制氧預(yù)冷系統(tǒng)空氣溫度異常升高原因分析與處理

李和平，李東彬，田運(yùn)輝

（1.湖南華菱漣源鋼鐵有限公司生產(chǎn)管理部；2.湖南華菱漣源鋼鐵有限公司能源中心；3.漣鋼福利企業(yè)公司，湖南婁底 417009）

1 概述

空氣預(yù)冷系統(tǒng)空氣溫度是整個(gè)制氧機(jī)組運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，空氣預(yù)冷系統(tǒng)由空冷塔、水冷塔、常溫水泵、低溫水泵和冷水機(jī)組組成，運(yùn)行過(guò)程中常因空氣溫度高問(wèn)題嚴(yán)重影響生產(chǎn)。

影響空氣預(yù)冷系統(tǒng)空氣溫度主要因素是低溫結(jié)垢、填料堵塞、空冷塔常溫水溫度高等。2018年5月，某鋼廠30000 m3/h制氧機(jī)組空氣預(yù)冷系統(tǒng)空氣溫度達(dá)到21℃以上，嚴(yán)重威脅到機(jī)組的安全運(yùn)行。該公司為解決預(yù)冷空氣溫度高的問(wèn)題，通過(guò)實(shí)施在線清洗措施、控制常溫水溫度、提高低溫水溫度、改進(jìn)冷卻水化學(xué)品實(shí)施方案，有效改善冷卻狀態(tài)，滿足了生產(chǎn)的需要。

2 制氧機(jī)組（30000 m3/h）空氣預(yù)冷系統(tǒng)冷卻水系統(tǒng)概況

2.1 空氣預(yù)冷系統(tǒng)現(xiàn)狀

該機(jī)組在運(yùn)行中每年出現(xiàn)過(guò)低溫水堵塞現(xiàn)象，2016年9月，該公司冷卻水化學(xué)品方案在冷卻水低溫水泵入口處采用加入部分阻垢劑方法(計(jì)量泵運(yùn)行1 h+停3 h)，其他藥劑根據(jù)在線檢測(cè)自動(dòng)投加到常溫水系統(tǒng)水池。2017年4月大修，檢查發(fā)現(xiàn)空冷塔冷凍水噴頭、管道內(nèi)均有大量白色結(jié)晶物，大修期間對(duì)空冷塔冷凍水布水管道系統(tǒng)進(jìn)行了化學(xué)清洗。大修后，低溫系統(tǒng)堵塞問(wèn)題還是存在，沒(méi)有徹底解決，2018年3月低溫水流量還出現(xiàn)過(guò)顯著下降，閥門開(kāi)度增大到50%。之后低溫水化學(xué)品方案改進(jìn)，在常溫水進(jìn)入水冷塔前采用加入部分阻垢劑+分散劑方法(計(jì)量泵運(yùn)行30 min+停10 min)，同時(shí)常溫水冷卻系統(tǒng)采用加酸方案。

2018年5月，空氣預(yù)冷系統(tǒng)空氣溫度達(dá)到21℃以上，出空冷塔空氣溫度與低溫水溫差8℃以上，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全運(yùn)行，預(yù)冷系統(tǒng)各運(yùn)行參數(shù)變化見(jiàn)圖1～4所示。

2.2 預(yù)冷系統(tǒng)技術(shù)條件

空氣預(yù)冷系統(tǒng)：常溫水32℃，420 m3/h；低溫水13 ℃，80 m3/h；

分子篩純化系統(tǒng)空氣溫度：≤18℃；

空冷塔內(nèi)進(jìn)出口壓差：＜15 kPa。

圖1 空氣預(yù)冷系統(tǒng)空氣溫度

圖2 空冷塔系統(tǒng)空氣壓差

圖3 空冷塔常溫水溫度

圖4 空冷塔低溫水溫度

冷卻水系統(tǒng)流程示意圖見(jiàn)圖5。

圖5 冷卻水系統(tǒng)流程示意圖

2.3 冷卻系統(tǒng)內(nèi)2017年大修取低溫垢樣化學(xué)成分分析

1#30000制氧機(jī)低溫系統(tǒng)內(nèi)垢樣分析結(jié)果：

3 系統(tǒng)分析

3.1 低溫結(jié)垢垢型分析

2017年大修對(duì)低溫系統(tǒng)垢樣化學(xué)成分分析表明低溫結(jié)垢為碳酸鹽水垢。

3.2 前期低溫水化學(xué)品方案阻止沉積的分散劑量不足

化學(xué)品方案整體考慮了防止高溫和低溫阻垢，常溫冷卻水整體濃縮倍數(shù)按2.5倍控制，藥劑投加中一部分阻垢劑在低溫泵處加入，其他阻垢劑、分散劑、緩蝕劑在冷卻塔下水池中加入。

水冷塔中常溫水與N2換熱，水中CO2析出，水中重碳酸鹽轉(zhuǎn)化成碳酸鹽，pH值升高，循環(huán)水更易結(jié)垢，雖然在系統(tǒng)中特別投加了適應(yīng)pH值范圍廣、鈣容忍度高的高效阻垢劑，但隨著水溫降低，結(jié)晶物在冷卻水管路、冷水機(jī)組蒸發(fā)器及水冷塔內(nèi)壁易析出，此處分散劑如劑量不足容易造成沉積。

3.3 常溫水冷卻塔風(fēng)機(jī)故障影響

2018年5月中旬空氣預(yù)冷系統(tǒng)空氣溫度21℃以上，水冷塔低溫水16℃，冷水機(jī)組后13℃，空氣與低溫水溫差達(dá)到8℃。查空冷塔低溫水溫度與流量可看出，低溫水系統(tǒng)運(yùn)行正常，但常溫水水溫從給水溫度曲線可看出明顯異常升高，檢查發(fā)現(xiàn)常溫水系統(tǒng)二臺(tái)冷卻塔風(fēng)機(jī)的其中一臺(tái)出現(xiàn)故障。

3.4 空冷塔填料堵塞

該制氧機(jī)組2008年投入以來(lái)，預(yù)冷系統(tǒng)內(nèi)填料基本沒(méi)有進(jìn)行過(guò)有效的檢查，2017年4月大修，也沒(méi)有仔細(xì)檢查，大修期間，發(fā)現(xiàn)空冷塔冷凍水噴頭、管道內(nèi)均有大量白色結(jié)晶物，可推斷空冷塔內(nèi)填料內(nèi)應(yīng)該積存有大量結(jié)垢、沉積物。同時(shí)，從空冷塔內(nèi)2018年5月份的空氣運(yùn)行壓差增大分析可看出，空冷塔內(nèi)填料此時(shí)可能因偶然因素部分水垢脫落位移使堵塞增加，造成塔內(nèi)氣流偏流現(xiàn)象，空氣在常溫水冷卻段冷卻效率大大降低?？绽渌?nèi)水液位控制正常，說(shuō)明布水器基本正常。

4 改進(jìn)措施與效果

4.1 化學(xué)品方案改進(jìn)

2018年3月化學(xué)品方案中對(duì)水冷塔改進(jìn)，考慮高效分散劑是防止沉積的有效手段，在常溫水進(jìn)入水冷塔前采用加入阻垢劑+分散劑方法(計(jì)量泵運(yùn)行30 min+停10 min)，同時(shí)常溫水冷卻系統(tǒng)采用加酸方案，控制pH值8.5左右。2018年5月預(yù)冷空氣溫度異常時(shí)，空冷塔低溫水溫度控制正常，流量聯(lián)鎖閥門開(kāi)度控制正常，說(shuō)明此方案有效。預(yù)冷系統(tǒng)常溫水、低溫水水質(zhì)變化見(jiàn)表1。

表1 常溫水、低溫水水質(zhì)變化

4.2 在線清除空冷塔系統(tǒng)內(nèi)部填料結(jié)垢、沉積產(chǎn)物

由于生產(chǎn)需求，該制氧機(jī)組必需滿負(fù)荷運(yùn)行，2018年5月14～20日對(duì)空冷塔實(shí)行在線清洗，清洗過(guò)程控制腐蝕率和泡沫的產(chǎn)生，清洗完成后，從現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)可看出，分子篩純化系統(tǒng)空氣溫度16.3℃，低溫水14.2℃，空氣與低溫水溫差2℃，同時(shí)，空冷塔空氣運(yùn)行壓差降低0.3 kPa，此次在線清洗方法有效，保證了制氧機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行?，F(xiàn)場(chǎng)溫度控制見(jiàn)圖6～7。

圖6 空氣預(yù)冷系統(tǒng)空氣溫度

圖7 空冷塔低溫水溫度

4.3 冷卻系統(tǒng)設(shè)備維護(hù)

檢修故障的一臺(tái)冷卻塔風(fēng)機(jī)，系統(tǒng)冷卻恢復(fù)正常，常溫冷卻水溫差、常溫冷卻水給水溫度均恢復(fù)正常。

4.4 低溫水溫度控制

防止低溫水發(fā)生結(jié)晶堵塞管道、噴頭和冰機(jī)蒸發(fā)器管束，在滿足工藝要求條件下，適當(dāng)提高低溫水溫度控制有助于減緩低溫結(jié)晶。分子篩純化系統(tǒng)空氣溫度≤17℃，控制低溫水溫度14℃左右，冰機(jī)與低溫水溫度聯(lián)鎖控制。

4.5 運(yùn)行跟蹤管理

根據(jù)預(yù)冷系統(tǒng)運(yùn)行特征，現(xiàn)場(chǎng)判斷空冷塔噴頭是否堵塞，根據(jù)低溫水流量值、閥門開(kāi)度變化，判斷低溫結(jié)垢，低溫水進(jìn)空冷塔前壓力變化來(lái)分析判斷空冷塔噴頭是否干凈，根據(jù)常溫水閥門開(kāi)度和溫度變化，判斷常溫水系統(tǒng)是否異常，及時(shí)消除工藝、設(shè)備缺陷。跟蹤空冷塔內(nèi)空氣進(jìn)出口壓差變化，判斷填料、布水器是否堵塞。

5 結(jié)束語(yǔ)

在采取以上綜合措施后，迅速解決了此次制氧機(jī)分子篩純化系統(tǒng)空氣溫度超標(biāo)問(wèn)題，同時(shí)，解決了低溫水結(jié)垢問(wèn)題。