李志斌

(寧夏和寧化學(xué)有限公司,寧夏 銀川 750041)

西北某公司煤化工裝置配有兩套40 000 Nm3/h(O2)空分設(shè)備[1]。該空分設(shè)備是一套采用填料塔、內(nèi)壓縮和前段預(yù)凈化流程的空氣分離裝置,即采用常溫分子篩預(yù)凈化、空氣增壓膨脹、雙塔精餾、液氧泵內(nèi)壓縮流程。

兩套空分裝置(04空分和05空分)為后續(xù)煤氣化裝置提供氧氣,為凈化工序及氨合成工序提供氮?dú)?為生產(chǎn)系統(tǒng)提供吹掃、置換及保護(hù)用氮?dú)?。兩套空分氧氣在界區(qū)內(nèi)并入氧氣管線后出界區(qū)送往后工序煤氣化裝置,氧氣設(shè)計(jì)壓力8.6 MPa,設(shè)計(jì)溫度32 ℃。兩套空分可同時(shí)為后系統(tǒng)供氧,也可單獨(dú)供氧,這樣當(dāng)后系統(tǒng)負(fù)荷較低、氧需求量較低,或者其中一套空分裝置因故需要停車檢修的時(shí)候,仍能保持半負(fù)荷運(yùn)行。具體流程如圖1所示。

圖1 空分界區(qū)內(nèi)氧氣流程圖

2022年大修結(jié)束開車不久工藝巡檢發(fā)現(xiàn),安全閥05SV4393先導(dǎo)閥放空管喇叭口出現(xiàn)泄漏。

1 氧氣管線安全閥泄漏風(fēng)險(xiǎn)分析

1.1 氧氣管線安全閥泄漏發(fā)現(xiàn)

2022年10月11日,05空分開車,氧管線在工作壓力下查漏時(shí)發(fā)現(xiàn)05氧管線安全閥05SV4393安全閥先導(dǎo)閥放空管喇叭口處有氣體排出,用氧檢測儀檢測發(fā)現(xiàn)所排氣體為氧氣。因該喇叭口為安全閥先導(dǎo)閥泄壓口,在安全閥工作壓力未達(dá)到安全閥啟跳壓力的情況下該處有氣體連續(xù)排出,說明該安全閥先導(dǎo)閥存在泄漏,因無法進(jìn)行在線維護(hù),只能下線檢修。

同樣的異常現(xiàn)象在前期多次出現(xiàn),因此是工藝巡檢檢查的重點(diǎn),但大多數(shù)是該閥工作一段時(shí)間之后且冬季較容易出現(xiàn),最近一次是在2022年1月4日,所以本次泄漏在有針對(duì)性的檢查中及時(shí)發(fā)現(xiàn)。

1.2 氧氣管線安全閥簡介

氧氣安全閥05SV4393工作壓力8.6 MPa,啟跳壓力9.2 MPa,是一種先導(dǎo)式安全閥,其結(jié)構(gòu)示意見圖2。先導(dǎo)式安全閥由主閥和導(dǎo)閥兩部分構(gòu)成,安全閥在正常工作狀態(tài),主閥、導(dǎo)閥同時(shí)保持在一種密封的狀態(tài)[2]。導(dǎo)閥在主閥進(jìn)口壓力達(dá)到規(guī)定的開啟壓力值的時(shí)候會(huì)自動(dòng)開啟,將主閥上腔部分氣體排放,主閥同步開啟泄壓,當(dāng)先導(dǎo)式安全閥的主閥閥芯快速升起的時(shí)候,安全閥就會(huì)處于一種全部開放以及排放的狀態(tài)對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行泄壓。

圖2 先導(dǎo)式安全閥結(jié)構(gòu)示意圖

當(dāng)管網(wǎng)壓力下降,降至主閥回座壓力值的時(shí)候,主閥、導(dǎo)閥閥芯會(huì)同步回到密封的狀態(tài),也就是正常工作狀態(tài)。

當(dāng)導(dǎo)閥放空管喇叭口有連續(xù)氣體逸出時(shí)候說明導(dǎo)閥閥芯或其他部位密封性能不好,從以往出現(xiàn)泄漏后的檢修經(jīng)驗(yàn)分析,出現(xiàn)泄漏的主要原因有兩個(gè)一是導(dǎo)閥“O”型密封圈因老化、磨損、環(huán)境溫度變化引起的變形使“O”型密封圈塑性下降受損,一是檢修過程的安裝質(zhì)量、清潔質(zhì)量等造成的密封性能不好。

1.3 氧氣管線安全閥泄漏風(fēng)險(xiǎn)分析

1.3.1 安全風(fēng)險(xiǎn)

安全閥先導(dǎo)閥泄漏屬于帶病運(yùn)行,從安全的交付分析,不滿足國家相關(guān)法律法規(guī)要求。另氧氣是助燃物,空氣中氧的體積分?jǐn)?shù)為21%,其成分稍微有些變化就足以引起危險(xiǎn),通常氧氣的體積分?jǐn)?shù)控制在23%以內(nèi)。氧的濃度越高,燃燒也就越劇烈?？諝庵械难鹾恐灰黾?%,就會(huì)導(dǎo)致燃燒的顯著加劇,包括金屬在內(nèi)的許多物質(zhì)在普通大氣中不會(huì)點(diǎn)燃,但在具有較高濃度氧的情況下,或在純氧中,便能燃燒起來?？扇夹晕镔|(zhì)在氧濃度較高的情況下,容易引起自燃,甚至爆炸,如遇浸透氧的衣物極易著火(例如由靜電產(chǎn)生的火花),并迅速地燃燒起來,因此安全閥先導(dǎo)閥泄漏若不及時(shí)處理不但不合規(guī),而且周邊火災(zāi)等事故發(fā)生的概率明顯增加,存在較為嚴(yán)重的安全風(fēng)險(xiǎn)。

1.3.2 運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)

安全閥導(dǎo)閥泄漏,使安全閥處于一種非正常的工作狀態(tài)。一方面因?qū)чy密封不好存在泄漏,使導(dǎo)閥的開啟需要更高的工作壓力,相應(yīng)的此時(shí)主閥啟跳也需要更高的壓力。安全閥存在管網(wǎng)壓力超過整定壓力(啟跳值:9.2 MPa)滯后啟跳或者不會(huì)啟跳的風(fēng)險(xiǎn);另一方面因持續(xù)的泄漏沖刷、密封圈徹底失效等原因,運(yùn)行一段時(shí)間以后隨著泄漏量的增大,主閥上腔壓力有可能會(huì)降低,當(dāng)泄漏量增大到一定程度時(shí),主閥上腔壓力會(huì)進(jìn)一步降低,有可能會(huì)達(dá)到導(dǎo)閥開啟的排放效果,在管網(wǎng)壓力波動(dòng)等外界干擾的情況下,安全閥存在提前啟跳的風(fēng)險(xiǎn)。因此安全閥先導(dǎo)閥泄漏威脅裝置的長周期運(yùn)行。

2 氧氣管線安全閥泄漏處理思路

2.1 監(jiān)護(hù)運(yùn)行

因無法在線處理消缺,因各種原因無法馬上交付檢修,從安全和運(yùn)行兩個(gè)方面評(píng)估,雖有風(fēng)險(xiǎn),但整體風(fēng)險(xiǎn)可控,可短期監(jiān)護(hù)運(yùn)行,擇機(jī)整改。

2.1.1 監(jiān)護(hù)運(yùn)行要點(diǎn)

1)當(dāng)班副班長對(duì)安全閥先導(dǎo)閥排氣口附近用測氧儀檢查一次,在離漏點(diǎn)固定范圍內(nèi)(2 m范圍內(nèi))檢測氧含量是否增大。

2)現(xiàn)場巡檢人員每小時(shí)巡檢時(shí)候需傾聽離地面3 m高防爆墻邊安全閥的先導(dǎo)閥的排氣聲,在漏點(diǎn)下方通過傾聽聲音變化情況來判斷泄漏量是否增大,列入固定巡檢交班項(xiàng)目。

3)車間值班管理人員巡檢一次并簽字確認(rèn)泄漏量是否加大。

4)目前氣化工序綜合負(fù)荷100%,空分供氧以平穩(wěn)為主,負(fù)荷變化及時(shí)同調(diào)度室溝通協(xié)調(diào)。

5)氧氣外送管線壓力(05PI4339)操作中盡量保持穩(wěn)定,建議穩(wěn)定在8.0 MPa左右,不要超過8.0 MPa,杜絕壓力大幅上漲。

6)主控嚴(yán)密監(jiān)視氧管線壓力、流量以及放空閥閥位、液氧主泵電流、高壓氧氣溫度等參數(shù)的變化,結(jié)合現(xiàn)場的異常放空聲音,作為判斷安全閥突然啟跳的參考依據(jù)。

7)在泄漏區(qū)域增設(shè)警示標(biāo)識(shí),設(shè)置警戒線,清理雜物,進(jìn)入泄漏區(qū)域巡檢時(shí),不要戴油膩臟手套及類似防護(hù)器具;先消除人體靜電,使用防爆對(duì)講機(jī),嚴(yán)禁攜帶手機(jī)。

2.1.2 監(jiān)護(hù)運(yùn)行期應(yīng)急處置措施

2.1.2.1 提前啟跳

若05SV4393安全閥啟跳后迅速回坐,氧管線壓力與流量會(huì)因出現(xiàn)短時(shí)間較大幅度的波動(dòng),此時(shí)應(yīng)及時(shí)同調(diào)度室聯(lián)系,主控及時(shí)穩(wěn)定氧壓,隨著安全閥回坐后,氧管線壓力與流量會(huì)很快恢復(fù)正常。

若05SV4393安全閥啟跳后不回座,將無法繼續(xù)維持該套裝置正常外送高壓氧氣,此時(shí)應(yīng)及時(shí)聯(lián)系調(diào)度,班組維持好另外一套裝置的安全運(yùn)行,按操作規(guī)程操作停止此套空分氧氣的外送,并降低氧氣壓力與流量,直至安全閥回座。

在安全閥突然啟跳時(shí),當(dāng)班主控應(yīng)根據(jù)氧氣外送閥、放空閥的狀態(tài),以及液氧泵的互備狀態(tài),對(duì)空分的工藝做出相應(yīng)調(diào)整。重點(diǎn)應(yīng)保證氧氣溫度符合指標(biāo)要求,增壓機(jī)不得出現(xiàn)防喘振動(dòng)作、絕對(duì)不允許出現(xiàn)喘振現(xiàn)象。

安全閥啟跳未回座,壓力下降過程中,禁止人員接近該閥門。

2.1.2.2 不啟跳或推遲啟跳

若氧氣管線實(shí)際壓力因各種原因上漲,達(dá)到安全閥的啟跳壓力,但該安全閥不啟跳,此時(shí)氧泵泵后安全閥將啟跳,已卸放多余氧,同時(shí)投自動(dòng)的氧氣放空閥將自動(dòng)打開排放多余氧。

2.2 下線檢修

在發(fā)現(xiàn)安全閥04SV4393先導(dǎo)閥泄漏后,經(jīng)過對(duì)監(jiān)護(hù)運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)全面評(píng)估之后,最后公司決定對(duì)此安全閥進(jìn)行下線消缺處理。

2.2.1 部分停車(冷箱封塔)后交付檢修

在以往的歷次歷史故障的處理中均采用部分停車即空分冷箱封塔后將氧氣管道徹底退出后安全閥交付檢修,此方式需要將膨脹機(jī)液氧泵等動(dòng)設(shè)備停車,關(guān)閉所有進(jìn)冷箱熱介質(zhì)閥門,關(guān)閉所有處冷箱冷介質(zhì)閥門,一般停車約需要1.5 h,再次開車導(dǎo)氣至冷箱各進(jìn)出口管道流程打通,氧管線建立壓力約需要2.5 h,總時(shí)間需要4 h左右,且冷箱封塔退氣以及冷箱導(dǎo)氣開車需要大量的操作,此過程風(fēng)險(xiǎn)較大。

但此次因后系統(tǒng)氮?dú)庥昧看?單套空分無法滿足后系統(tǒng)用氮需求,必須維持兩套空分的氮?dú)夤?yīng),后經(jīng)綜合分析研判,決定此次安全閥檢修采用全新的不停車下線處理思路。

2.2.2 不停車后交付檢修

不停車交付檢修是指相對(duì)部分停車(冷箱封塔)而言,在整個(gè)過程中膨脹機(jī)、液氧泵均保持運(yùn)行狀態(tài),只需要在安全閥拆裝過程中短暫的將氧氣管線中的氧氣退出,和部分停車比較,不停車交付檢修和節(jié)約4 h,最主要的是避免了冷箱封塔退氣和導(dǎo)氣開車過程中帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)。

2.2.2.1 不停車交付檢修風(fēng)險(xiǎn)分析及應(yīng)對(duì)措施

不停車交付檢修雖然相對(duì)來說是一個(gè)最佳選擇,但對(duì)我們來說是一個(gè)全新的思路和嘗試,在進(jìn)行前需要充分地辨識(shí)風(fēng)險(xiǎn),并針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)提出有效的應(yīng)對(duì)措施。

氧泵全回流運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。在正常運(yùn)行中,一臺(tái)氧泵高速主運(yùn)行,一臺(tái)氧泵低速備運(yùn)行,備運(yùn)行的氧泵相當(dāng)于全回流運(yùn)行工況并沒有改變。主要的變化是高速運(yùn)行氧泵全回流運(yùn)行,因回流量增大,會(huì)引起上塔回流比的增加,有出現(xiàn)液泛的風(fēng)險(xiǎn),另一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)就是回流量增大上塔氣體也會(huì)增加,上塔有超壓的風(fēng)險(xiǎn)。以上風(fēng)險(xiǎn)的主要應(yīng)對(duì)措施就是在原高速主運(yùn)行泵在全回流的操作過程中首先應(yīng)該降速,若上塔壓力或阻力出現(xiàn)明顯的上漲,應(yīng)及時(shí)查明原因,如果是全回流造成的應(yīng)及時(shí)恢復(fù)外送或停泵。

高壓主換熱器氧通道降壓風(fēng)險(xiǎn)。高壓主換熱器正常工作時(shí)共有3.9 MPa膨脹空氣和7.2 MPa高壓空氣兩種正流介質(zhì)和0.02 MPa的無氮?dú)庖约?.6 MPa的高壓氧氣兩種反流介質(zhì)。氧通道降壓后各通道工作情況就偏離了設(shè)計(jì)值,使高壓主換熱器的工作環(huán)境更加苛刻,主要應(yīng)對(duì)措施是氧管道在降壓過程中其他通道尤其是高壓空氣通道也要降壓操作,使高壓主換熱器的各通道的工作情況和空分裝置開車積液階段(液氧泵未啟動(dòng))類似。

氧管線有殘氧風(fēng)險(xiǎn)。氧管線泄壓之后再拆卸安全閥的過程中氧管線內(nèi)仍有殘氧,屬于富氧環(huán)境,存在發(fā)生火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)。主要應(yīng)對(duì)措施在拆卸過程中一是必須禁油,同時(shí)使用銅制扳手等工具,二是要攜帶氧檢測儀,當(dāng)環(huán)境中的氧含量超標(biāo)氧檢測儀出現(xiàn)報(bào)警的時(shí)候應(yīng)該停止作業(yè),暫時(shí)撤離,待檢測儀不報(bào)警之后方可繼續(xù)作業(yè),三是安全閥當(dāng)安全閥螺栓全部松開安全閥能移動(dòng)的時(shí)候,法蘭口不允許有帶壓的氧氣泄漏,若帶壓則應(yīng)立即將螺栓緊固,并應(yīng)再次核實(shí)管道壓力是否歸零、氧氣管道放空閥是否打開,四是安全閥拆卸之后法蘭口在安裝盲板之前,盲板必須徹底脫脂,并安裝牢固。

精餾工況惡化風(fēng)險(xiǎn)。不停車交付檢修,因整個(gè)過程精餾還在繼續(xù)進(jìn)行,膨脹機(jī)繼續(xù)制冷,氮?dú)猱a(chǎn)品仍正常外送,但氧產(chǎn)品已經(jīng)停止外送,因此精餾過程的冷量平衡、物料平衡已經(jīng)被打破,精餾工況存在惡化的風(fēng)險(xiǎn),精餾塔內(nèi)比較明顯的變化是主冷凝換熱器液位會(huì)持續(xù)上漲,當(dāng)上漲到一定程度時(shí)主冷凝換熱器就會(huì)停止換熱,氮?dú)饧兌纫矊⑾陆?甚至不合規(guī)。主要應(yīng)對(duì)措施一是在氧管線泄壓,氧泵全回流的操作過程中,同步應(yīng)該將膨脹機(jī)減負(fù)荷,維持在最低轉(zhuǎn)速,二是監(jiān)控主冷凝換熱器液位當(dāng)超過4 000 mm的最高液位時(shí),應(yīng)該通過主冷凝換熱器排液閥按程序排放液氧,控制液位的穩(wěn)定,三是因安全閥檢修時(shí)間較長,在氧泵全回流期間應(yīng)關(guān)注主冷碳?xì)浠衔餄舛?若甲烷等含量有變化,應(yīng)及時(shí)排放液氧控制甲烷等碳?xì)浠衔餄舛仍诤侠碓谥笜?biāo)范圍內(nèi)。

2.2.2.2 檢修工藝交出過程

當(dāng)接到交出指令后,工藝通過降低05P0401A/B兩臺(tái)氧泵的轉(zhuǎn)速、全開05P0401A/B兩臺(tái)氧泵回流閥05PV4511/12以及逐漸開大05氧氣放空閥05FV4339B至60%以上開度這一途徑降低05氧氣管線壓力05PI4339及流量05FI4339。

當(dāng)05PI4339<1.0 MPa時(shí)關(guān)閉兩臺(tái)氧泵的出口閥05HV4523/24使氧泵短暫全回流工作,在此過程中要注意控制氮?dú)饧兌群椭骼湟何?若主冷液位05LI4302>4 000 mm則通過下層排液閥05V4364按流程進(jìn)行排放。若氮?dú)饧兌?5AI4302有變差趨勢(數(shù)值上漲),則聯(lián)系調(diào)度將05空分氮?dú)馔顺觥?/p>

氧泵全回流期間,氧管線內(nèi)的殘氧通過05FV4339B放空,同時(shí)將氧氣外送閥05FV4339A關(guān)閉,當(dāng)05氧氣管線壓力05PI4339及流量05FI4339顯示均為0時(shí),此時(shí)鉗工可拆卸安全閥05SV4393(此時(shí)氧管線內(nèi)仍有余氧)。

預(yù)計(jì)安全閥調(diào)校時(shí)長>2 h,當(dāng)05SV4393下線之后,在05SV4393進(jìn)口管道處安裝盲板,將氧管線安全閥接口封閉。

為了避免主冷碳?xì)涞木奂脱豕芫€冷態(tài)下濕空氣進(jìn)入,當(dāng)氧管線安全閥接口封閉之后,工藝緩慢打開氧泵出口閥05HV4523/24控制氧管線壓力在0.8 MPa以內(nèi)放空。

安全閥檢修完畢回裝時(shí),工藝按照上述步驟再次將氧管線內(nèi)的氧退出,交檢修回裝安全閥。

安全閥回裝之后緩慢打開氧泵出口閥05HV4523/24通過提升轉(zhuǎn)速、關(guān)小回流05PV4511、關(guān)小放空05FV4339B按操作票的規(guī)定將氧管線提壓查漏后使05氧氣并網(wǎng)。

2.2.2.3 不停車檢修過程重點(diǎn)注意事項(xiàng)

1)工器具應(yīng)使用銅制防爆工具并脫脂;

2)因氧管線無法置換,檢修人員因攜帶氧檢測儀,若檢測儀報(bào)警應(yīng)暫停作業(yè);

3)作業(yè)平臺(tái)上最多允許兩人作業(yè);

4)拆裝作業(yè)時(shí)不得攜帶手機(jī)等電子產(chǎn)品;

5)檢修人員應(yīng)避免攜帶的容易掉落的隨身小物件,防止雜物通過氧管線安全閥接口落入氧管線;

6)工藝在氧管線退氧、送氧操作時(shí)應(yīng)注意控制流速。

3 結(jié)束語

安全閥是重要的安全設(shè)施,必須保證其工作的可靠性,但由于閥門自身質(zhì)量、檢修質(zhì)量、工作磨損以及工況波動(dòng)等原因致使其出現(xiàn)各種隱患,隱患的消除必定要投入大量的資源,雖然本文從工藝的角度在隱患的消除過程中優(yōu)化了交出過程,在保證全公司用氮的同時(shí),也使故障裝置恢復(fù)供氧時(shí)間縮短4 h,給公司創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟(jì)。

但從工藝角度優(yōu)化交出過程,治標(biāo)不治本,做到不該出現(xiàn)的隱患不出現(xiàn)和已經(jīng)出現(xiàn)過的隱患應(yīng)想法根治或充分分析做到預(yù)防、預(yù)知檢修,避免類似事后檢修,才是解決此類問題的根本途徑,其產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益和安全效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于隱患消除過程優(yōu)化所產(chǎn)生的效益。因此一是要持續(xù)有針對(duì)性的從設(shè)計(jì)或制造角度去消除頻繁出現(xiàn)的隱患,二是要選擇質(zhì)量有保障的產(chǎn)品,尤其是當(dāng)現(xiàn)有產(chǎn)品存在較為明顯的缺陷時(shí),應(yīng)想法去改進(jìn)或替代,三是要按標(biāo)準(zhǔn)的程序開展檢修效驗(yàn)工作,保證檢修質(zhì)量,避免上線檢驗(yàn)。最終通過以上措施為裝置的安穩(wěn)長滿優(yōu)運(yùn)行提供強(qiáng)有力的支撐。