郭士雪，趙 斐，楊文娟

(開封空分集團(tuán)有限公司 設(shè)計(jì)研究院a.設(shè)備室;b.調(diào)試室，河南開封 新區(qū)魏都路189號(hào)475004)

某化工單位年產(chǎn)72萬t甲醇項(xiàng)目配套42 000 Nm3/h空分設(shè)備，該空分設(shè)備采用分子篩吸附凈化、增壓透平膨脹機(jī)、全精餾制氬及氧氣內(nèi)壓縮工藝，由開封空分集團(tuán)有限公司成套供應(yīng)。于2010年8月正式開車出產(chǎn)品，但在2015年4月開車時(shí)，連續(xù)出現(xiàn)膨脹機(jī)達(dá)不到氣量及轉(zhuǎn)速，下塔液空液位建立不起來等情況，最后通過多次反復(fù)開停設(shè)備，查到原因并解決了問題。

1 流程形式

經(jīng)吸附器凈化好的空氣分為兩股，一股直接進(jìn)入冷箱。這股空氣先進(jìn)入低壓換熱器與返流氣體換熱，冷卻到接近液化溫度進(jìn)入下塔進(jìn)行分離;另一股通過空氣增壓機(jī)進(jìn)一步壓縮，并經(jīng)增壓機(jī)末級(jí)冷卻器冷卻后送入冷箱，經(jīng)高壓換熱器冷卻變?yōu)橐后w后節(jié)流進(jìn)入下塔。膨脹空氣自空氣增壓機(jī)中部抽出，首先經(jīng)過膨脹機(jī)增壓端的壓縮及后冷卻器的冷卻，再進(jìn)入高壓換熱器被冷卻，而后經(jīng)膨脹機(jī)膨脹后進(jìn)入下塔。

下塔中的上升氣體通過與回流液體接觸含氮量增加。所需的回流液氮來自上塔底部的冷凝蒸發(fā)器，在這里氧得到蒸發(fā)，而氮得到冷凝。

2 現(xiàn)象

2015年4月6日，空分設(shè)備因粗氬塔Ⅰ頂部蒸氣回上塔管線焊縫拉裂跑冷，經(jīng)過一個(gè)月的檢修重新開車。

4月7日下午15:28空氣導(dǎo)入下塔進(jìn)行加溫吹除，運(yùn)行至凌晨2:00因鍋爐原因空分系統(tǒng)緊急停車，恢復(fù)后啟動(dòng)空分。

4月8日凌晨4:00啟動(dòng)Cryostar膨脹機(jī)，上塔上主冷溫度到－52℃時(shí)，膨脹機(jī)轉(zhuǎn)速16 500 r/min(正常轉(zhuǎn)速值20 000 r/min)，再也不能提高。此時(shí)膨脹空氣量24 229 m3/h(正常值45 000 m3/h)，同樣也不能增加。將回流閥關(guān)至15°，噴嘴開到80°左右(因當(dāng)時(shí)覺得有可能是膨脹機(jī)本身問題)，一直開到4月8日上午11:42上主冷溫度降至－134℃，下塔阻力在主冷液位未建立、液氮回流閥V11未開的情況下就從0.58 kPa升至3 kPa(當(dāng)時(shí)沒注意此變化)，膨脹機(jī)轉(zhuǎn)速仍然不能提高(18 000 r/min)，同樣，膨脹空氣量(27 563 m3/h)仍然不能增加，這時(shí)已將回流閥關(guān)至9°，噴嘴開到90°左右。決定停進(jìn)口膨脹機(jī)加溫吹除，然后接著開進(jìn)口膨脹機(jī)，膨脹空氣量仍然不能增加。

圖1 空分設(shè)備簡易流程圖Fig.1 Simple flow chart for air separation equipment

4月9日8:00停進(jìn)口膨脹機(jī)開國產(chǎn)膨脹機(jī)，國產(chǎn)膨脹機(jī)轉(zhuǎn)速15 000 r/min，流量只有14 600 m3/h，也不能增加。據(jù)此認(rèn)為膨脹機(jī)處和高壓板式換通道有堵塞現(xiàn)象，停機(jī)把二段到膨脹端前吹除閥處打通流路小氣量進(jìn)行單獨(dú)吹除。4月9日11:14重新啟動(dòng)進(jìn)口膨脹機(jī)，轉(zhuǎn)速 19 800 r/min，膨脹空氣量45 000 m3/h均達(dá)到設(shè)計(jì)值。

4月10日13:00上主冷液位達(dá)到2700 mm，下主冷達(dá)到3400 mm也均達(dá)到指標(biāo)，但是從9日～10日凌晨，上塔阻力從10 kPa(16:31)上升到15 kPa(20:00)。20:42開液氮回流閥V11后上升到20 kPa，無論怎么開關(guān) V11閥，上塔阻力總是不斷上升，也不見下塔有液空出現(xiàn)，入塔空氣量一直保持在120 000 m3/h，多次排放下塔液空沒有液體排出，把V1閥關(guān)到0%也不見有液空出現(xiàn)，通過檢查分餾塔系統(tǒng)閥門，開度均無問題;如此只好把V1液空、V2液氮、V3污液氮、V4貧液空、V11開到原調(diào)純閥位，觀察純度有無好轉(zhuǎn):上塔氧氣純度90%，下塔液空純度30% ～34%，下塔頂?shù)獨(dú)饧兌?% ～8%，阻力也慢慢上升到滿量程40 kPa。當(dāng)時(shí)分析有可能發(fā)生下塔液懸了，通過減少膨脹量，關(guān)小高壓液空節(jié)流閥V8(從50%關(guān)到40%)，降低空壓機(jī)排壓，下塔壓力至0.45 MPa，最后通過開大 V1、V2、V3、V4 閥，空氣量才從120 000 m3/h增至160 000 m3/h，阻力慢慢從滿量程40 kPa降到30.2 kPa，但氧、氮純度卻更低，下塔仍然沒有液空液位，下塔液空純度30% ～34%是自動(dòng)表讀數(shù)的下限，但是無論怎樣調(diào)整，上下主冷液位一直保持穩(wěn)定狀態(tài)。被迫在4月10日4:48把氣從冷箱退出，此時(shí)下塔阻力再次出現(xiàn)滿量程，估計(jì)是下塔塔板被堵。中午12:43重新進(jìn)塔啟動(dòng)膨脹機(jī)，下塔阻力馬上到滿量程，只好停車加溫處理待檢查原因。

3 故障分析及處理

經(jīng)查看整個(gè)空分運(yùn)行參數(shù)，明顯是下塔塔板上液體流不下來，堵塞在下塔中下部。

1.開大V4閥，從50%開到100%后，氣體能順利進(jìn)入上塔，空氣量增大到160 000 m3/h，說明V4閥以下塔板沒有堵塞，此處多以氣態(tài)形式存在，這從富氧液空純度太低可知幾乎沒有精餾換熱。而上下主冷沒有變化是因?yàn)橄滤喜繙囟忍?，上升氣體多被液化，而入塔氣量被塔板堵塞使上升到中上部的氣量少，主冷沒有得到蒸發(fā)，故主冷液面沒有發(fā)生波動(dòng)。

2.檢查增壓端出口壓力為3.55 MPa(設(shè)計(jì)3.7 MPa)，膨脹端進(jìn)口壓力3.49 MPa(設(shè)計(jì)3.68 MPa)，阻力為0.06 MPa，接近設(shè)計(jì)值 40～80 kPa，而且還有上升趨勢，說明有堵塞現(xiàn)象但不明顯。

3.檢查下塔壓力0.46 MPa與分子篩后壓力0.49 MPa，壓差為 30 kPa，而正常值為 20 kPa。

4.檢查污氮出高壓板式溫度TI-23319曾經(jīng)到過－0.47℃，操作人員把污氮出高壓板式 V318、V319閥門各關(guān)至35%，而原本這兩個(gè)手動(dòng)閥門基本是全開;污氮出低壓換熱器閥門開到85%，原本這個(gè)閥門開度在60%，上塔壓力基本和平時(shí)一樣保持在45 kPa，明顯冷量集中到低壓板式上了。

5.操作人員向下塔導(dǎo)氣時(shí)，為避免進(jìn)塔空氣自動(dòng)閥無背壓打不開閥門，一般預(yù)先把增壓機(jī)三段，高壓液空 V8閥先打開50%，壓力一般保持在2.4 MPa，一直到4月8日4:00三段壓力才提到5.1 MPa。

6.分子篩后露點(diǎn)儀發(fā)生故障后一直沒有更換，得不到有效的監(jiān)控。根據(jù)這些情況我們主要懷疑以下幾點(diǎn):

1)入上塔各個(gè)節(jié)流閥開度是否正常;

2)高壓板式高壓液空通道壓差變化和兩個(gè)高低壓板式換熱溫差情況;

3)分子篩吸附器空氣出口露點(diǎn)及二氧化碳是否超標(biāo);

4)蒸汽加熱器排污閥處，露點(diǎn)是否超標(biāo);

5)在冷吹時(shí)因壓力低有可能純化系統(tǒng)儀表管道漏進(jìn)空氣，檢查所有純化系統(tǒng)儀表管有無泄漏;

6)檢查增壓機(jī)、空壓機(jī)機(jī)間冷卻器后各個(gè)出氣口露點(diǎn)。

經(jīng)過一天的檢查，只發(fā)現(xiàn)膨脹機(jī)和高壓液空進(jìn)塔管線有問題，分子篩后及增壓機(jī)、空壓機(jī)機(jī)間冷卻器后各個(gè)出氣口露點(diǎn)均合格，節(jié)流閥開度也正常。堵塞原因到底在哪里呢?根據(jù)兩個(gè)高低壓板式換熱溫差進(jìn)一步分析，認(rèn)為膨脹機(jī)和高壓液空進(jìn)高壓換熱器通道有堵塞現(xiàn)象。堵塞現(xiàn)象一般分為冰堵、二氧化碳堵和雜物堵三種情況。但空分開車已有數(shù)年，剛進(jìn)行過整個(gè)冷箱扒砂檢修，還做了裸冷和氣密性查漏，所以雜物堵應(yīng)該排除，分子篩二氧化碳分析表一直在投運(yùn)而且未超標(biāo)，啟動(dòng)增壓機(jī)時(shí)臨時(shí)氣源用的是第二套空分的氣，所以可以排除二氧化碳堵，那只有冰堵了。

那么水從哪里來的呢?我們把空壓機(jī)、增壓機(jī)全部停運(yùn)，把循環(huán)水壓穩(wěn)定在0.4 MPa，再次檢查各個(gè)機(jī)間冷卻器出口氣露點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)增壓機(jī)三段出口冷卻器氣路露點(diǎn)只有－30℃。那么當(dāng)時(shí)在空分加溫分餾塔系統(tǒng)時(shí)空分臨時(shí)停了一次車，水慢慢滲入到氣管路，膨脹機(jī)開啟不久，三段出口冷卻器所漏的水分在增壓機(jī)排氣壓力低時(shí)，又源源不斷的微漏入氣路，一部分從高壓液空節(jié)流閥進(jìn)入下塔，另一部分通過三回二回流閥進(jìn)入膨脹機(jī)管路，所以下塔中下部塔板被水堵死，是造成液空無法向下流和膨脹機(jī)一直流量少的原因。為什么空分還能吃進(jìn)120 000 m3/h，主冷還能建立起液面呢?后期三段壓力提到5.1 MPa遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于水壓而水漏量比較少，所以沒有繼續(xù)堵塞高壓換熱器及塔板和膨脹機(jī)管道。

給增壓機(jī)三段出口冷卻器做打水壓實(shí)驗(yàn)，水壓1.0 MPa時(shí)共有20根氣管滲水。這就是水的源頭。在處理好冷卻器后，經(jīng)過整個(gè)空分系統(tǒng)的大加溫吹除，特別是下塔中下部塔板采用獨(dú)立管線反吹方法，從液氮吹除口接氣源管到下塔液空吹除口進(jìn)行吹除，露點(diǎn)合格后經(jīng)空分開車，下塔阻力正常，空分正常投入生產(chǎn)。

4 操作方法改進(jìn)及教訓(xùn)

1.空分啟動(dòng)后，進(jìn)塔前自動(dòng)露點(diǎn)儀要投運(yùn)，流程圖上要求分析的點(diǎn)應(yīng)全部分析，直到露點(diǎn)合格。

2.增壓機(jī)啟動(dòng)后，倒換工藝氣后，再加做二氧化碳分析，防止干冰堵塞。

3.要嚴(yán)格監(jiān)控蒸汽加熱器出口露點(diǎn)，防止出分子篩空氣帶水。

4.V8閥在初期應(yīng)減少開度，以避免把不合格氣導(dǎo)入下塔。

空分由于其特殊性，當(dāng)在沒有完全找到故障的原因時(shí)，要開闊思路，盡力多找原因多分析，不要因?yàn)楣收闲《恢匾曌罱K釀成大事故。

［1］高曉寧，陳守亞.一起空分開車冰堵事故的判斷與處理［J］.深冷技術(shù)，2000(6):43-44.

［2］龐文斌.內(nèi)壓縮流程空分設(shè)備高壓板翅式換熱器空氣通道堵塞的分析［J］.深冷技術(shù)，2008(1):47-50.