制氧工序控制系统频繁故障的原因分析与解决方案

制氧工序控制系统频繁故障的原因分析
与解决方案
摘要：近年来，社会进步迅速，通过对制氧工序控制系统硬件频繁损坏、顺控程序异常停运的分析与研究，提出了控制系统的“环境适应性”问题。

指出制氧工序控制系统虽是一套优秀的控制系统，但已不适宜在这样的环境中继续使用或选用。

制氧工序选用ECS-700控制系统，从硬件配置、工程项目实施及控制方案组态等进行了全面优化，系统投运当年，在同等条件下，通过操作优化，制氧工序出口氧气浓度比改造前增加了3.7%，增加氨产量约105t，制氧工序的长期稳定运行也给气化系统优化操作创造了有利条件。

关键词：制氧工序控制系统；频繁故障；原因分析；解决方案
引言
通常制氧系统制取氧气体和液体产品时采用的是低温精馏法分离空气,具体的工作原理就是将空气压缩膨胀后获取冷量,但是，制氧系统低温系统中因温差存在造成已获取的冷量产生损失。

制氧系统中的冷量损失有四种形式,主冷不凝气外排的问题、循环液盆泵预冷过程的跑冷问题、低温液体泵预冷作业时的液体排放的问题、运行过程中复热不足损失的控制问题。

当制氧系统的冷量损失大于设备制冷的总量时,对制氧系统的稳定运行造成影响,形成一定的损失。

由于制氧系统的容量及工艺流程组织的不同,其装置冷量损失的大小也不同。

如何降低冷量损失,提高装置运行的经济性,是空气分离制氧行业亟待解决的问题。

1制氧系统冷量损失的现实原因
1.1 制氧系统主冷不凝气外排的问题
在制氧系统的空气分离装置制取氧气的工艺流程中,系统中的主冷不凝气的排出装置与冷箱外部相连接,主要是由主冷氮侧的液箱与气箱引出两条管道完成
的,氦氖不凝气体排除到大气中就是依靠气箱与液箱的两个管道负责,并且摆出的动作由管道的两个阀门来控制,如果在制氧系统的运行过程中使这两个阀门持续地打开而且打开的幅度较大,会造成系统内部的冷量从阀门中泄漏,与外部温暖的空气接触之后造成冷箱的外壁凝结冰霜,泄漏严重时会导致冷箱外壁被冻裂的现象。

1.2 制氧系统循环液盆泵预冷过程的跑冷问题
如果制氧系统的冷箱顶部出现了结露、结霜的现象，就需要考虑是否出现了循环液盆泵预冷过程的跑冷问题。

产生这个问题时，制氧系统中的主冷箱基础温度保持正常，但是，还可以观察到系统内的主冷液位缓慢下降。

因此，为了保证制氧系统的冷量保持正常，停止生产过程，将制氧系统的生产量降低，同时将屏障量逐渐升高，可以观察到系统内的主冷液位逐渐稳定。

但是，随着主冷箱顶部结露、结霜现象的不断严重，制氧系统生产的氧气质量逐渐下降，为了找到具体原因，打开制氧系统中的主冷箱的盖子可以发现，主冷箱内部的循环液盆泵预冷过程产生问题，导致主冷箱中的珠光砂沉降，遮盖部分全部裸露，导致冷箱的内部与冷箱外部存在最大温差与热导率，因此，制氧系统的冷量损失增大。

1.3 制氧系统低温液体泵预冷作业时的液体排放问题
在制氧系统的低温液体泵预冷作业过程中，由于制氧系统中的两个液体泵使用同一条回流管路，因此，在液体泵工作时，两条线路共用的回流管路上的回流阀处于关闭状态，最终导致大量冷却液在对液体泵进行冷却后不能回到共用回流管路，回流低温液体泵内，而是直接排出。

这样就造成了在制氧系统低温液体泵预冷作业过程中，有大量的冷却液被白白浪费，不能进行有效回收，因此导致了制氧系统冷量的大量损失,在制氧过程中对系统的耗能增加,产生不必要的浪费,造成经济损失。

2现代空分制氧现状简介
空气分离有三种方法，分别是低温法、吸附法和膜分离法。

空气中的主要成分是氧和氮，它们分别以分子状态存在。

分子是保持它原有性质的最小颗粒，并巨不停地在作无规则运动，因此，空气中的氧、氮等分子是均匀地相互搀混在，
起的，要将它们分离开是较困难的。

实际生产中需要大量的氧气氮气产品，所以最常用的还是低温法分离出氧氮气体与液体产品。

低温法：利用空气中各组分沸点的不同，通过一系列的工艺过程，将空气液化，并通过精馏来达到不同组分分离的方法。

这种方法较前两种方法可实现空气组分的全分离、产品精纯化、装置大型化、状态双元化（液态及气态），故在生产装置工业化方面占据主导地位。

和传统的分离相比，这些气体的分离需在100K以下的低温环境下才能实现，所以称之为低温法（或深冷法）。

这里涉及到一个重要的概念冷量，冷量是一个能量或能量的单位概念。

冷量是制冷设备或导热设施在单位时间或一段时间通过制冷所消耗掉目标空间热量的总能量值或通过从目标空间所导出热量的总能量值。

冷量的利用与合理分配使用在气体深冷分离中的应用至关重要的作用。

制氧行业历经几十年的发展，由最早的切换式换热器到现代的板翅式换热，由由之前的低吸附高成本分子筛不断进步到现代的高效率低成本分子筛，各种换热设备的不断更新，同时具有高效换热与节能降耗等优点的设备广泛推广与应用，但是迄今为止在很多大型化工月石油化工行业还是以低温法为主也叫气体深冷分离法。

3深冷空气分离法在制氧系统中的应用
3.1 深冷空气分离法制氧工艺组成
过滤压缩系统:通过过滤器除去空气中的灰尘等杂质,然后进入空气压缩机压缩。

预冷纯化系统:压缩后的空气进入空冷塔,完全冷却后利用分子筛纯化,纯化后的空气分两路分别进入板式换热器、增压机增压。

板式换热器系统:通过纯化后的两路空气均需在换热器内冷却,同时让氧气、氮气等复热;没有进入增压机的空气进入下塔,而增压机之中的空气进入到制冷过程中。

膨胀制冷系统:增压后的空气,通过气体膨胀机膨胀制冷,并将冷量供给系统。

精馏系统:包含上、下塔以及冷凝蒸发器。

精馏过程中,污氮气集中在上塔上部,液氧在冷凝蒸发器内,可制成两种产品,即液氧和氧气。

液氧由上塔底部获得,氮气产品则在上塔顶部。

液氧后备系统:主要应用在空分装置停车后,提供氧气产品。

液氧产品在液氧贮槽中进行保存。

将贮槽中的液氧抽出,经液氧泵压缩,再在水浴式汽化器内复温汽化,最后向氧气管网运输。

3.2 深冷空气分离法制氧系统在各个行业中的运用
深冷法制氧系统在有较大需氧量的行业中得到了广泛应用。

①冶炼生产。

冶金工业在冶炼的过程需要高纯度氧气,从确保氧能够与钢之中的硅、碳、硫等相
关元素反应,达到减少含碳量以及消除硅、硫等杂质的效果。

同时,在氧化中的热量,可以使炼钢需要的温度得到满足。

吹氧的方式,除了能够促进钢质量的提高之外,还可以减少冶炼时间。

高炉炼铁的过程中,增加鼓风中的氧浓度可实现降焦比,促进炼铁产量的提高。

同时,在有色金属冶炼中,运用富氧也可减少冶炼时间,并
加强质量和提高产量;②石油与化工行业。

空分装置属于石油与化工企业的主要
配套装置,用于向生产提供氧气以及氮气。

例如,氨是化工行业的重要原料,主要
应用于化肥、铵盐、塑料、硝酸等相关产业,合成氨的过程中需要运用到许多的
氧气。

现阶段,煤化工装置规模增加,提高了煤气化的需氧量。

固定床、流化床,
或是气流床气化技术均需运用大量氧气;③机械制造业。

在机械制造业中,诸如汽车、船舶制造等,经常性的运用金属切割、焊接等。

这些工艺,均需要消耗氧
气;④航空航天。

航空燃料需包含高纯度液氧,并且氧气也是生命支持系统中必不可少的部分。

结语
归纳以上所有内容，制氧过程冷量的合理分配调整对于空分整个的生产过程非常重要，因为低温法制氧流程中没有冷量没有制冷就不可能产生出氧气氮气与其它稀有气体。

所以我们的操作理念就是先保冷不跑冷，冷量不够加膨胀量，而膨胀量的增加要与加工空气的量匹配适当，冷箱换热器调整的原则要兼顾各路换热器，保证每个换热器的换热与热端温差，这样既保冷效果好也为制氧工艺的节能降耗做出了巨大贡献，合理的工况就是以低耗能产出应该有的产品，这是整个石油化工行业应该追求的目标。

参考文献
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