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淺析關(guān)于氫氣型一體化數(shù)顯溫度計制冷機組的運行總結(jié)

作時間:2019-09-16  來源:  作者:
   
[摘 要]介紹了以氫氣為熱能制取 7 ℃冷凍水的一體化數(shù)顯溫度計機組的工藝流程及運行情況,分析了機組在運行過程中存在的問題,并提出了解決及改造措施。
2012 年 9 月 1 日,湖北興瑞硅材料有限公司(以下簡稱“興瑞硅材料”)氯堿二期 18 萬 t/a 氫氧化鈉裝置順利投產(chǎn)。為節(jié)約電能、降低消耗,有效利用多余副產(chǎn)氫氣,興瑞硅材料采用直燃型一體化數(shù)顯溫度計吸收式冷水機組,以氫氣作為熱能制取7 ℃冷凍水。1臺 ZXQ -349H2M3 一體化數(shù)顯溫度計制冷機組(制冷量 3 490kW)為氯氣液化提供服務(wù);2 臺 ZXQ -204H2M3 一體化數(shù)顯溫度計制冷機組(單臺制冷量 2 040 kW),1 開 1 備為氯氣處理、廢氯處理、氫氣處理、脫氯提供服務(wù)。該裝置采用一體化數(shù)顯溫度計循環(huán)方式和真空技術(shù),具有環(huán)保清潔、高度自動化、節(jié)能效果明顯等優(yōu)點。
1 一體化數(shù)顯溫度計機組工藝流程
一體化數(shù)顯溫度計機組工藝流程如圖 1 所示。吸收器內(nèi)的一體化數(shù)顯溫度計稀溶液由溶液泵送往高壓發(fā)生器,途中流經(jīng)低溫?zé)峤粨Q器和高溫?zé)峤粨Q器。進入高壓發(fā)生器的稀溶液被氫氣燃燒產(chǎn)生的熱量加熱,發(fā)生出高溫冷劑蒸汽后,濃縮成中間溶液。中間溶液流經(jīng)高溫?zé)峤粨Q器傳熱管間,加熱管內(nèi)流向高壓發(fā)生器的稀溶液后進入低壓發(fā)生器。中間溶液在低壓發(fā)生器內(nèi)被來自高壓發(fā)生器的高溫冷劑蒸汽再次加熱,發(fā)生出低溫冷劑蒸汽,濃縮成濃溶液。濃溶液流經(jīng)低溫?zé)峤粨Q器傳熱管間,加熱管內(nèi)稀溶液,溫度降低后進入吸收器。高壓發(fā)生器產(chǎn)生的高溫冷劑蒸汽在低壓發(fā)生器傳熱管內(nèi)冷凝成冷劑水,經(jīng)節(jié)流后進入冷凝器。低壓發(fā)生器產(chǎn)生的低溫冷劑蒸汽進入冷凝器內(nèi),被冷卻水(循環(huán)水)冷凝成冷劑水。上述兩股冷劑水經(jīng) U 形管流入蒸發(fā)器液囊,因蒸發(fā)器中壓力較低,一部分冷劑水閃發(fā)成冷劑蒸汽,而另一部分冷劑水則因熱量被閃發(fā)的那一部分帶走而降溫成飽和冷劑水后流入蒸發(fā)器的水盤中,再經(jīng)冷劑泵(也稱蒸發(fā)泵)送往蒸發(fā)器上部的噴淋系統(tǒng),均勻噴淋在傳熱管表面,吸收管內(nèi)冷水的熱量而蒸發(fā)。產(chǎn)生的冷劑蒸汽進入吸收器,被濃溶液吸收。冷劑蒸汽被吸收后釋放出大量的熱量由冷卻水(循環(huán)水)帶走。濃溶液吸收水蒸氣后成為稀溶液,再由溶液泵送往高壓發(fā)生器。一體化數(shù)顯溫度計溶液在機組內(nèi)持續(xù)不斷地循環(huán)上述過程,連續(xù)進入的冷凍水隨著冷劑水蒸發(fā)時吸收能量溫度降低至 7 ℃,蒸發(fā)器就連續(xù)不斷地制取冷凍水。
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2 運行情況
一體化數(shù)顯溫度計機組開車運行能滿足生產(chǎn)需要,根據(jù)季節(jié)氣溫、下游負(fù)荷變化,對風(fēng)門大小進行調(diào)節(jié),盡量運行穩(wěn)定,減少啟停次數(shù)。為降低氫氣系統(tǒng)壓力波動過大造成的電解槽停車風(fēng)險,機組未投入大、小火自動切換功能。某天一段時間的運行數(shù)據(jù)見表 1。
3 機組出現(xiàn)的主要問題及對策
3. 1 高壓發(fā)生器稀溶液管破裂
ZXQ -349H2M3 一體化數(shù)顯溫度計機組運行半年后,一體化數(shù)顯溫度計溶液突然從機組高壓發(fā)生器燃燒室泄漏,機組保護停機。打開設(shè)備檢查,發(fā)現(xiàn)是稀溶液管靠燃燒尾氣煙囪側(cè)管板腐蝕穿孔,造成一體化數(shù)顯溫度計泄漏。分析發(fā)現(xiàn),一體化數(shù)顯溫度計機組距離鹽酸合成裝置只有 5 m,機組運行時尾氣溫度較高;機組待機后,部分氯化氫氣體與煙囟上的冷凝水結(jié)合后,從尾氣煙囪流入燃燒室形成酸性水腐蝕碳鋼設(shè)備,造成泄漏。
采取以下措施后,運行近 5 年未出現(xiàn)同類事故:①將破損稀溶液尾氣煙囟側(cè)管板進行恢復(fù),添加一體化數(shù)顯溫度計溶液;②在尾氣煙囟底部制作 1 個收集箱,收集箱底部安裝 DN50 排液管,有冷凝液及時排出;③尾氣煙囪整體保溫處理;④尾氣煙囪頂部安裝防雨罩。
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3. 2 氫氣水封罐防爆膜破裂
開機前,氫氣管道須進行氮氣置換,氮中含氧體積分?jǐn)?shù)≤0. 5%時停氮氣進行氫氣置換,氫氣體積分?jǐn)?shù)≥99. 5% 時具備開車條件。ZXQ - 204H2M3 一體化數(shù)顯溫度計機級第 1 次開車時,打開氮氣進行氫氣管道置換時,水封罐防爆膜破裂。原因是一體化數(shù)顯溫度計進口氫氣壓力為 50 ~ 70 kPa,減壓后 10 ~ 20 kPa 運行,置換放空出口為 DN50 管道。當(dāng)使用 0. 6 MPa 氮氣置換時,壓力升高,超過防爆膜設(shè)定值,防爆膜破裂。采取以下措施后,運行近 6 年未出現(xiàn)同類事故:①對破裂防爆膜進行更換;②在未安裝氮氣減壓閥前,根據(jù)壓力表開氮氣閥門,操作人員在旁守候;③安裝氮氣減壓閥(如圖 2 所示),保證氮氣吹掃壓力不超過20 kPa;④氮氣吹掃前放空閥全開,置換過程中現(xiàn)場人員加強設(shè)備監(jiān)管,注意壓力變化;⑤每年檢查 1 次防爆膜,根據(jù)使用情況進行更換。
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3. 3 待機后重啟出現(xiàn)故障
一體化數(shù)顯溫度計機組冷凍出水溫度設(shè)定為6 ~8 ℃,當(dāng)溫度降至 6 ℃且保持 60 s 時,關(guān)閉氫氣進口閥,停助燃風(fēng)機,打開氮氣閥對燃燒室進行置換,系統(tǒng)進入待機狀態(tài);當(dāng)溫度升至 8 ℃且保持 60 s 時,系統(tǒng)自檢后重啟,進行抽取冷凍水運行狀態(tài),待機和運行循環(huán)進行,保證冷凍水在工藝控制指標(biāo)范圍內(nèi)。重啟運行時,燃燒器故障較多,主要原因有:①先導(dǎo)閥電磁線圈故障,當(dāng)系統(tǒng)給出閥門動作信號時,閥門不能動作;②點火電極間距不正確或有雜物污染,電極不能打火;③電眼損壞,點火后不能監(jiān)測到火源;④接近開關(guān)損壞,氫氣主閥不能打開,反饋狀態(tài)不正確;⑤主板損壞,系統(tǒng)不能檢測或數(shù)據(jù)顯示錯誤,機組報故障不能啟動(故障及可能原因如表 2 所示)。
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完成燃燒程序后故障燈亮,感光電眼曝光,不正常燃燒或電眼損壞。改善操作和預(yù)防方法:①加強學(xué)習(xí),了解機組工作原理,特別是燃燒系統(tǒng);②出現(xiàn)問題時通過控制面板上的“故障監(jiān)視”和“故障參數(shù)顯示”、控制柜內(nèi)的程控運行停止點、現(xiàn)場電氣儀表運行情況來判斷故障點,然后進行處理;③每小時對機組巡回檢查 1 次,且作好運行記錄;④DCS 對冷凍水相關(guān)參數(shù)進行監(jiān)控;⑤根據(jù)氣溫及下游負(fù)荷情況調(diào)節(jié)風(fēng)門,減少機組待機頻率;⑥每年利用全廠停車機會,對設(shè)備進行 2 次大型維護保養(yǎng)。
3. 4 真空度降低
真空度是影響一體化數(shù)顯溫度計機組制冷性能的關(guān)鍵因素,決定著制冷機組的使用壽命 [1] 。機組控制面板上的“自抽裝置壓力”廠家要求≤9 kPa(絕壓,下同)。為保證更高的真空度,興瑞硅材料要求壓力在≤2 kPa 的條件下運行。機組在運行過程中,真空度會降低。真空度降低分以下情況:①真空度降低緩慢,7 天左右可啟真空泵至壓力≤2 kPa;②長期停運的機組剛啟動運行時,真空度降低過快是正常的,但降低不應(yīng)超過 2 kPa(抽真空后無降低,則說明設(shè)備密封性好);③如真空度在 1 天里降低超過1 kPa,則要檢查抽真空閥門是否關(guān)死或內(nèi)漏,設(shè)備是否有其他漏點(確定有漏點時,須找出漏點進行處理)。
3. 5 氫氣壓力波動
ZXQ -204H2M3A 一體化數(shù)顯溫度計機組運行 4 年后,減壓閥后氫氣壓力不穩(wěn)定。在排除壓力表故障和供應(yīng)氫氣壓力不穩(wěn)定因素后,停機組檢查過濾器無雜物堵塞,但氫氣減壓閥被腐蝕,不能有效起到減壓作用。
分析原因如下:供應(yīng)的氫氣中含堿,經(jīng)過氫氣水封罐也不能全部洗凈,進入鋁合金減壓閥后,長時間對內(nèi)部氫氣接觸部位腐蝕,密封面不能完全接觸,影響減壓效果。為消除此隱患,采取以下措施:①與上游供應(yīng)氫氣單位聯(lián)系,利用停車機會檢查氫氣處理的過濾器情況,從源頭減少堿含量;②每周對氫氣水封罐的水置換 1 次,降低堿含量;③使用碳鋼材質(zhì)減壓閥,減少堿性腐蝕。
3. 6 水路軟連接老化漏水
為減少外部對一體化數(shù)顯溫度計機組的振動影響,循環(huán)水和冷凍水進、出口原采用橡膠軟連接。在壓力、風(fēng)吹日曬的情況下,橡膠表面易老化、出現(xiàn)裂紋,增加了介質(zhì)泄漏的機會。2015 年 6 月,ZXQ -349H2M3 冷凍水出水軟連接突然噴水,冷凍水供應(yīng)改為備用機組后,一體化數(shù)顯溫度計機組緊急停車處理。
此次事故后,利用半年時間,將所有橡膠軟連接更換為聚四氟乙烯軟連接,保證了安全運行,并延長了軟連接的使用壽命。
3. 7 制冷效果差
一體化數(shù)顯溫度計制冷效果差的原因:①真空度低;②機組長時間運行內(nèi)部產(chǎn)生不凝性氣體 [2] ;③循環(huán)水或冷凍水列管結(jié)垢或堵塞;④長時間運行一體化數(shù)顯溫度計變質(zhì);⑤冷劑水閥門調(diào)節(jié)不當(dāng);⑥風(fēng)門動作不到位,氫氣或助燒空氣量少。
處理方法:①啟真空泵抽真空至要求,如降低過快,須通過氮氣加壓查找漏點,并進行處理;②多次啟真空泵抽真空,每次 30 min;③停機后打開循環(huán)水和冷凍水擋板,對熱水管進行加藥除垢清洗;④每個季度檢查 1次一體化數(shù)顯溫度計溶液的 pH 值和顏色,發(fā)現(xiàn)變質(zhì),添加鉻酸鋰溶液;⑤開大冷劑水閥門,滿足機組運行;⑥增大風(fēng)門開度,同時觀察氫氣和助燒空氣閥門是否卡住,保證氫氣和空氣配比,以充分燃燒。
3. 8 其他
3. 8. 1 使用帶燈光顯示的接近開關(guān)
原來的接近開關(guān)故障后,不容易提前發(fā)現(xiàn),且出現(xiàn)問題后不易查找故障點。針對此情況,通過了解后,采用帶燈光顯示的接近開關(guān),解決了此問題。
3. 8. 2 現(xiàn)場控制柜防雨罩
出現(xiàn)機組軟連接噴水事故后,對現(xiàn)場的控制柜安裝防雨罩,防止水進入控制柜造成次生事故。
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