磁翻板液位計在低壓氮氣管網進水系統中的改造應用

 

              在煤化工領域，氮氣常常用于裝置中易燃易爆、有毒有害可燃性氣體的置換，或作為設備密封、保壓和儀表檢測元件的保護及動力氣源 ，對其含水量有較嚴格的要求，一般要求其含水量控制在 2 ×10－6 以下。若運行過程中發生了氮氣管網進水，會給全廠的安全生產造成威脅，冬季時管網甚至會出現結冰堵塞現象，導致氮氣管網癱瘓; 當遇到突發情況系統需停車時，氮氣無法用于置換等工藝處理，更是會造成較大的安全隱患，甚至會引起設備損壞、著火、爆炸等惡性事故。因此，分析并解決氮氣管網進水的問題具有重要的意義。

2. 3. 1 高壓閃蒸罐上的低壓氮氣管線排查

              連接高壓閃蒸罐的低壓氮氣管線上設計有 2道截止閥，全部處于關閉狀態，閥體及閥后低壓氮氣管線溫度為2 ℃ (高于 －6 ℃的環境溫度)，遠低于高壓閃蒸罐內160 ℃的介質溫度，若此閥門有輕微的內漏，氮氣管線內就會有 CO、H 2 、NH 3 等可燃氣體，在 X4 閥后取樣檢測，結果顯示，氮氣管線內沒有這些可燃氣體。另外，高壓閃蒸罐上低壓氮氣管線入口位于高壓閃蒸罐的液面下方，若有滲漏，則氮氣管線內的水會有顏色，而從 X4 閥后排出的水無色無味、澄清透明，可以判斷高壓閃蒸罐內的黑水或高閃氣(含水量為 99%) 未進入低壓氮氣管網，閥體及閥后氮氣管線的溫度高于環境溫度是由高壓閃蒸罐的熱輻射引起的。

 

2. 3. 2 V2 的低壓氮氣管線排查

              在事故燒嘴冷卻水槽 (V2) 內，為保持事故狀態下燒嘴冷卻水的流量，V2 頂部用氮氣加壓至 0. 45 MPa，氮氣管道入口位于 V2 頂部，現場磁翻板液位計顯示 V2 液位為 2. 3 m (V2 罐體總高 2. 6 m)，頂部安全閥 SV1 的旁路閥、V2 補水閥 X7 及其排水閥 XV1、X6 均處于關閉狀態，X5 處于1/2 開度狀態，所以 V2 壓力與氮氣管網壓力相同。由于 V2 位于煤氣化裝置的zui高點，若 V2 液位滿，水會在其重力作用下經止回閥(內漏) 和 X5 閥流入支管1，進而流入氮氣水平總管，而水平總管與各支管呈豎直 U 形布局，水平總管位于 U 形布局低點處，因此氮氣水平總管成為積水管，進而導致水平總管內的低壓氮氣露點升高 (2016 年 1 月 30 日檢測氮氣露點為－14. 8 ℃)，含水量較大。

 

              關閉 X5 閥并斷開 X5 閥后法蘭發現，V2 液位已滿，有大量水流出，之后以 0. 03 m 3 /h 恒定的流量流出，一方面表明磁翻板液位計 LG1 已壞，顯示的 V2 液位數據失真; 另一方面也體現出了 V2 沒有設計遠傳液位計所帶來的安全隱患。于是打開 US2、US3、US4、US5 閥，均有少量水流出，且水量依次減小; 打開 X3 閥，沒有水流出，表明氮氣水平總管內積水不多，不是水平總管內充滿水后進入到支管 2 中的。

 

              V2 與工藝氣在線分析儀分別位于支管 1 和支管 2 上，由于支管 2 頂部去事故火炬的氮氣處于流動狀態 (流量在 1 900 m 3 /h 左右)，氮氣水平總管內的氮氣在 2″管道內壓力降較大，低壓氮氣膨脹吸熱引起氮氣溫度降低，導致過飽和的氮氣凝結出冷凝水，順著管壁流下來，積聚在各樓層公用工程站低點導淋處; 此外，氮氣流速大也會夾帶一些小液滴，小液滴也會順著管壁流下積聚在每個低點導淋處。

 

              打開 US1，發現 US1 處管道已經堵塞，沒有氮氣、冷凝水排出，采用 0. 7 MPa 蒸汽給 US1加熱12 h，也沒有水和氮氣排出。分析認為，這主要是由于 US1 位于支管 2 的zui低點，因長期未使用，有大量管道銹渣積累，堵塞了 US1 處的氮氣管道，使得 X4 處成為支管 2 的相對低點，水越積越多，zui終經 X4 進入到工藝氣在線分析儀中。

 

在支管 4 的各樓層公用工程站低壓氮氣管線低點導淋處未排出水，只有氮氣，這主要是因為在支管 4 內的低壓氮氣沒有流動，無壓力降，氮氣露點沒有升高，沒有形成過飽和氮氣 ，故沒有凝結水產生。

 

3 處理措施

3. 1 切斷進入氮氣管網的水源

              技改后低壓氮氣管網流程如圖 1 (含虛線部分) 所示。X5 閥被關閉，其閥后法蘭被斷開，徹底切斷進入氮氣管網的水源; X7 閥后加盲板，以防止 X7 閥長期使用后密封性能降低而出現內漏，并通過增大氮氣的排放量來降低氮氣管網內的含水量 (2016 年1 月31 日在 X4 閥后檢測氮氣露點為 －17. 9℃，表明低壓氮氣中水含量降低，情況有所好轉)。此外，更換閥門 X6、XV1，維修磁翻板液位計 LG1，并加強液位計的檢查維護。以上措施徹底消除了氮氣管網進水的隱患。

 

3. 2 水平總管加導淋閥

              由表 2 可以看出，2016 年 2 月 3 日時 X4 閥后檢測氮氣露點為 － 17. 5 ℃，表明水平總管內還存在水，通過加大氮氣排放量對氮氣管網進行干燥，效果較明顯，但需要較長時間，于是采取在水平總管兩端分別增加導淋閥 X1、X2 的措施(見圖 1 中虛線所示部分) 增大氮氣流動區域，以縮短干燥時間。打開 X1、X2 后排出約 6 m 3的水，排完后 X1、X2 閥處均出現結冰堵塞現象，導致 X1、X2 閥處無氮氣排出，表明氮氣水平總管內可能已經有冰存在。采用0. 7 MPa 蒸汽對 X1、X2 閥進行加熱除冰，X1、X2 閥得以疏通。

 

              2016 年 2 月 4 日和 2 月 5 日在 X4 閥后檢測氮氣露點，分別為 － 23. 5 ℃和 － 24. 2 ℃，表明氮氣含水量有所降低，但與合格氮氣的露點相差還是較大，當 X4 閥處排出的氮氣溫度、壓力與空分裝置外送氮氣溫度、壓力較接近時，其露點會較接近 。

 

2016 年 2 月 6 日在 X1 閥后檢測氮氣的露點為 －3. 4 ℃，水含量較 X4 閥后高，這可能是由于 X1 閥處氮氣排放量較小，管內冰的升華量與氮氣的含水量達到平衡，而支管 2 的氮氣排放量較大，故含水量降低 。這表明，需要長時間保持低壓氮氣管網較大的氮氣排放量，才能將氮氣干燥至合格 (露點降至 －71. 4 ℃)。

 

              2016 年 2 月 14 日在 X4 閥處檢測氮氣的露點為 －71. 4 ℃，與空分裝置外送氮氣的露點一樣，表明低壓氮氣管網中的水已經完全排出。

 

3. 3 更改工藝氣在線分析儀用氮氣管線

              將工藝氣在線分析儀用氮氣由原從 X4 閥后引出改為從 X3 閥后引出 (見圖 1 中虛線所示部分)，同時在 X3 閥后進工藝氣在線分析儀前的低點增加導淋，便于吹掃排氣或排水，從而徹底消除因 X4 閥位于低點易積水、引起工藝氣在線分析儀故障的隱患。

 

4 結 論

(1) 通過對低壓氮氣管網的分析、排查得知，V2 出水閥門 (X6、XV1) 內漏導致 V2 滿液后水經 X5 閥進入了低壓氮氣水平總管，使氮氣露點升高。

(2) 支管 2 中維持事故火炬壓力的氮氣流量大，壓力降較大，低壓氮氣膨脹吸熱引起其溫度降低，從而使過飽和氮氣凝結出冷凝水，大量積聚的水進入到工藝氣在線分析儀后使其發生了故障。

(3) 通過采取切斷水源、增大氮氣排放量、水平總管上增加排放導淋等措施，使進水氮氣管網的干燥時間得到縮短，氮氣露點從zui高 － 3. 4℃降至 －71. 4 ℃的合格值。

(4) 對工藝氣在線分析儀用氮氣管線進行了改造，其進水風險大大降低。

(5) V2 上沒有遠傳液位計的設計缺陷導致V2 液位不能實時監控，存在較大的安全隱患。