液氮洗冷箱工艺气压差升高因素分析及预防措施

液氮洗冷箱工艺气压差升高因素分析及预防措施

杜道运

呼伦贝尔金新化工有限公司

内蒙古 呼伦贝尔 021500

摘要：液氮洗工艺具有较高的气体纯度，在大规模的氨厂煤气净化中得到了广泛的使用，本文着重阐述了其工作机理及工艺过程，全面分析了引起该过程压力差异增大的因素，并确定了原因，给出了相应的防范对策，可供同类事故的液氮洗设备借鉴。

关键词：液氮洗；冷箱；气压差升高；措施

1 液氮法清洗技术的理论基础及工艺

1.1理论基础

根据进料气体中各成分的沸点差异，用液氮洗出原料气体中的微量元素CO（一氧化碳）。各种气体的相关物性指标如表1所示。因为CO的沸点比氮高，可以在液氮中溶出，所以可以用液氮对微量CO进行清洗，还可以将液体中的各种杂质与氢进行分离，实现对原料气的最后纯化。

氮气清洗CO是一种物理方法，其原理是将来自于气体净化塔中的高纯氮气与气体进行接触，使CO在液相内凝结，而部分液态氮则挥发至气相。因为甲烷、氩和氧的沸点都高于CO，因此，它们也会在同一时间凝结，并与 CO凝结物和液态氮一同从净化塔中取出，作为CO馏分；但由于反应气体中的氢在氮气中很难被溶出，从而实现了对原料气中甲烷、氩、一氧化氮等气体的清洗。

2压差升高表现特征

提高工艺压力后，氮气清洗过程中，分子筛出口水温度升高，而冷却过程气体流速降低。全功率液态氮清洗过程中，在全负荷条件下，通过对分子筛出口进行了在线测定，得到了φ(CO2+CH3OH)为0.2×10－6;研究表明，在低温环境下，分子筛出气口中，φ(CO2+CH3OH)的浓度达到0.66×10-6，而人工测定的结果表明，该装置的出气口φ（CO2+CH3OH）的浓度低于0.5×10-6。目前，分子筛吸收塔出射气体中φ(CO2+CH3OH)的浓度要小于1.0×10-6，但仍然有少量的二氧化碳、甲醇从塔底排出，并在较低温度处生成干冰，证明过程气体中存在可凝结组分。全负荷液态氮清洗平稳操作时，冷却箱内进口过程氮气累积量为86000m3/小时；随着过程压力的增加，过程气的累积量通常约为82000m3/小时。经过一系列的监控，发现冷箱内部各个端面的温度都处于控制之内（<10 K)，并且没有出现任何的漏冷，因此可以判定，冷箱中的各个通路都可以达到传热要求，但过程气体通路却出现了阻塞。

3工艺空气压力差异增大的原因

对所有连接低压氮管线的各装置进行检查，发现在气化炉维修时，采用低压氮密性工艺时，由于停机时，全部的低压氮管路都是由空分低压事故氮泵供电，而低压事故氮泵又是往复泵，因此，低压氮的压力也会相应地升高和下降。在气密化的前炉中，气化器的液面达到了56%的液位，并且，由于持续地向气化器中注入的低压氮，使得气化炉的气压持续升高，同时，由于在气化炉中的气液输送管道中，在与低压氮管道的压力相同的情况下，再加上56%的液位静压，使得气化炉中的低压氮气进口压力高于低压氮气压力。在高压氮管路上设有止逆阀，一般不会向低压氮管道中倾倒，但是从观察气化炉的气压变化趋势可以看出，当低压氮密封压力上升到0.40 MPa时，与低压氮管网的压力几乎相同，加之往复式低压事故氮泵压力有一定幅度的波动，在止逆阀失效的情况下，气化炉内液面通过压差向低压氮管路中回流，当压力下降到0.33 MPa时，液面下降到12.4%，两个压差趋于平衡，供水中断，导致低压氮管网进水。因此，高压氮止逆阀门故障和危险识别不正确是造成低压氮渗漏的根源。

4处理措施

4.1低压氮气管网

对全低压氮管网进行排水、置换、露点分析：①对全低压氮管网开启排气置换；②在低气压氮网络中4个“π”型的低位管道上开孔，增加阀门、排出物置换；③在没有出水的情况下，对空分泵、合成气压缩机抽氮气、液氮洗氮气、变换氮气导淋和气化氮气导淋等5个低压氮气末端导淋进行了露点测试，3次均低于-60℃，即为合格。

4.2 液态氮清洗设备

停机后，对液冷箱进行排气和再加热，并对各管道重新加热，确保各管道的温度符合要求。在常规的低温室复热过程中，采用高压氮对其进行人工测定，并对其进行3次不低于-60℃的人工测定，然后向氮洗柱中加入高压氮，通过阀、冷却阀、火炬气管路，再通过燃料气体通路、净化气通路、再循环氢气通路，最终到达火炬。在再加热时，需将加热速度控制在20℃/h以内，并将其端面温度保持在50℃以内，以避免在再加热时因端面温度差异过大而导致热交换器受损。在各通道中各通道升温超过5℃后，分别在高压氮气通道、净化气通道、循环氢气通道及燃油气体通道4个出口采样，测定各通道的露点温度，并在3个时间内完成再加热。在保证低压氮露点条件满足要求的前提下，使其完全恢复到200℃以上，并将其再次升温1小时，使再循环的氮流速不低于5000m3/h，使其在-60℃以下的条件下，将两个分子筛进行3次再生备用。

5避免液氮洗冷箱堵塞的对策及措施

第一，在使用前后，应确保与动力装置连接的设备、管道和阀门有完全的隔绝；第二，要对制造工艺中所用到的低压氮的装置进行检测，保证安装了一个止逆阀，避免了材料的回流，在其他没有用到氮的地方，要保证在停止之后，能够迅速地采用添加挡板的方法或者是打开中间的导淋，以避免发生介质之间的相互窜入，从而对分子筛的再生产生不利的作用。第三，遇到开启停机再引动力材料时，一定要再次做露点测定，例如低压氮气、高压氮气、车间空气、仪表空气，并在3项以上均为合格后才能导入；第四，对该分子筛的高压氮进行一次露点温度的测定；第五，在启动过程中，将分子筛进行冷冻后，不仅要进行CO2+CH3OH的含量低于1×10-6，而且在排出过程气体的露点温度在-60℃以下；第六，系统的长时间停机安全性经评定后，应按作业规范对冷冻箱进行复温作业。

总结

综上所述，公共材料间的窜流导致冷箱阻塞有多种原因，如低温甲醇洗出的气体中含有大量掺氮气体，或这些气体进入再循氢管路并进入冷箱。这些意外事件对整个生产设施产生巨大冲击，可能引发设备损伤，甚至安全事件。因此，日常操作中需制定有效、科学的预防方法，分析总结意外事件，加强员工技能培训，确保长期平稳运行。

参考文献

[1]张进华.液氮洗冷箱堵塞原因分析及预防措施[J].中氮肥,2018,No.202(04):26-28.DOI:10.16612/j.cnki.issn1004-9932.2018.04.009.

[2]赵岩,徐程程.液氮洗冷量过剩的原因分析与改进措施[J].氮肥与合成气,2021,49(11):5-7+20.DOI:10.19910/j.cnki.ISSN2096-3548.2021.11.002.

[3]尤永平,尹昊,刘宝昌.合成氨液氮洗冷箱冻堵原因及对策措施[J].大氮肥,2020,43(05):321-323.

[4]刘富祥,陈安明,郑福林.浅谈低温液氮洗装置运行问题与操作维护[J].大氮肥,2020,43(01):7-9.

[5]张伟华,邓文刚.浅谈液氮洗冷排气体优化[J].氮肥与合成气,2022,50(04):20-23.DOI:10.19910/j.cnki.ISSN2096-3548.2022.04.008.