充裝站的系統(tǒng)改造工程分析

時(shí)樹誼

充裝站的系統(tǒng)改造工程分析

時(shí)樹誼

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司氣體銷售分公司，安徽馬鞍山243000）

以馬鋼氣體公司充裝站的系統(tǒng)改造工程為例，介紹了充裝站的系統(tǒng)改造工程的設(shè)備、工藝配管、試車前的準(zhǔn)備工作，以改造工程施工中遇到的問題，簡單總結(jié)系統(tǒng)改造工程一些經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。

充裝站；氧壓機(jī)；低溫液體泵；低溫儲(chǔ)槽；工藝配管；試車

1 前言

馬鋼氣體公司充裝站承擔(dān)著馬鋼公司瓶裝氧氣、氮?dú)獾墓?yīng)，長期采用的是壓縮機(jī)壓縮氣體充裝工藝，不僅能耗高，而且由于壓縮機(jī)多為20世紀(jì)80年代的產(chǎn)品，設(shè)備超期服役，故障頻發(fā)，成為充裝站的一大安全隱患。于2013年底啟動(dòng)充裝站的系統(tǒng)改造工程，淘汰壓縮機(jī)生產(chǎn)線，在現(xiàn)有場地內(nèi)，采用液體充裝泵氣化充裝工藝，新建氧氣、氮?dú)狻鍤獬溲b設(shè)施各一套。

2 設(shè)備情況

此次改造是在保產(chǎn)改造的前提下進(jìn)行的，為節(jié)省投資，充分利用現(xiàn)有的廠房及充裝設(shè)施，保留現(xiàn)有的氧氣、氮?dú)庵鞴艿兰俺溲b卡具。

2.1 主體設(shè)備的選型

產(chǎn)品型號(hào)：BP100-300/16.5（2臺(tái)，氮、氬充裝各1臺(tái)）、BP300-500/16.5（2臺(tái)，氧氣充裝1備1并聯(lián)安裝）

冷端型號(hào)：P430A

驅(qū)動(dòng)端型號(hào)：TR100

形式：單列、臥式、電磁調(diào)速、活塞泵

行程：32 mm

輸送介質(zhì)：LO2、LN2、LAr

流量：100～300 L/h

出口壓力：16.5 MPa

進(jìn)口壓力：0.02～0.6 MPa

泵頭除霜：氮?dú)獯党?/p>

設(shè)計(jì)溫度：-196℃

液氧儲(chǔ)槽（利舊，原三萬制氧機(jī)中間罐）：儲(chǔ)槽容積：50 m3；開泵液位：＞2 m；儲(chǔ)槽壓力：1.3～3.74 kPa。

液氮儲(chǔ)槽（利舊，原三萬五制氧機(jī)液氬罐）：儲(chǔ)槽容積：50 m3；開泵液位：＞2 m；儲(chǔ)槽壓力：1.3～3.74 kPa。

液氬儲(chǔ)槽（利舊，原兩萬制氧機(jī)中間罐）：儲(chǔ)槽容積：30 m3；開泵液位：＞2 m；儲(chǔ)槽壓力：3.0～4.25 kPa。

汽化器：汽化量：500 m3/h（2臺(tái)）、300 m3/h（1臺(tái)）；進(jìn)口介質(zhì)：LN2、LO2、LAr；出口介質(zhì)：N2、O2、Ar；設(shè)計(jì)壓力：16.5 MPa；最高工作壓力：15 MPa；進(jìn)口溫度：≥-196℃；出口溫度：低于環(huán)境溫度8℃左右；可連續(xù)工作時(shí)間：8 h。

2.2 安全設(shè)施及自動(dòng)化儀表

建立中控室，對(duì)汽化器出口溫度、壓力參數(shù)，設(shè)置報(bào)警安全聯(lián)鎖停車，各檢測信號(hào)進(jìn)入就地儀表箱，經(jīng)智能控制儀進(jìn)行泵的報(bào)警、聯(lián)鎖控制。同時(shí)，將檢測信號(hào)預(yù)留模擬量接口，作為進(jìn)入計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行管理的后備。具體測量點(diǎn)位：

（1）汽化器出口（聯(lián)通充裝匯流排）壓力

（2）汽化器出口溫度

對(duì)中控室的無紙記錄儀進(jìn)行調(diào)試設(shè)定參數(shù)：氧、氮、氬出口壓力設(shè)定值為16.5 MPa，氧、氮、氬出口溫度設(shè)定值為5℃。為防止超壓，在進(jìn)氣化器管道的前端設(shè)置3組安全閥，安全閥排放口上加裝導(dǎo)管，以防低溫液體傷人。

在充裝間廠房外，匯流排前的架空管道上安裝3組安全閥，安裝操作平臺(tái)及爬梯。在此處安裝安全閥主要考慮到防止安全閥起跳時(shí)高壓氣流（也可能是高壓的低溫液體）傷人。操作平臺(tái)及爬梯是為了便于下一年度安全閥的拆卸送檢。

各充裝間安裝多個(gè)固定式氧氣探測器，聯(lián)鎖軸流風(fēng)機(jī)，以保證正常及事故狀態(tài)下通風(fēng)的需要：

（2）氧氣充瓶間，當(dāng)氧氣濃度高于23.5%時(shí)報(bào)警并啟動(dòng)軸流風(fēng)機(jī)。

（3）氮?dú)宄淦块g，當(dāng)氧氣濃度低于19.5%時(shí)報(bào)警并啟動(dòng)軸流風(fēng)機(jī)。

在低溫儲(chǔ)槽的充裝區(qū)設(shè)置必要的擋車樁，防止充灌車倒車時(shí)碰撞設(shè)施。設(shè)置安全警示標(biāo)志，儲(chǔ)罐附近設(shè)置“當(dāng)心凍傷”、“嚴(yán)禁煙火”安全警示標(biāo)志；在低溫液體泵作業(yè)區(qū)域設(shè)置“注意低溫”的警示標(biāo)示。儲(chǔ)槽上方涂敷色環(huán)加液氧、液氮、液氬的介質(zhì)名稱，由于3條主承壓管路是并排再敷設(shè)到充裝間，所以有必要在管路上涂敷色標(biāo)加以區(qū)分。在充裝匯流排間，設(shè)置防爆墻，墻高2.5 m，低溫液體泵尤其是氧泵泵頭的工作區(qū)域也應(yīng)當(dāng)設(shè)置1 m左右高度的防爆墻。

3 低溫液體泵的工藝配管

因瓶氧產(chǎn)品是本充裝站的主要產(chǎn)品，為避免低溫液體泵故障檢修耽誤保產(chǎn)，故并聯(lián)兩臺(tái)低溫液氧泵通過閥門進(jìn)行切換。由于3只低溫儲(chǔ)罐是其他分廠利舊而來，已停用多年，缺少大部分本體操作閥門及自增壓管路。極大地增加了配管施工的難度。在此重點(diǎn)介紹并聯(lián)兩臺(tái)低溫液氧泵的工藝配管。

3.1 工藝配管的詳述

吸入、回氣管路上應(yīng)配備雙低溫截止閥，主要為了防止日后閥門損壞，修復(fù)時(shí)需放空儲(chǔ)槽內(nèi)所有低溫液體。吸入管路應(yīng)盡可能的短，且應(yīng)連續(xù)下降至泵頭位置，避免布管出現(xiàn)90°彎，實(shí)踐證明吸入管路過長（大于3 m），會(huì)引起液體泵預(yù)冷的時(shí)間過長，升壓困難等諸多不利因素。此次改造，我們?cè)?條吸入管路全部加裝了低溫不銹鋼過濾器，這在大多數(shù)充裝站的管路施工中并不多見。但在后來的試車階段證明很有必要，正是這不起眼的過濾器，過濾了來自3只低溫儲(chǔ)槽（實(shí)際已停用8年）首次進(jìn)液后的全部雜質(zhì)，從而較好地保護(hù)了低溫液體泵。

低磷脅迫(P2和P3)下，耐低磷品種植株磷利用效率增幅為16.82%和47.09%，而不耐低磷品種增幅為59.93%和156.23%。低磷脅迫下，不耐低磷基因型苦蕎仍能正常生長，這是因?yàn)樗鼈冇邢鄬?duì)較高的磷利用效率。

回氣管路也應(yīng)盡可能的短，且應(yīng)連續(xù)上升至儲(chǔ)槽位置，避免出現(xiàn)下彎管，以防液體駐留堵塞氣體進(jìn)入儲(chǔ)槽。有的充裝站液體泵并未配備回氣管路，而是采用一直開啟泵放空閥的方法。筆者認(rèn)為值得商榷：除了產(chǎn)生不必要的浪費(fèi)，更主要的是正確配置回氣管路可以增加泵的吸入壓力，大大減少開啟罐體自增壓器的次數(shù)。

吸入管路的保冷很重要，良好的保冷可有效減少“汽蝕”現(xiàn)象。有的充裝站回氣管路未作保冷，他們認(rèn)為回氣本來就需要?dú)饣?，根本無需保冷。其實(shí)不然，回氣管路良好的保冷，可有效防止回氣時(shí)帶入熱量進(jìn)入儲(chǔ)槽。

我們?cè)谄骱筮M(jìn)充裝間前的高壓主管道上安裝3只安全閥，作為充瓶時(shí)超壓的最后一道安全屏障，在此處制作操作平臺(tái)及爬梯，以防安全閥起跳時(shí)的高壓氣流傷人，操作平臺(tái)可方便拆卸安全閥到期送檢。

一般兩個(gè)閥門間的液體管路上應(yīng)配備安全閥，以防閥門關(guān)閉時(shí)管路內(nèi)液體氣化膨脹后引起的超壓。但我們并未在吸入管路的兩個(gè)閥門間配備安全閥主要考慮到：

（1）應(yīng)盡可能地減少主管路上的閥門及彎頭數(shù)量。

（2）只要注意停機(jī)后關(guān)閥的順序，關(guān)閉儲(chǔ)槽出液閥后，放散閥門停頓一會(huì)以放散此段管內(nèi)殘存低溫液體，就可避免管路超壓。

3.2 管路施工注意事項(xiàng)

管材、法蘭、墊片、各類閥門及其他管道附件的材料規(guī)范應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)要求供貨方提供相應(yīng)的產(chǎn)品合格證書。充裝站的閥門出廠前應(yīng)絕對(duì)禁油脫脂，安裝前還應(yīng)進(jìn)行脫脂。如安徽屯溪閥向充裝站供貨的首批閥門出廠前已添加潤滑油脂，雖經(jīng)多次丙酮浸泡，但脫脂效果并不理想，只得放棄安裝。

在安裝前均應(yīng)進(jìn)行仔細(xì)的外觀檢查，如：閥門不得有損傷、缺件、腐蝕、銘牌脫落等現(xiàn)象，且閥體不得有油污；閥桿的全開與全閉位置應(yīng)與要求相符合，不得有卡阻現(xiàn)象；鑄件閥門其表面應(yīng)平整光滑，無縮孔、砂眼、氣孔、毛刺、裂紋等缺陷。對(duì)于閥門外觀檢查有疑問的閥門尤其是低溫閥門，應(yīng)解體閥門，以確認(rèn)填料是否合格，以免日后使用時(shí)被低溫液體凍死。

氧氣管道彎頭宜采用沖壓彎頭或預(yù)制煨彎。采用煨彎彎頭時(shí)彎曲半徑不小于管外徑的4倍，彎曲部分不能有皺紋、凹陷、分層、裂紋和顯著壓扁。氧氣管道及管件安裝前應(yīng)進(jìn)行脫脂，否則嚴(yán)禁使用，脫脂前管道及管件應(yīng)預(yù)先干燥。內(nèi)表面脫脂方法：可先用木塞將管路的一端堵住，把丙酮溶劑（或其他脫脂溶劑，但四氯化碳已禁用）注入管內(nèi)，然后堵住另一端，將管道旋轉(zhuǎn)多次，時(shí)間不少于60 min。再釋放出溶劑，通入干燥的氮?dú)獯祾摺?/p>

管道外表面脫脂，可采用浸有丙酮溶劑的擦布擦拭的方法進(jìn)行。氧氣管道穿過墻壁或樓板時(shí)應(yīng)加套管，在套管內(nèi)的氧氣管道不得有縫隙，可用阻燃材料充填。法蘭連接部位應(yīng)加跨接電阻。

因低溫液體泵開啟后，出液管路的振動(dòng)明顯，尤其是并聯(lián)兩臺(tái)液氧泵出口管道跨度較大，為安全起見，需適當(dāng)增加管道支架。所有不銹管道與管道支架接觸部分，需加裝四氟墊片，以防日后槽鋼支架對(duì)不銹管道的滲透腐蝕作用。

4 試車前的準(zhǔn)備工作

4.1 試車前應(yīng)對(duì)輸送管道進(jìn)行詳細(xì)的外觀檢查，包括焊縫探傷檢查

（1）氧氣管道，覫32×3.5，0Cr18Ni9，100%檢測，Ⅱ級(jí)合格；

（2）氮?dú)夤艿?，覫32×3.5，0Cr18Ni9，100%檢測，Ⅱ級(jí)合格；

（3）氬氣管道，覫32×3.5，0Cr18Ni9，100%檢測，Ⅱ級(jí)合格。

需對(duì)輸送管道進(jìn)行充分的氮?dú)獯祾呒办o壓實(shí)驗(yàn)，再采用潔凈的水對(duì)輸送管道進(jìn)行水壓試驗(yàn)，經(jīng)保壓確認(rèn)合格。

4.2試車前應(yīng)認(rèn)真檢查低溫液體泵活塞桿密封圈，各接頭密封墊無滲漏和泄漏現(xiàn)象，手動(dòng)盤車以確認(rèn)操作靈活。如我充裝站在液氬儲(chǔ)槽首次進(jìn)液后，擬對(duì)低溫液氬泵進(jìn)行調(diào)試。經(jīng)過長時(shí)間的預(yù)冷后，泵體放散閥排放出連續(xù)的霧狀低溫液體。準(zhǔn)備啟動(dòng)低溫液氬泵，充裝工按操作規(guī)程在對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行手動(dòng)盤車時(shí)，發(fā)現(xiàn)根本盤不動(dòng)。只得關(guān)閉進(jìn)液閥，斷開電機(jī)電源，中斷對(duì)液氬泵的調(diào)試。

在泵體結(jié)霜消除后進(jìn)行檢查，排除了電機(jī)抱死的可能性后，確認(rèn)阻力來自于缸體內(nèi)部，目測連桿外部有少量水分滲出。以此斷定泵頭缸內(nèi)存有水分，在露點(diǎn)化驗(yàn)時(shí)難以發(fā)現(xiàn)。因低溫液體預(yù)冷的作用，缸內(nèi)水分瞬間結(jié)冰。試想如果沒有經(jīng)過盤車貿(mào)然開泵，必然造成泵頭損壞的重大設(shè)備事故。脫開泵體連接管道后，使用泵體氣冷的氮?dú)庠?，接入干燥的消防水管，從進(jìn)液口進(jìn)行不少于48 h的吹除。由此可見，開泵前手動(dòng)盤車的重要性。

4.3試車前對(duì)低溫液體儲(chǔ)罐、6只高壓安全閥、3只0～1.0 MPa壓力表進(jìn)行校驗(yàn)，保證其安全有效。試車前對(duì)低溫液體儲(chǔ)罐辦理壓力容器注冊(cè)使用登記證,氣密性試驗(yàn)合格后，為安全起見，還要用蒸汽通入主管路長時(shí)間吹掃，以清除管道內(nèi)可能存在的油脂。

4.4檢查并確保放散閥門動(dòng)作有效，放散管排放通暢，檢查并確保低溫液體儲(chǔ)罐液位計(jì)靈敏完好。

4.5試車前要對(duì)員工進(jìn)行系統(tǒng)的培訓(xùn)，理論培訓(xùn)結(jié)束后，在試車前根據(jù)《低溫液體泵操作規(guī)程》進(jìn)行若干次模擬操作演練，讓每一位操作工熟悉、熟知。

4.6試車前應(yīng)詳細(xì)檢查罐體、輸送管道、設(shè)備、匯流排的防雷接地是否完好，法蘭式鏈接的高壓截止閥跨接電阻應(yīng)齊全有效?，F(xiàn)場的滅火器、消防栓是否配置齊全有效。

4.7電氣系統(tǒng)、照明裝置、聯(lián)鎖保護(hù)及報(bào)警系統(tǒng)經(jīng)安裝調(diào)試合格，符合設(shè)計(jì)方案的規(guī)定，所有安全設(shè)施應(yīng)與主體設(shè)備同步試車。

4.8首次進(jìn)液前，還需對(duì)3只儲(chǔ)罐進(jìn)行氮?dú)獯祾?，全開進(jìn)液閥、排氣閥、泵放散閥、泵排液閥，吹掃24 h以上。吹掃結(jié)束后，關(guān)閉排氣閥、泵放散閥、泵排液閥，進(jìn)行保壓至0.2 MPa，關(guān)閉進(jìn)液閥。

保壓期間，壓力應(yīng)無明顯下降。通知化驗(yàn)室進(jìn)行露點(diǎn)化驗(yàn)，露點(diǎn)化驗(yàn)合格后方可進(jìn)液。

4.9為保險(xiǎn)起見，試車前對(duì)低溫儲(chǔ)罐特別加注少量的液氮（15 m3）為宜，以便于處置各種突發(fā)性事故。第一次試車為放空式試車，每只儲(chǔ)罐內(nèi)15 m3的液氮試車可大部分用完。

4.10單泵試車成功后，還應(yīng)對(duì)設(shè)備的每一部分及整體進(jìn)行足夠的空載試驗(yàn)，通過試驗(yàn)考查設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的波動(dòng)情況。以空載試驗(yàn)確保設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行及達(dá)到設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)。收集設(shè)備調(diào)試階段的各項(xiàng)試驗(yàn)調(diào)試記錄。

5 結(jié)束語

在進(jìn)行了單泵試車后，經(jīng)過數(shù)次調(diào)試，現(xiàn)每臺(tái)低溫液體泵工作正常，升壓良好，具備生產(chǎn)條件，通過相關(guān)的驗(yàn)收手續(xù)，具備正式投產(chǎn)的條件。與利舊的原管路碰管后，即可拆除原壓縮機(jī)生產(chǎn)線。

Analysis of the System Transformation Project of a Gas Filling Station

SHI Shuyi
(The Gases Sale Company of Maanshan Iron and Steel Co.,Ltd.,Maanshan,Anhui 243011,China)

The equipment,process piping and preparation before test running of the system transformation project of a gas filling station are introduced taking such a project at the Gases Sale Company of Masteel as an example;and problems encountered during project construction are summed up to conclude some experience and lessons for such projects.

filling station；oxygen compressor；low-temperature liquor pump；lowtemperature storage tank；process piping；test running

TB658

B

1006-6764(2014)10-0030-03

2014－07－14

時(shí)樹誼（1974－），男，1999年畢業(yè)于安徽工業(yè)大學(xué)管理工程專業(yè)，助理工程師，現(xiàn)從事設(shè)備管理工作。