰坨由于周围气温升高原因，与管道粘结部分融化，其支点无法支撑冰坨重量，冰坨掉落，虽经过了网兜保护，施工队伍又同步在第四层、第三层正常往下扒砂，导致下方管道缺乏珠光砂保护，砸坏部分管道；

（6）经过努力，最终完成扒砂任务，扒砂过程中原计划5天内完成，实际花了8天时间才完成，扒砂过程中碰到了不可预估的大冰砂；

3  空分塔检修

（1）对主塔与外部连接管道在空分塔扒砂期间全部采用制作盲板进行封堵完成，盲板进行编号；

（2）在扒砂作业至14m层以下时，检修单位技术人员进入主换区域对泄漏点进行检查确认，发现泄漏点为E1-2主换热器的增压空气1通道“面包”封头漏气造成冷箱压力上升。长时间漏气喷砂导致面包封头出现长5毫米、宽7毫米的孔洞，制定修复方案并实施修补，同时封头进行加厚焊接；

（3）对塔内所有设备和管道进行检查，对需要进行修复处搭设脚手架；

（4）对塔内扒砂过程中被珠光砂冰块砸坏总共有十五处，涉及液体管道，气体管道，仪表管道等，制定修复方案，更换处理。

（5）空分塔冷箱内部热电阻更换：检查空分塔内部所有测温热电阻，对每组电阻值测量并记录，发现电阻值不稳定或异常的，对其更换；

（6）对塔内所有容器、管道进行试压查漏；主塔塔内管道及主换高、低压通道，试验压力0.1MPa，持续时间24h，对塔内、主换各通道进行查漏未见泄漏，通过计算残留率98.08%，达到残留率≥98%要求；

（7）对焊缝进行伽马源探伤；

由于空分检修的特殊性，为保证整体检修质量符合要求，严格做好隐蔽工程验收，相关工程技术人员到场进行联合验收，包括2号主换热器面包封头泄漏点修复后的检查，管道焊缝共30道焊口的探伤拍片质量，主换热器高压空气通道的保压查漏，主换热器中压氧气通道的保压查漏，空分主塔系统的低压保压查漏及残留率合格检查，确保检修质量符合要求。

4  泄漏原因及经验分享

  （1）本次空分检修的原因是主换区泄漏点为E1-2主换热器的增压空气1通道“面包”封头漏气造成冷箱压力上升，应该是板式主换热器的制造缺陷，与厂家反馈，对空分设备制造厂家细节的把握及严格施工过程控制，同时做好新到货设备验收；

  （2）当发现板式主换热区长时间漏气后，泄漏的空气量大带动珠光砂，高压气体具有切割作用，使周边的管道或容器壁变薄，造成其他泄漏；

  （3）重点观察上、下塔阻力的变化，若珠光砂进入管道或容器内部，肯定会造成上、下塔阻力上升，所以在监控运行过程中一旦发现阻力有上涨的趋势，空分装置必须立即停车检修；

  （4）要求每个班排放下塔液空，观察下塔液空中是否含有珠光砂，一旦发现有珠光砂带入下塔，空分装置必须立即停车检修；

  （5）注意观察板式主换热器的热端温差有无变化，记录数据，一旦热端温差变化，可以判断气体泄漏增大了，须尽快停车检修；

  （6）做好冷箱的防水防潮措施，确保塔内珠光砂保持干燥，防止结冰结块，珠光砂流动性差等；

  （7）定期检查塔顶珠光砂下沉情况，及时补充珠光砂。

5  结束语

由于冶炼企业的特殊性，空分设备在企业生产中占据特别重要的地位。空分设备一旦发生故障，将给企业带来不可估量的巨大损失。对空分塔日常维护特别重要，在操作上要严格按操作规程，确保设备安全稳定持续运行。所有参与人员精诚协作，取得了成功，达到了预期目标，空分检修过程中积累了很多宝贵的经验。