氩的冻结造成的事故

屈联西

关键词：精氩塔　　余气堵塞　　原因分析　　加温处理
安阳钢铁公司制氧厂14000制氧机是由杭州制氧机厂生产，并于1996年8月底投产。属于常温分子筛吸附，增压透平膨胀机，粗氩加氢除氧净化流程。氩的设计产量为300M3/h，实际产量已近400 M3/h。以下介绍两起精氩塔余气堵塞事故，以供同行参考。
一、两起事故的介绍
事故一：98年5月27日0时，操作人员发现精氩塔液氩液位低，液氩去储槽阀门V708自动关闭，精氩塔阻力满表，精氩塔冷凝器液氮液位升高报警，且仍有上升趋势，精氩塔余气流量降为零。手动开大余气放空阀也无济于事，工艺氩自动放空，精氩塔停止工作。
操作人员以为余气放空流路 受阻引起了这一系列故障现象，随停止精氩塔工作，进行加热，加热至次日下午4：00左右，重新启动精氩塔，大约半小时后，精氩塔阻力上升，很快满表，而精氩塔液氩液位却在600mm左右波动，再过半小时，精氩塔冷凝器液氮液位上升，余气放不出来。判断为精氩塔液氩位指示偏低，手动全开精氩塔精液氩去储槽阀V708,大约五分钟后正常。经细心查找，发现精氩塔精液氩液位变送器正管接头处脱焊，漏气严重，而引起底部液氩液位指示偏低。
事故二：99年12月9日14：00，液氩储槽增压并开始充装槽车，同时槽车放气口放出的气体引入液体储槽的回气管，进入精氩塔被重新液化。由于液体储槽增压压力过高，使得精氩塔中的液氩不能进入储槽，15：12，精氩塔精液氩液位高报警，3分钟后满表。15：20，精氩塔阻力满表。15：50储槽卸压，充车尾气停止回收。15：55精氩塔冷凝器液氮液位开始上升，16：06，液氮液位满表。16：40,精氩塔压力满表。现象如下表：事故二与事故一现象基本相同。
测点位号    说明    控制阀门    状态    量程    正常值    故障时指示
LIC703    精氩塔液氩液位    V708    自动    0－1800mmLAr    1300mmLAr    15：18满表
PdIC702    精氩塔阻力    V707    自动    0－30kPa    18kPa    15：20满表
PIC702    精氩塔压力    V705    自动    0－100kPa    42kPa    16：40满表
FI751    精氩塔余气流量    V751    　    0－10 m3/h    5m3/h    16：05降为0
LIC702    冷凝器液氮液位    V751    手动    0－900 mm    ＜100mm    16：06满表
二、原因分析及处理
到16：20，精氩塔停运，排放精氩塔底部的精液氩，使精氩塔底部的精液氩液位、精氩塔压力、精氩塔阻力、精氩塔冷凝器液氮液位全部降为零。然后重新启动精氩塔，但精氩塔余气流量仍为零，氮塞的发生将在所难免。那么，是什么堵塞了余气的流路呢？粘性物质？（《深冷技术》95年第5期曾有一篇文章提到过，作者认为是氩的固态和液态混合物）操作人员打开加温阀，用0.5Mpa左右干燥常温空气进行反吹，但吹不通。
那么堵塞到底发生在哪儿呢？冷凝器！这儿最危险。可怎样把它加温溶化呢？对，应该加温氮侧。于是，把出氩热交换器的常温压力氮通入冷凝器液氮吹除管，使其流过冷凝器氮侧，而排入污氮气总管。大约加温五分钟后，余气管道畅通。
细细想想，堵塞余气通道的物质到底是什么呢？是固态氩！也许你还有点不相信吧？那么请看以下的分析。
冷凝器液氮的蒸发压力≈上塔底部压力-上塔下部阻力=59-26=33Kpa（表压）
查表可知，液氮的蒸发温度=80K
而氩的三相点温度为83.81K，三相点压力为68.92Kpa（绝压）。精氩塔正常工作时，冷凝器氩侧的压力为42kPa，该压力下，氩的凝固温度为82K。也就是说液氮的蒸发温度比氩的凝固温度还要低2K，由此看来，冻结液氩的温度条件已满足。而且，随着氩的压力升高，其凝固温度也升高，氩冻结更容易发生。
我认为95年第5期《深冷技术》上《精氩塔废气管堵塞及处理》一文中的堵塞也属冷凝器中的固态氩冻结堵塞。
三、事故的形成机理
精氩塔精液氩液位超高，并到达精氩塔冷凝器氩侧时，毫无疑问液氩会被冻结。但实际上，当精氩塔精液氩液位在未到达冷凝器之前，就会发生氩的冻结。这是因为，当精液氩液位升高，并淹没了一部分塔板时，导致氩的精馏塔板数减少，使冷凝器氩侧的氩纯度（含氩量）升高，此时被冷凝后的氩就会被立即冻结并堵塞冷凝器。而使得精氩塔余气放不出来。
对于事故二的情况，发生氩冻结的事故会更快，这是因为：当时充槽车的槽车尾气正沿氩储槽回气管路不断地被送入精氩塔。而这尾气的氩纯度为99.999％。这就使得精氩塔冷凝器氩侧的氩纯度上升得更快，氩冻结事故会更快的发生。
对于事故后的加温处理，事故二采取了更有效的方法，其实事故一也可用此方法进行处理。
四、两起事故的比较
项目    事故一    事故二
直接原因    精液氩液位指示偏低    液氩储槽增压过高，造成液氩无法进入储槽，导致液氩液位升高。同时槽车尾气还在不断地送入精氩塔。
精氩塔阻力满表的原因    精液氩液位淹没了阻力计正管    精液氩液位淹没了阻力计正管
堵塞处    精氩塔冷凝器氩侧通道    精氩塔冷凝器氩侧通道
堵塞物    固态氩    固态氩
当时的处理方法    精氩塔系统整体加温    只加温精氩塔冷凝器氮侧
加温时间    长    短
　
五、相关问题
1.    既然氩在精氩塔冷凝器中被冻结了，那么会不会冻坏冷凝器呢？不会。因为固态氩的密度大于液态氩的密度，即氩由液态变为固态时，其体积缩小了，所以不会冻坏精氩塔冷凝器。
2.    精氩塔正常工作时，气氩为何不能被冷凝器中的液氮冻结？这是因为精氩塔正常工作时，精氩塔顶部气氩中含有约50％的低沸点组分氮和氢，因此这种混合物的凝点相对较低，而不能被冷凝器中的液氮所冻结。
3.    何种情况下，易发生这种精氩塔冷凝器中的氩冻结事故？精氩塔冷凝器氩侧纯度（含氩量）太高时。
4.    对于全精馏无氢制氩流程中的精氩塔，是否容易发生该类氩冻结事故？目前我厂还没有全精馏无氢制氩流程的制氧机，但有一点可以想象得到：如果其精氩塔冷凝器使用液氮作冷源，就很有可能。这是因为，精氩塔冷凝器氩侧的含氮量相对减小，而且还不含氢，因此其成分就与纯氩比较接近。

禾犁

好像专业性过强，读起来有点头晕。这种安全事故的案例选择和分析本身一定要深入浅出，让外行的读者看得懂才好。没人读下去就等于文章失效。

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