黃秋華（廣西河池化工股份有限公司，廣西 河池 547007）

在空分裝置中，主換熱器是冷箱內(nèi)的重要換熱設備，其運行狀況決定整套空分裝置的性能和狀態(tài)。目前，絕大部分的主換熱器均采用鋁制板翅式換熱器，該類型換熱器具有間隙非常小、體積小、重量輕、換熱效率高、工作最低溫度可達-178℃等特點，廣泛應用于空分、化工等領域。

當空分裝置主換熱器出現(xiàn)阻力增大、換熱不充分等異常時，一般認為主換熱器出現(xiàn)了堵塞。主換熱器堵塞物質主要分為兩類：一是機械顆粒，主要有沙塵、焊渣、珠光砂、分子篩粉末等；二是低溫凍結介質，主要有水、二氧化碳。主換熱器發(fā)生堵塞時，空分裝置產(chǎn)量下降、能耗增加，嚴重時空分裝置無法繼續(xù)運行，必須停車檢修。

某新建空分裝置采用常規(guī)外壓縮流程，在分子篩系統(tǒng)后設計有一條儀表用空氣外送管路，提供全廠儀表用氣。同時配備一套包括活塞壓縮機、吸附式干燥劑的儀表用空氣系統(tǒng)，作為空分裝置停車時的儀表用氣供應。該裝置經(jīng)過調試順利出氧，但連續(xù)運行一周后，現(xiàn)場工程師發(fā)現(xiàn)正流空氣通道和膨脹空氣通道的阻力近似以一定速率緩慢增加，已對空分工況產(chǎn)生影響。此時，后續(xù)工段已開展試車工作，要求保持氧氣的連續(xù)供應。因此，盡快查找問題原因成了當務之急。

1 通過下列物質的堵塞特點進行初步判斷

1.1 沙塵、焊渣：這兩種物質一般表現(xiàn)為短期變化，之后會達到某一狀態(tài)并趨于穩(wěn)定。

1.2 珠光砂、分子篩粉末：一般冷箱內(nèi)管道發(fā)生斷裂時，珠光砂會泄漏到管路內(nèi)部，隨氣流堵塞下游管道或設備。分子篩粉末主要是因分子篩粉化造成，多見于運行幾年以上的空分裝置。

1.3 二氧化碳：二氧化碳在低溫下會直接固化成干冰，固化溫度為-78.6℃。一般空分裝置均在純化系統(tǒng)后配備有二氧化碳分析儀進行實時監(jiān)控，進入冷箱的二氧化碳是一個關鍵的工藝控制點。

1.4 水：水在0℃時即凝固為冰。這里所說的水一般指氣態(tài)的水，也就是濕空氣中含的水蒸氣。水蒸氣一旦進入冷箱，將會凍結在主換熱器內(nèi)，造成堵塞。堵塞的快慢受水蒸氣的含量而定。空分裝置中，水的來源有兩個:一是分子篩系統(tǒng)凈化不徹底；二是膨脹機或增壓機級間冷卻器泄露。不同的來源影響的后續(xù)管路也不相同。

根據(jù)以上物質堵塞的不同現(xiàn)象，并對現(xiàn)場相關吹除閥、儀表管等就地吹掃檢查后，可以鎖定水和二氧化碳兩種物質，排除其他物質的可能。然后針對這兩種物質作進一步的檢測和分析。

2 通過分析儀分析數(shù)據(jù)判斷

首先檢查二氧化碳分析：二氧化碳分析點位于分子篩純化系統(tǒng)后，使用2ppm的標準氣對分析儀進行校準，分析分子篩后的二氧化碳含量為0.5ppm，略有波動。在分子篩吸附末期和切換時，二氧化碳含量也基本穩(wěn)定。

其次檢查水分析：水分析點在膨脹機增壓機后冷卻器后。校準分析儀并檢查分析管路后，測量膨脹空氣進冷箱管路的露點為-72℃。

然后將兩臺分析儀的分析點進行交換，測量結果為分子篩后正流空氣管路的露點為-78℃；增壓機后冷卻器后的二氧化碳含量為0.5ppm，兩個測點的露點有差。

3 排查系統(tǒng)水的來源

首先對膨脹機增壓機級間兩臺冷卻器均進行氣密性試驗，但未發(fā)現(xiàn)異常。

其次對分子篩系統(tǒng)進行重點排查。來自分子篩系統(tǒng)的正流空氣有儀表空氣和膨脹空氣兩個分支。二氧化碳分析點位于分支之前。隨后對儀表空氣管路進行檢查，儀表空氣處于外送狀態(tài)。相連的外來儀表氣源管路閥門是關閉的，并且儀表氣系統(tǒng)處于停機狀態(tài)。根據(jù)以上的檢測判斷，微量水泄漏的可能性非常大，但水的來源卻無法確定。

在繼續(xù)查找水的來源過程中，在向現(xiàn)場操作人員詳細了解調試情況時發(fā)現(xiàn)一個細節(jié)：空分裝置裝填珠光砂期間，客戶要求儀表用空氣進行其他工段的調試工作，操作人員啟動了備用儀表氣系統(tǒng)。隨后針對備用儀表空氣系統(tǒng)以及與空分裝置連接部分的儀表管、吹除閥進行逐個檢查。在檢查儀表氣緩沖罐時，發(fā)現(xiàn)吹除閥打開后有液體水排出，對儀表氣緩沖罐進行吹除后，增壓機后冷卻器后的露點分析開始上升，最后達到了-78℃。又經(jīng)過兩三個小時的觀測，主換熱器的阻力沒有進一步增加，但空分裝置需擇機進行停車加溫，將凍結在主換熱器內(nèi)部的水分加溫吹除干凈。

一般情況下，即使儀表用空氣帶水，也只會隨氣流帶到下游管路中。儀表氣緩沖罐中的水是如何反流到正流空氣管路呢？這里，注意到一個現(xiàn)象，當打開儀表氣緩沖罐的吹除閥時，露點分析儀即有變化，說明正流空氣管路的進水量與儀表空氣管的流速成比例關系。由此讓筆者想到氣體的擴散效應，室溫下空氣中分子的平均熱運動速度高達400m/s。由于極為頻繁的碰撞，分子運動速度的大小和方向時刻都在改變，沿一定方向遷移的速度相當慢，所以氣體擴散的速度比氣體分子運動的速度要慢得多，且分子呈現(xiàn)擴散效果。本套空分裝置因為儀表用空氣外送的要求，管路口徑設計較大。而在試車階段，儀表用空氣實際送出的流量比較少，當儀表用空氣送出低于水分子的擴散速度時，水分就擴散到正流空氣管路，隨氣流進入主換熱器，從而凍結在換熱器內(nèi)。當然這種擴散的量非常小，所以才有阻力緩慢增加的現(xiàn)象。

在這次事故中，空分裝置的操作雖然都是正確的，但由于忽視了附屬系統(tǒng)的狀態(tài)，因此造成了事故。這就要求現(xiàn)場調試人員要全面掌控空分裝置的狀態(tài)和運轉情況；另外，在操作中，還要考慮前后操作的關聯(lián)性。希望此文能為空分裝置調試工作提供參考。