液氮洗装置，作为气体提纯与氮气调配的核心环节，其运行的安全稳定性对合成氨生产系统的顺畅运行具有决定性作用。本文聚焦于氢能领域液氮洗装置冷箱意外泄漏所引发的非计划停机挑战，深入阐述了从泄漏现象的及时发现，到迅速启动应急响应机制，直至最终针对暴露问题实施优化改造的完整流程。这一过程不仅体现了对突发状况的敏锐洞察与高效应对能力，更彰显了通过技术创新与管理升级，不断提升装置运行可靠性的坚定决心与实践成果。

1 液氮洗装置工艺

1.1 装置概况

液氮洗装置的核心组件涵盖分子筛吸附系统、氮洗塔以及高效多通道板翅式换热器，这一系列精密设备均由杭州中泰精心打造。具体而言，氮洗塔以其直径2100mm、高度19800mm的雄伟身姿，坐拥66.81m³的广阔容积，内置54层塔盘，总重达27311kg，专为高压低温环境设计，其设计压力高达3.7MPa，而实际工作则稳定在2.97MPa，设计温度直指-196℃，实际运行时则维持在-194.6℃的极低水平。此外，为确保这一极端条件下的高效运行，冷箱外壳与氮洗塔及板翅式换热器之间被精心填充了保冷性能卓越的珠光砂，以有效隔绝外界热量，维护装置内部的低温环境。

1.2 工艺原理

1.2.1 吸附原理

低温甲醇洗装置处理后的净化气体中，仍含有微量的CO2和CH3OH等极性化合物，这些物质的冰点温度极低，CO2的冰点为-78.45℃，而CH3OH更是低至-97℃。当这些低温下易结冰的组分进入液氮洗板翅式换热器及氮洗塔时，随着温度的进一步降低，它们会凝结成冰，堵塞设备通道，严重威胁装置的正常运行。因此，在净化气体进入板翅式换热器之前，必须预先去除其中的CO2和CH3OH。

为实现这一目标，采用分子筛吸附器作为有效的净化手段。分子筛的工作原理基于物理吸附（即范德华力），其独特的晶体结构内部含有强极性和库仑场，对极性分子及不饱和分子展现出卓越的吸附性能。分子筛的孔径分布极为精确且均匀，只有分子直径小于孔穴直径的物质方能进入并被吸附。这一过程通过分子筛对物质的优先吸附顺序及分子尺寸的精确识别来实现，确保了高效且选择性地脱除净化气体中的极性分子。

1.2.2 混合制冷原理

在特定条件下，通过压缩特定制冷工质至一定压力，随后实施节流膨胀过程，可触发焦耳-汤姆逊效应，从而实现制冷效果。此外，当一种气体在极高压力下与另一种气体混合时，由于混合过程中该气体分压的显著降低，也能达到制冷的目的。液氮洗装置正是巧妙结合了这两种原理：一方面，它利用高压氮气经过节流膨胀时释放的冷量进行制冷；另一方面，通过高压氮气与氢气混合，利用氮气分压下降所产生的制冷效应，进一步降低氮气温度，直至液化状态，随后利用这低温液氮对经过初步净化的气体进行深度洗涤，以去除其中的微量杂质。

1.2.3 洗涤原理

洗涤工序的核心工艺原理在于物理吸收现象，它依赖于不同气体组分间显著的沸点差异。具体而言，利用氢气（H2）与一氧化碳（CO）、氩气（Ar）、甲烷（CH4）之间较大的沸点差，当这些气体混合并接触到低温液氮时，CO、Ar、CH4等较高沸点的组分会被有效地溶解到液氮中，从而实现从混合气体中脱除这些杂质的目的。值得注意的是，由于氮气（N2）与CO的气化潜热相近，因此液氮洗涤过程可视为近似等温过程，即在整个洗涤过程中，系统温度保持相对稳定。此外，由于氮气的临界温度低至-147.1℃，这决定了液氮洗工序必须在严格的低温环境下进行，以确保洗涤效果和工艺的稳定性。

2 氮洗塔冷箱泄漏排查及分析判断

2.1 分析判断

为了精确诊断冷箱是否存在潜在的泄漏问题，现场实施了三项关键性的检测手段。首先，通过取样分析冷箱内部的可燃气含量，以科学数据为依据，评估是否存在气体外泄的迹象。其次，细致检查冷箱壳体的外观，寻找可能的裂缝、变形或异常湿润等泄漏迹象。最后，密切关注并记录冷箱夹层内保护气体的压力变化趋势，任何异常的压降都可能预示着泄漏的发生。这三种方法相互补充，共同构成了全面而有效的冷箱泄漏诊断体系。

2.2检查冷箱壳体外观

在设备正常运行阶段，冷箱内部流通的是低温介质，其外壳与内部装置间填充的珠光砂有效隔绝了冷量外泄，使得冷箱外壳维持接近常温状态，避免凝结水或结霜的出现。然而，一旦冷箱内部发生介质泄漏，低温介质会迅速将冷量传递至外壳，导致局部温度骤降，进而形成可见的结霜现象。此次检查中，氮洗塔冷箱外壳的东侧与南侧即出现了此类异常，而换热器冷箱则保持正常，无凝结水或结霜。

进一步分析，冷箱内部维持着微正压环境，通过持续通入氮气（20~30m³/h）来防止外部湿气侵入珠光砂层，保护其保冷效果。若内部发生显著泄漏，理论上应伴随夹层气压力的异常升高。尽管连续监测未揭示持续压力异常，但在液氮洗装置切气前夕，夹层气压力却出现了间歇性波动，这成为泄漏加剧的先兆。

观察与数据，我们确认氮洗塔冷箱内部确已发生泄漏，且泄漏点可能允许可燃气体渗入夹层保护气中，进而通过安全阀和呼吸阀释放至大气。鉴于泄漏量相对有限，我们推测泄漏源可能是冷箱内的仪表导压管微漏，或是管线、设备焊接处的细微沙眼。

图 1 冷箱外壳结霜

3 氮洗塔冷箱泄漏后的应急处置及优化改造

为避免冷箱内部泄漏突发恶化，引发夹层超压、珠光砂喷射或可燃气体大量外泄等可能导致的爆炸、火灾等严重事故，应立即对液氮洗装置实施了紧急停车，并迅速启动了检修流程。在装置完全停止运行后，通过一系列降压、排液操作，有效降低了系统内部压力与残留液体量。随后，对冷箱进行升温复热处理，直至其恢复至常温状态，为后续的检修作业创造了安全、稳定的条件。这一系列紧急应对措施旨在迅速切断事故隐患，保障人员与设备的安全。

4 总结

本文深入探讨了液氮洗装置在运行中遭遇的可燃气体泄漏问题，详细阐述了从泄漏迹象的初步识别到紧急应对措施的迅速实施，再到后续优化改造方案的制定与实施的全过程。通过这一系列举措，我们不仅成功控制了泄漏事态的发展，还显著降低了装置未来发生类似泄漏的风险，有效延长了装置的安全运行周期。具体来说，我们细致梳理了泄漏的发现历程，总结了高效应急处理机制的重要性，并着重介绍了针对泄漏根源所采取的优化与改造措施，旨在从根本上提升装置的密封性与可靠性，确保生产过程的持续安全与稳定。

航烨能源在气体净化与液化技术领域展现出卓越贡献。我们的液氮洗装置利用先进技术，有效脱除气体中的杂质，提升气体纯度，并副产高纯度LNG产品。通过技术创新，航烨能源不仅提高了设备的安全性与稳定性，还推动了氢能产业的节能降耗与商业化发展，为能源结构优化和供应安全提供了有力支持。