空分冷箱基础温度低的原因分析与措施

空分冷箱基础温度低的原因分析与措施

黄怡

广西钢铁集团有限公司  广西  防城港  538003

摘要：空分设备冷箱温度低，往往会伴随着冷箱壁结露、结霜、结冰、低温脆裂的情况发生，对空分设备安全稳定运行影响很大。本文从各方面对空分冷箱基础温度低的原因进行分析，并采取相对应措施，使空分冷箱基础温度能保持在一个可控的范围之内稳定运行，为空分设备安全运行打下坚实基础。

关键词：冷箱；基础温度；仪表管线；安全运行；

引言

空分设备冷箱为低温精憎塔、换热器、管道、阀门提供低温运行环境。空分设备冷箱由钢结构、碳钢面板、人孔、密封气系统、安全阀呼吸阀、测温测压系统构成。冷箱内装填密度和导热系数小的膨胀珍珠岩（珠光砂），同时冷箱内充入低压氮气，冷箱保温效果好。空分设备冷箱如果基础温度过低，会对空分设备安全开车、稳定运行影响很大。

1空分冷箱基础温度低原因分析

1.1运行期间原因分析

冷箱基础温度低通常情况下有两种：一种是停车后温度较低。空分设备在系统停车后，在设备不排液的情况下，很多时候会出现冷箱基础温度降低至-100℃以下的情况，会产生设备漏液的错觉，出于安全角度考虑，对此情况都比较关注。但如果是设备泄漏引起的冷箱基础温度降低，在系统停车前，设备有压力的情况下，应该泄漏更严重。如果系统停车前基础温度正常，停车后出现冷箱基础温度降低至-100℃以下的情况，应是由于空分设备停车后无加温气体，分馏塔内冷气向下扩散造成，而不是分馏塔漏液。在设备投入正常运行后，这种现象会自动消失。另一种为运行时温度降低。此类现象较为危险，通常是冷箱内部出现泄漏的可能性较大，此时设备有压力，基础温度会逐步降低，最明显的变化是冷箱内密封气的氧含量和压力会增高，泄漏严重时密封气的氧含量及压力会远高于正常值。也有可能是其他原因造成的透冷，如安装时温度探头距分馏塔、排液管线等距离过近，无法达到保冷效果，正常运行时冷量不断传递至温度探头，亦会造成温度显示过低，此类现象密封气氧含量、压力均正常，无法直接判断。

1.2测温仪表管线原因分析

空分冷箱中的仪表管线有着广泛的运用。通常被用于将深冷设备和管道中液氧和液氮等通过气化后送出冷箱，以供各类仪表分析使用。仪表管线按功能分，可分为测压、取样和测流量等；按材料分常见有不锈钢和铝材两种，其余材料因无法承受深冷态下的低温或焊接不便等原因而运用较少。深冷态一般是指77~233K（约-196~-40℃）的温度区间。本文选取了较恶劣的工况即约-196℃，铝材仪表管线作为分析的对象。当温度高于-196℃或选不锈钢材质时，仪表管线的整体表现会略好一些，所以本文不做讨论。

1.3停车后原因分析

经检查，现场冷箱外壁的水泥基础地面是凹陷状，四周较高，冷箱位置较低，沿海地区下雨天气冷箱外侧的地面上容易造成积水，且无法流出，长期积聚在此，不断地腐蚀着冷箱壁，冷箱周围的低温泵泵箱基础四角被垫起，但泵箱下方与地面中间存在较大缝隙，分析原因为建设时期未进行灌浆或灌浆高度不高等原因导致泵箱底部也存在大量积水现象。

1.4冷箱内管道泄露原因分析

空分设备冷箱内精憎塔、换热器、管道、阀门发生故障，低温液体发生泄漏，低温液体渗入珠光砂，冷量扩散至冷箱碳钢面板，冷箱碳钢面板温度下降至低于-30℃时，碳钢面板金相组织被破坏，冷箱会发生低温脆裂。

在冷箱碳钢面板发生低温脆裂时，碳钢面板同时出现结霜、结冰、喷砂现象。因冷箱内精憎塔、换热器、管道、阀门安装方法不合理及受到冻结块状珠光砂压迫，又因空分设备加温吹除、热开车、冷开车次数频繁，使低温设备变形量大，冷箱内低温设备易产生泄漏点。同时因低温管道焊接质量不佳、仪表及分析管道配管方式不佳，低温管道易产生泄漏点。 在空分设备冷箱发生低温脆裂现象时，冷箱基础温度大幅度降低、冷箱内压力高及安全阀启跳，工况不稳定，设备运行危险，空分设备发生联锁跳车或手动紧急停车。

2采取措施

2.1测温仪表管线问题解决

仪表管道的安全性和测量准确性直接关系着空分设备的安全稳定运行。仪表管道由于过去重视程度不够导致事故频发，出现了问题同样也需要对整个冷箱进行扒砂，因此对于仪表管道的安装同样不能掉以轻心。针对仪表管道安装中容易出现问题的一系列薄弱点，一般仪表管道检修需要做以下工作:(1)冷箱内原有铝和铜仪表管道拆除，全部改用无缝盘管，引出点到仪表阀门中间不允许有焊缝。(2)仪表管引出位置增加根部保护结构，保护角钢如为碳钢材料需全部换成不锈钢。(3)仪表管必须1∶10向上倾斜引至冷箱壁，根据引出位置的标高不同设置合适大小的补偿弯，并在冷箱壁面向上做不小于1m的复热段，尤其是液体管道上的仪表测点。之前检修中遇到液位测点仪表管道未做复热段，并且在沿冷箱多处存在积液低点，使得测量液位准确及灵敏性受到很大影响。(4)上塔、粗氩Ⅱ塔上阻力计仪表管道沿塔布置。(5)螺纹连接的热电阻温度计改为封闭套管结构。(6)法兰连接的流量计存在泄漏隐患，可以考虑焊接连接形式流量计。(7)认真检查冷箱顶板密封性;冷箱顶部增加一圈密封气管道，使顶部空间保持微正压。

2.2冷箱外侧基础修复

为消除冷箱基础温度点过低的异常现象，因冷箱底部与混凝土衔接处渗漏，冷箱底部钢质部件锈蚀，对冷箱底部钢铁锈蚀及衔接处防水进行防渗漏维修处理。主要项目及要求有：砼面层剔凿沟槽，钢构表面除锈ST2级，砼表面涂抹固砼抗渗剂，钢质构件表面涂抹转锈钝化剂，衔接阴角处做聚合物抗裂耐冲刷砂浆八字坡角，作业面砼面层及砂浆面层涂抹高渗透环氧底涂。首先对冷箱外侧基础垂直开裂的一层整体进行打掉，对与水泥相衔接的部位进行打磨除锈，后对冷箱地面进行重新灌浆，此次灌浆高度高于原有基础高度50mm，消除了低温泵泵箱下积水的现象，并在水泥与泵箱及冷箱壁相衔接处使用水泥等砂浆砌成45°夹角，防止水流渗入冷箱底部。同时由冷箱壁向外在灌浆时做成坡度，便于冷箱的排水，此次将冷箱外侧前期容易积水的部位全部进行了消除。

2.3可循环使用仪表管线和应力释放装置的安装应用

在实际工况中会有一些不确定性因素干扰理论实验值，所以对于冷位移量和拉伸比接近临界点的仪表管线，通常也可以增设应力释放装置来改善其受力，以提高其安全性。而在真实的空分工厂中，如果增设应力释放装置，需额外考虑部分仪表管线的引出点距其设备支撑点的位置较远时，也会导致实际冷位移量和理论值有偏差。所以在使用应力释放装置的一端来固定仪表管线引出点的同时，通常还会在设备引出点附近焊接一个辅助支架，来帮助固定应力释放装置。这样会改善仪表管线引出点的管口受力。

2.4冷箱内泄露管道的修复

对冷箱实施局部扒砂、检查，检查塔内管道是否因变形大断裂，出现冷量外漏的情况,将冷箱内管道断裂处与冷箱内其他变形大的管道切断，重新配管焊接。同时，改进管道架设方法，减小管道变形量，避免管道因变形大而断裂。

针对冷箱基础温度低的具体原因，通过对低温设备故障检修处理及安装方式技术改造、空分 设备加温开车操作方法及运行方式改进，达到消除冷箱基础温度低程度现象。

结束语

空分设备影响着企业经济效益，企业若想提高经济效益，则需要使空分设备稳定运行，若是空分设备产生问题，则会使冷箱内管道变形，影响到空分设备的常规化运行，甚至出现恶性循环。空分设备受到加温操作、运行时间和管道强度的影响，经常会使管道变形，因此要加强设计、操作运行和制造等措施，防止冷箱内管道产生变形，使空分设备能够稳定运行，为企业营造更多经济效益。

参考文献

[1]刘素艳,张砷钇.空分冷箱基础温度低的原因分析与措施[J].辽宁化工,2022,51(04):562-564+568.