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制氮机(制氮设备)进气管堵塞分析及处理

1 问题的提出
KL.15型制氧制氮车为小型移动式空分设备,
采用回热式制冷机制冷,用切换式换热器清除空气
中的水分和二氧化碳,氧气与氮气的充装采用内压
缩方式。其流程如图1所示。
但由于该设备设计定型时间较早,操作起来比
较复杂,因此故障率高。其中,液氧泵的进液管堵
塞是一个常见故障。以下两次就是笔者在某制氧站
遇到的液氧泵进液管堵塞的情况。
2004年6月,操作人员在完成对空分设备的
启动后,准备制取气氧。当打开液氧泵的进、排出
阀和贮液器的吹除阀对液氧泵进行冷却时,却发现
贮液器的压力表指示为0,液面高度无任何变化,
吹.2阀没有气体产生。将液氧泵高速运转,也无
高压气氧出现。2005年5月26日,发生了同样的
故障。而且在此之前,该制氧站和其它制氧站也曾
多次发生过同样的故障。
在这两次故障发生时,笔者都对液氧泵及相关
的管路进行了检查,结果发现:问题在于冷却液氧
泵之前,通.9阀前的管路就已经被冻结,液氧无
法从贮液器流进液氧泵。
2 问题的分析
通常,人们将液氧泵的进液管路冻结的原因归
结为在对KL.15型制氧制氮车加温过程中,加温不
彻底,造成精馏塔、贮液器及管路内含水过多,这
些水分在启动阶段凝结成冰,堵塞了管路。但笔者
认为,启动阶段操作方法的不当才是最主要的原
因,而且这种故障完全可以避免。
KL.15型制氧制氮车的启动,按照操作手册的
规定,首先冷却精馏塔,让精馏塔内积累一定量的
液体,然后冷却切换式换热器,当换热器的中部温
度达到一90~C时,转入正常的制氧、制氮操作,依
靠切换式换热器来清除空气中的水分和二氧化碳。
在氧或氮产品的纯度快符合要求时才冷却贮液器,
最后冷却液氧泵。
由流程图可知,液氧和液氮分别从通一4阀和
通.5阀由于压差而流进贮液器,然后液体从贮液
器的底部经通一6阀或通一9阀排出。而贮液器中的
排液管是在贮液器的底部,且排液管也不是如所示
的直管,而是一条比较弯曲的管道。也就是说,如
果液体从贮液器底部排出时,会同时流至通一6阀
和通.9阀。
在对KL.15型制氧制氮车精馏塔和贮液器的加
温过程中,设定空气出电炉的温度为100 cI=,当塔
内的温度达到50cI=(或比室温高30 cI=)时,加温
结束。由常压下湿饱和空气的含湿表可得,在温度
为50cI=时,水分的含量为83.06g/rn3,在一60cI=
时,水分的含量大约为0.01g/m3。因此,加温结
束时,塔内空气的含湿量接近饱和状态,由于当时
温度较高,塔内有较多的水分存在。如果加温不彻
底,贮液器内将有更多的水分存在。而在启动阶段
的塔内积液阶段,最先被冷却的是精馏塔。按照操
作手册要求,在操作面板上,只打开了热.1、节一1
及节.2阀,其余阀门都关闭。由于贮液器与精馏
塔之间的距离较小,也将间接被冷却,但冷却速度
没有精馏塔快,贮液器及精馏塔附近管路中的水分
含量也迅速降低,容器内的空气有水分析出,析出
的水分不会立即冻结成冰,而是以液体形式流到贮
液器的底部,经放液管汇集到通.6阀或通.9阀的
阀口。等到冷却切换式预热器时,汇集到通.6、
通一9阀的水分才冻结成冰。由于通.6阀的口径较
大,不易堵塞,而通一9阀口径较小,只要有1~2g
的水分就会造成管口堵塞,致使液氧泵在冷却前管
路就已经被冻结,液体无法流进液氧泵。
3 解决方法
从启动阶段的分析来看,液氧泵的进液口是在
冷却精馏塔及切换式换热器和贮液器时被冻结的。
因此,只要在冷却精馏塔及切换式换热器时加强对
通.9、通一l0阀及通.6阀的吹除,让积聚在这两个
阀门前的水分在凝结成冰之前就被吹除出来。也就
是在塔内积液及冷却切换式换热器的前期,适时打
开通.4、通.5、通.6、通.9、通.10及吹.6阀,将因
冷凝而积聚在通.9、通.10阀之前的水分吹除出来,
就可以避免液氧泵进液管冻结, 同时避免因通.10
阀冻结,造成液氧汽化后的气体充满液氧泵、液体
不能进入液氧泵的故障。