空分装置冷箱泄漏分析与处理

梁涛 杨俊旭 刘卫 李根

摘要：本文基于对煤化工企业空分装置系统运作的了解，阐述了空分装置冷箱泄漏的具体原因，针对可能产生的冷箱低温、富氧、超压喷砂和砂爆等风险进行深入分析，并提出防止冷箱富氧、控制冷箱超压、加大巡检监控风有效处理措施，为煤化工企业发展奠定良好基础。

关键词：空分装置;冷箱泄露;巡检监控

引言：随着科技的进步和社会的发展，空分装置在煤化工企业生产运作过程中起着愈来愈重要的作用，如果空分装置出现冷箱泄漏的情况，则会对其长期正常运行的安全性和稳定性产生严重影响，因此，必须针对装置的实际运作情况，制定相应的处理方案，推进煤化工企业走可持续发展之路。

1.空分装置冷箱泄漏的原因

煤化工企业空分装置冷箱泄漏的主要原因，大多数情况下是由于热运动及冷箱中存在的冰在已经设计和运用的膨胀循环管之外冻结而产生的泄漏现象。具体情况还要针对实际泄漏情况进行细微划分，较大的泄漏故障可能会导致设备严重故障，以致于为后期的生产运作留下潜在的安全隐患。在此基础上，冷箱内部工作条件的要求较为苛刻，因此内部管线部件的材质、强度和设计的合理性，成为冷箱是空分装置的重要环节，同时也是相对薄弱的整体构成部分，管线的长度、焊缝的数量、自身强度都是关键的影响因素，如果遭受冲击变形或断裂，则可能导致整个冷箱被迫扒砂检修，而随着煤化工的发展，氧气需求量不断增加，因此需加强对冷箱的设计和研究，保障空分裝置运行的安全性和稳定性。

2.空分装置冷箱泄漏风险分析

2.1低温和富氧危险

当空分装置内部低温气体出现严重泄漏时，会对冷箱壁和支撑进行一定程度的气体冲刷，极易使冷箱壁出现冻裂现象，以及支撑遭到损坏。当冷箱内部低温液体流出时，极易沿着外部的珠光砂留到下面的冷箱上，与此同时，由于其自身特性，对迅速降低冷箱外部的基础温度，促使基础被冻坏。相同的，低温液体也极易在冷箱上向四周扩散，最终导致冷箱壁大部分和支撑等空分装置零部件被冻坏。针对富氧来说，其主要是应用有效方法将空气中的氧气进行收集，并促使收集后气体中的富氧含量≥21%。如果冷箱内的氧含量始终处于不断提升的状态，同时富氧、气氧和液氧的含有氧元素的物质作为泄漏的介质，那么当工作区域存在明火、静电火花时，极易产生爆炸、火灾等安全事故，存在一定的危险性[1]。

2.2冷箱超压喷砂与砂爆

当空分装置内部低温液体泄漏后，其在流动过程中由于内外温度差的变化，会使液体出现气化现象，同时随着冷箱内压力的不断提高，当到达一定程度时，会出现超压喷砂的情况，甚至会使冷箱的局部位置出现鼓包、破裂的现象，加大内部物质泄漏程度，当气体出现大量泄漏时，也会导致冷箱的内压超过标准程度现象。除此之外，如果泄漏的液体随着时间的延长而量化增加，则会促使冷箱内的珠光砂中汇集大量的低温液体，在此基础上，由于珠光砂并没有高质量的导热性能，所以在短时间内不会促使泄漏液体出现急剧气化现象。除此之外，如果当泄漏液体在流动过程中遇到温度较高的热源时，会使液体快速膨胀至原有体积的600倍，从而迅速提高冷箱内原本存在的压力，导致空分装置的呼吸阀不能及时打开进行泄压处理，以致于产生冷箱砂爆的情况，对其内部结构产生一定的破坏，甚至出现坍塌情况[2]。

2.3珠光砂冲刷和进入设备内部

珠光砂主要是由一种酸性火山玻璃质熔岩经过破碎、预热、焙烧膨胀而最终制成的，具有多孔结构的、白色粒状的松散材料，具有容量小、导热系数低、化学稳定性能好等特性，而其应用于煤化工的空分装置结构中，其泄漏的介质通过一定程度的流动或扩散，由于其中会夹杂着一定数量的珠光砂，在泄漏过程中可能会对周围设备、管道等造成一定程度的冲刷损坏。在此基础上，珠光砂在扩散工程中，可能会从泄漏位置进入设备及管道内部，对整体空分装置产生的较高纯度气体造成污染，以及出现堵塞管道、换热器的情况。

3.空分装置冷箱泄漏处理措施

3.1防止冷箱富氧，控制冷箱超压

想要高效防止冷箱存在富氧风险，需提高向冷箱内所冲氮气的纯度，切实达到降低冷箱密封气体内含氧量的目的，同时还要确保收集后气体的富氧含量始终控制在21%以内。除此之外，相关工作人员还需增加对冷箱内密封气体中各种所需元素的分析频率，并认真做好相关记录。如果出现氧含量异常的情况，需及时对其原因进行分析和研究，在此基础上针对实际冷箱泄漏情况，在泄露点附近开孔取样，进一步对泄漏情况进行准确、有效判断，以此为基础才能有效防止冷箱由于富氧而产生的风险。

与此同时，为了有效防止冷箱出现超压而产生鼓包、喷砂情况，应在实际运作过程中根据实际情况，将冷箱中的呼吸阀及时打开，为接下来的泄压和气体置换工作提供方便，相关工作人员还相应的需要对冷箱的呼吸控制阀进行定期的精细检查，确保其始终处于正常的运行状态。对冷箱密封的气体充入量也需要进行有效控制，确保其内部气压始终保持在可控范围内，一般情况下都会保持在1kPa以内，避免出现呼吸阀喷砂，以及出现负压吸入潮湿空气的现象。

3.2防控冷箱冻裂，加大巡检监控

想要对冷箱是否存在冻裂现象或其他变化进行有效观察，需应用适量的热氮气对冷箱内的冷气进行部分置换，让冷箱保持在稳定温度状态时，在此基础上用低压蒸汽对冷箱结冰处进行制定位置吹扫，加快冰块的融化速度，然后应用望远镜对冷箱壁进行仔细观察。

必须在原有基础上提升巡检监控力度，第一，增加操作人员巡检时的人数和巡检频率，确保冷箱四周及自身始终保持正常运行状态。巡检人员需要对冷箱结冰的状态、面积进行实时监测，不同巡检小组在需用测温枪对冷箱结冰处的温度进行监测，并要做好相应的记录，如果发展存在特殊现象，如结冰面积扩大、冻裂、喷砂等现象，需立即向上级报告并采取应急措施;第二，需要将冷箱的相关参数和上塔压力控制在规定范围内，同时还需加大对冷箱密封气压、基础温度等的监视巡检力度，避免出现冷箱内气体中的氧含量增大，或压力迅速上升的情况;第三，需对冷箱内部珠光砂进行定期测量，主要检查的包括珠光砂的沉降高度、内部存在结块、侵入液体等影响因素，以此来有效辨别低温液体的实际泄露情况。

3.3避免液体泄漏，降低冷箱内的氧含量

如果操作人员发现存在液体泄漏的情况，需及时停止密封气体向冷箱内的输送和供应，以此来有效防止在液体流动过程中由于温差影响，导致液体快速蒸发，以致于迅速提升冷箱内气压，从而引起砂爆现象。与此同时，还要对冷箱内部情况进行严格控制，避免出现液体在冷箱内积累的现象，如果发生液体积累，则需立刻进行停车处理，防止严重后果的发生[3]。

必须降低冷箱的内氧含量，避免由于冷箱内的氧含量过高和周围环境引起的明火、静电而发生剧烈的爆炸，因此，必须采取有效措施降低内氧含量，首先需对冷箱内的密封气量进行调整，从而提高冷箱密封气压力，以此来防止空分装置上部产生负压，使空气进入冷箱内。然后再循序渐进的增大下冷箱的密封气，利用常温密封气使冷箱内的冷凝液体逐渐汽化，并从呼吸口排出，以此来降低冷箱内氧浓度，在此基础上，还要控制好密封气压，以防造成严重后果。除此之外，如果冷箱内氧含量过高，则必须切断冷箱周围的电源，对空分装置运作的安全性和稳定性起到一定保障作用。

结论：综上所述，及时发现空分装置冷箱存在的问题，并做好相应的冷箱泄漏处理措施，是装置运行安全和稳定的重要保障。除了做好相应的风险泄漏处理措施，还要预先制定应急处理方案，确保能够有效消除泄漏点，减少冷箱泄漏问题发生，推进煤化工企业的经济效益发展。

参考文献：

[1]任新娟.空分装置冷箱泄漏分析与处理[J].化工管理，2020（18）：146-147.

[2]朱致欣，江福.空分装置冷箱泄漏分析与处理[J].大氮肥，2020，43（01）：3-6.

[3]付庭强. 煤气化工艺的空分装置选型研究[D].西北大学，2018.