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空分装置-精留塔での故障、分析、予防

2019-05-20View Original

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よく見られる原因は以下の通りです:(1)タービン内部の状態が正常でなく、液だまりや液体の懸濁が発生する。液泛液が発生すると、酸素と窒素の純度を目標値の範囲内に保つことができず、常に振幅が変動する状態が続くという危険性があります。その発生原因は、塔板上の液体がオーバーフローカップに沿って流れ落ちにくいため、オーバーフローカップ内の液面がどんどん上昇し、やがて塔板上の液面と同じ高さになり、液体が下流に流れられなくなることです。このとき「液懸」または「液泛」が発生します。オーバーフロー・ホッパー内の液面が上昇する原因は、塔板における抵抗の増加とオーバーフロー・ホッパー自体の抵抗の増大という2つの要因によるものです。 一、塔板抵抗の大きさは、上昇する蒸気量とスクリーン孔の抵抗、および塔板上の液層の厚さによって決まる。塔板抵抗が増大する原因には、1) 空気量の増加がある。特にバルブが急に開かれた際に発生し、タワー内に送り込まれる空気量が急増することで、気速が突如として上昇する;2)塔板のスクリーン穴が固体二酸化炭素やシリカゲル粉末などで詰まる。 二、オーバーフローホッパーの抵抗の大きさは、下流の液体量の多さと、オーバーフローホッパーの出口部分の構造形状(出口流路の大きさなど)によって決まります。オーバーフローホッパーの抵抗が増加する原因には、1) 下流の液体量が過多であることが挙げられます。特に、液化空気や液化窒素のストロボバルブを操作する際に動作が速すぎると、塔内の下流側の液体量が急激に増加してしまう;2)オーバーフローホッパーの加工・組み立てが不適切、または塔板が変形している。オーバーフローホッパーの出口付近の流路が狭くなる。したがって、通常の生産において液泛が発生するのは、バルブの動作が過剰になった場合や、運転サイクルが非常に長くなった時です。したがって、バルブの開閉は丁寧かつゆっくり行うことが、酸素発生器の操作上の重要なポイントの一つです。 (2)主凝縮蒸発器の熱伝達温度差が拡大する。空気分離装置において、下塔の圧力は主冷却器の温度差に依存します。主冷却器の温度差が大きくなると、下塔の圧力もそれに応じて上昇します。その結果、他の条件が同じであれば、圧縮機の排気圧力が上昇し、エネルギー消費量も増加します。このため、空気分離装置では常に主冷却器の温度差を小さくして、エネルギー消費を削減します。実際の運用においては、主冷却器の温度差を設計値にできるだけ近づけたいとされているが、実際の生産過程では、主冷却器の伝熱面が汚れることで伝熱係数が低下する。また、液体酸素中に二酸化炭素の固体が多く析出すると、液体酸素は粘性の高い流体になり、伝熱係数がさらに下がる。液体酸素の操作において液面が低すぎる場合や、配管が過度に詰まっている場合、また窒素側で不凝縮ガスが蓄積する場合などは、伝熱面積が減少してしまいます。主冷の熱負荷は、伝熱面積、伝熱係数、伝熱温度差に比例する。生産に必要な主な冷却・加熱負荷を一定に保つため、伝熱係数と伝熱面積が小さくなった場合は、伝熱温度差を増大させなければならない。そして、熱伝達の温度差が大きくなると、必然的に下塔の圧力を上げる必要があります。下塔の圧力が上昇すると、圧縮機のエネルギー消費量も増加します。また、下塔の圧力が高くなると、塔に供給される空気の量が減少し、その結果酸素の生産量も低下します。主冷却装置が適切な熱負荷を維持し、かつ伝熱における温度差が拡大しないようにするためには、分子ふるい精製装置の吸着効率に注意を払い、二酸化炭素が上部塔に侵入するのを効果的に防がなければならない;定期的にネオン、ヘリウムなどの非凝縮性ガスを吹き出す;液体酸素の液面に注意し、液面が過度に低くならないようにしてください;過負荷運転が必要になった場合は、主冷却器の伝熱面に余裕があるかどうかに注意する必要があり、過負荷運転を行うためには主冷却器に十分な伝熱面が必要である。 (3)主冷却系の漏れ。漏れが発生する原因は以下の通りです:1) 管が振動によって互いにこすれて漏れる。長管式凝縮蒸発器には、直径10mm、長さ8mの真ちゅう管が数万本装着されており、管同士の間隔は非常に狭い。運転中、気流の衝撃や振動により、管の中央部が容易にたわんで変形し、互いに摩擦を起こします。時間が経つと、摩耗によって漏れる可能性があります。2) 管内の水たまりで凍裂する。加熱が不十分で、特に細い管が詰まって水が溜まりやすくなり、加熱時にその水を吹き飛ばすことができない場合、低温下で水が氷になり体積が膨張するため、細い管が凍り割れる可能性があります。3) 主冷が軽微に局部的に爆発した。主冷却系の局所的な領域にアセチレンや炭化水素が蓄積した場合、特定の条件下で爆発が起こる可能性があります。このような軽微な爆発が起きても、外部には何の反応もなく、音も聞こえないため、最初は気づきにくい。酸素の純度が自動的に変化し、それを調整できない場合にのみ、このような事態が起こり得る。主冷却装置からの漏れが深刻な場合、圧力の高い窒素ガスが大量に低圧の酸素側に漏れ込むため、上下の塔の圧力や製品の純度が著しく変化し、正常な生産を維持できなくなって停止に至る。主冷却器にわずかな漏れがあっても、通常は上塔および下塔の圧力に顕著な変化は生じず、主冷却器内の液体酸素の純度も顕著に低下することはない。一般的な現象として、主冷却用酸素と液体酸素の純度には大きな差があり、気相中の濃度は液体酸素と平衡にある濃度値よりも低くなっている。例えば、ある工場で液体酸素の濃度が99%、気体酸素の濃度が96%であることが検査で確認されたが、点検の際に7本の主冷却管から漏れがあることが発見された。したがって、通常の運転時には、気流の衝撃を引き起こすような大きな調整は避けるべきです;システムで加熱解凍する際は、十分に加熱し、吹き出し口の露点温度が基準を満たすようにしなければならない;分子ふるい精製装置の動作状態に注意し、メインコールダーは常に運転を停止した状態に保ち、定期的に液体酸素を排出してメインコールダー内での炭化水素の蓄積を防ぎます。 (4)塔板の変形。精留塔の空気入口において、空気の流速が急すぎて塔板の強度が不十分な場合、塔板は気流の衝撃によって変形してしまう。吸気位置を適切に変更し、操作時は塔内のガス流速を制御することに注意し(必ずゆっくり行うこと)、塔板の変形を防ぐことができる。 (5)酸素の純度が要求を満たしていない。酸素の純度に影響を与える要因には、1)酸素の取り出し量が過大であることがあります。物質収支から見ると、処理空気量が一定で窒素の純度が一定の場合、所定の酸素純度を求めるためには、一定量の酸素しか取り出すことができない。取り出し量が多すぎると、純度は必然的に要求を満たせなくなる。精留の観点から見ると、酸素の取り出し量が過大になると、塔上部の抽出段階で上昇する蒸気の量が減少し、リフラックス比が増大する。その結果、液体中の窒素(アルゴン)の蒸発が不十分になり、酸素の純度が低下する。このときは酸素供給バルブを適切に絞って酸素供給量を減らし、同時に窒素供給バルブを開いて塔内圧力が一定になるようにする。2) 液体空気中の酸素純度が低すぎる。液化空気の酸素純度が低い場合、必然的に液化空気の量が過剰です。一方で、上部タワーの分留段階での分離負荷が増大し、他方でリフラックス液が多くなるため窒素(アルゴン)成分が十分に蒸発せず、その結果酸素の純度が低下する。この時はタワー下部の精留条件を調整し、液空の酸素含有量を適切に上げる必要がある。3) 冷凝蒸発器の液体酸素面が高すぎる。主冷却液酸素面が上昇すると、下流の液体量が蒸発量を上回っていることを意味し、抽出段のリフラックス比が増大して酸素の純度が低下する。この時、膨張機の容量を減らすことができる。液体酸素のレベルが高く、酸素の純度が悪くてすぐに調整しにくい場合は、液体酸素を一部排出して凝縮蒸発器の熱交換面積を十分に活用し、その後再び調整します。主冷却用液体酸素のレベルが上昇するのは、液体酸素中に大量の固体二酸化炭素が混入し、熱伝達が悪化して液体酸素が蒸発しなくなり、その結果酸素の取り出し量が減少するためでもある。必要に応じて停車して加熱しなければならない。4)塔板効率が低下する。精留塔板が変形したり、塔体が傾いたり、ふるい目が固体の不純物で塞がれたりすると、各塔板上での気液間の物質移動効率に影響を与え、純度が低下する。運転サイクルが長くなり、塔板の抵抗が増加した場合は、停止して加熱するべきである。5)蒸留運転状態の異常。精留塔で液逆流や液漏れなどが発生すると、精留塔の正常な精留動作が破壊され、純度が低下します。この時は具体的な状況に応じて対策を講じ、異常な動作状態を解消しなければならない。6) 主冷却装置の漏れ。凝縮蒸発器のはんだ付け品質が悪い、または蒸発管が摩耗して漏れたり、局部的な爆発によって微小な漏れが生じた場合、圧力の高い窒素ガスが圧力の低い酸素側に漏れ込み、酸素の純度が低下することがある。純度があまり下がっていない場合は、液体酸素と気体酸素の純度差を分析することで判断できる。両者の差が通常の気液平衡濃度差を超える場合、多くは漏れが原因であり、停止して点検を行うしかない。 大神のご指導と補足をお願いします。皆さん、ありがとうございます

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