李羅真， 孫豐澤

(海洋石油富島有限公司， 海南東方 572600)

中海石油化學(xué)股份有限公司海南富島化肥一期尿素裝置，采用意大利斯納姆公司的氨汽提尿素生產(chǎn)工藝以及海德魯流化床大顆粒尿素生產(chǎn)工藝，設(shè)計(jì)產(chǎn)能為1765 t/d，主要生產(chǎn)粒徑為2.0～4.8 mm的大顆粒尿素。該裝置自1996年10月投產(chǎn)以來已連續(xù)運(yùn)行近26a，其間霧化空氣壓縮機(jī)(K-151)多次出現(xiàn)故障。分析其產(chǎn)生的原因，并提出改進(jìn)措施和操作優(yōu)化，保證設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 霧化空氣壓縮機(jī)工藝流程

環(huán)境空氣經(jīng)過霧化空氣過濾器濾網(wǎng)后，進(jìn)入霧化空氣壓縮機(jī)，空氣被壓縮后進(jìn)入霧化空氣加熱器加熱至129～135 ℃，送入每一組霧化空氣噴嘴，使尿液霧化形成極細(xì)霧點(diǎn)噴涂到晶種表面。經(jīng)過一定的造粒時間，晶種長大到規(guī)定尺寸[1]。霧化空氣加熱器為翅片管式換熱器，材質(zhì)為碳鋼，殼側(cè)走的是空氣，管程走的是蒸汽。正常生產(chǎn)中，采用壓力為2.15 MPa的中壓飽和蒸汽對霧化空氣風(fēng)機(jī)提壓的空氣進(jìn)行加熱，蒸汽冷凝液通過中壓冷凝液管線回收到蒸汽冷凝液儲槽。霧化空氣壓縮機(jī)若發(fā)生故障，直接影響尿液霧化效果，導(dǎo)致尿素結(jié)塊，粉塵量增大，水含量升高，造粒系統(tǒng)工況惡化。霧化空氣壓縮機(jī)工藝流程示意見圖1。

圖1 霧化空氣壓縮機(jī)工藝流程圖

2 故障分析及處理

2.1 霧化空氣壓縮機(jī)進(jìn)口葉片損壞

2007年6月18日23:54，霧化空氣壓縮機(jī)振動值上漲，現(xiàn)場確認(rèn)風(fēng)機(jī)聲音異常，主控指令現(xiàn)場手動停運(yùn)霧化空氣風(fēng)機(jī)；23:58時，現(xiàn)場手動停霧化空氣風(fēng)機(jī)。經(jīng)停車后解體檢修，確認(rèn)進(jìn)口風(fēng)門葉片斷裂，導(dǎo)致葉輪葉片端部磨損約12 mm，設(shè)備被迫解體大修[2]。分析原因如下：

(1) 葉片焊接處應(yīng)力大，霧化空氣壓縮機(jī)進(jìn)口導(dǎo)葉組件由11套導(dǎo)向葉片圓周均勻分布構(gòu)成。單片葉片設(shè)計(jì)成倒扇形，在轉(zhuǎn)軸中心位置沿軸向開有豎槽，葉片插入豎槽中，采用焊接方式進(jìn)行連接。轉(zhuǎn)軸通過連桿鎖緊螺栓固定在風(fēng)機(jī)進(jìn)口執(zhí)行機(jī)構(gòu)上，導(dǎo)致葉片單面承受風(fēng)力載荷。從力學(xué)角度看為懸臂梁受力，葉片焊接處應(yīng)力較大。

(2) 葉片和轉(zhuǎn)軸的材質(zhì)為304不銹鋼，強(qiáng)度較差。

(3) 本裝置處于海洋性氣候地區(qū)，空氣中富含的氯離子對不銹鋼的鈍化膜有較強(qiáng)腐蝕作用。

(4) 本次事故發(fā)生前，霧化空氣壓縮機(jī)在風(fēng)門關(guān)閉的狀態(tài)下運(yùn)行了較長時間，加大了葉片單方面受力。

處理措施：

(1) 把葉片和轉(zhuǎn)軸的材質(zhì)更換成2Cr13，提高其抗疲勞強(qiáng)度。

(2) 葉片豎槽直邊處加工倒圓角，減少葉片受到的應(yīng)力。

(3) 風(fēng)機(jī)啟動后，電機(jī)電流恢復(fù)正常，風(fēng)門要及時脫離小閥位狀態(tài)，盡量將風(fēng)門調(diào)整至正常生產(chǎn)位置。嚴(yán)禁在風(fēng)機(jī)啟動后長時間關(guān)閉風(fēng)門。

(4) 風(fēng)機(jī)在啟動過程中，主控要聯(lián)系現(xiàn)場崗位確認(rèn)風(fēng)機(jī)振動情況。

(5) 改造霧化風(fēng)機(jī)防喘振系統(tǒng)控制方式，在造粒機(jī)保料運(yùn)行、排料、返料等情況下，通過手動打開出口放空閥方式控制出口壓力，同時保證入口風(fēng)門保持一定開度。

經(jīng)過以上措施后，霧化空氣壓縮機(jī)進(jìn)口導(dǎo)葉運(yùn)行良好。

2.2 霧化空氣加熱器結(jié)垢變形

2017年12月，工藝人員發(fā)現(xiàn)霧化空氣換熱器蒸汽控制閥在自控狀態(tài)下逐漸開大。特別是環(huán)境溫度低時，即使蒸汽控制閥在全開狀態(tài)下，仍然不能滿足工藝需求。為了使霧化空氣溫度達(dá)到129～135 ℃，工藝人員采取了在蒸汽控制閥全開的情況下，同時開蒸汽控制閥副線閥來調(diào)節(jié)溫度，可以滿足生產(chǎn)需要。1個月后，全開蒸汽主線和副線閥，霧化空氣溫度在白天氣溫升高時可以達(dá)標(biāo)；到晚上環(huán)境溫度下降時，必須開蒸汽冷凝液疏水器副線來提高溫度，導(dǎo)致蒸汽直接進(jìn)入中壓冷凝液管線中，造成管線帶動蒸汽冷凝液儲槽一起晃動，為裝置安全運(yùn)行埋下較大隱患。

2018年3月，尿素裝置計(jì)劃停車檢修，安排對霧化空氣加熱器檢修。將霧化空氣加熱器吊到地面后，檢查發(fā)現(xiàn)換熱管存在大量結(jié)垢現(xiàn)象(見圖2)，導(dǎo)致?lián)Q熱效率嚴(yán)重下降，無法滿足工藝需求[3]。分析原因如下：

圖2 霧化空氣加熱器換熱管結(jié)垢

(1) 霧化空氣進(jìn)口濾網(wǎng)破損，空氣中粉塵進(jìn)入風(fēng)道中，導(dǎo)致加熱器表面翅片結(jié)垢。

(2) 風(fēng)機(jī)進(jìn)出口管線及進(jìn)口消音器、過濾器固定殼體材質(zhì)都是碳鋼。由于使用年限過久，表面防腐層脫落后生銹，部分鐵銹脫落后附著在加熱器翅片上。

(3) 該加熱器位于距地面10 m高的位置，沒有觀察孔，日常檢查維護(hù)不方便。大修期間用水射流對加熱器進(jìn)行清洗，清洗不徹底。隨著設(shè)備運(yùn)行時間延長，加熱器結(jié)垢情況越來越嚴(yán)重，最終導(dǎo)致霧化空氣溫度難以達(dá)標(biāo)。

處理措施：

(1) 將設(shè)備吊到地面，先用水射流清洗翅片表面附著物。

(2) 把加熱器放到上方敞口的儲槽內(nèi)，加入公用水和高級空調(diào)設(shè)備翅片洗滌劑，浸泡1 h左右，將洗滌液排放到清污分流系統(tǒng)內(nèi)，避免污染環(huán)境，最后用清水將加熱器沖洗干凈。

(3) 加強(qiáng)日常維護(hù)，發(fā)現(xiàn)進(jìn)口濾網(wǎng)故障后及時更換。

(4) 采購新備件，將風(fēng)機(jī)進(jìn)口消音器、過濾器固定殼體的材質(zhì)更換成不銹鋼。

(5) 更換風(fēng)機(jī)進(jìn)口空氣過濾器，采用精密度更高的空氣過濾器，進(jìn)一步減少進(jìn)入風(fēng)機(jī)的空氣粉塵量。

2018年4月，尿素裝置恢復(fù)正常生產(chǎn)，霧化空氣加熱器蒸汽調(diào)節(jié)閥恢復(fù)到正常閥位，霧化空氣溫度達(dá)標(biāo)。

2.3 霧化空氣壓縮機(jī)油冷器換熱效果差

霧化空氣壓縮機(jī)潤滑油系統(tǒng)由油箱、主輔油泵、油冷卻器、油過濾器等組成。其流程為：油箱→油泵(P155/P156)→油冷器→油過濾器→進(jìn)入各潤滑點(diǎn)。潤滑油系統(tǒng)流程見圖3。

T-155—油箱； P-155—主油泵； P-156—輔油泵； E-154A/B—油冷器； S-154A/B—油過濾器； L-150—造粒機(jī)； K-151—霧化空氣壓縮機(jī)。

正常情況下，工藝人員控制霧化空氣壓縮機(jī)潤滑油溫度為45 ℃。2019年后，潤滑油溫度逐漸超出正?？刂品秶?，最高達(dá)到69 ℃，導(dǎo)致霧化空氣壓縮機(jī)止推軸承溫度最高達(dá)到79 ℃。當(dāng)止推軸承溫度為110 ℃時，K151聯(lián)鎖跳車。

原因分析：

(1) 裝置停車檢修時，對油冷器(E-154A/B)解體時發(fā)現(xiàn)，列管結(jié)垢銹蝕嚴(yán)重(見圖4)，導(dǎo)致?lián)Q熱效率嚴(yán)重下降，無法滿足工藝需求[4]。

圖4 油冷器換熱管結(jié)垢銹蝕

(2) K151油冷器循環(huán)水側(cè)處于裝置末端，油冷器冷卻水進(jìn)出口壓差小，冷卻水流速慢，換熱效率低。

(3) 雖然大修期間用水射流對油冷器進(jìn)行清洗，但清洗效果不佳，隨著設(shè)備運(yùn)行時間的延長，加熱器結(jié)垢情況越來越嚴(yán)重。

處理措施：

(1) 當(dāng)霧化空氣壓縮機(jī)止推軸承溫度達(dá)到78 ℃時，工藝人員對油冷器循環(huán)水側(cè)采用正沖或反沖的方式，加快循環(huán)水流速，提高換熱效率。溫度下降5 ℃時，停止正沖或反沖作業(yè)。

(2) 對油冷器循環(huán)水側(cè)進(jìn)行改造，從循環(huán)水回水總管接一根管線引至附近污水井，當(dāng)潤滑油溫度高時，采用連續(xù)排放循環(huán)水的方式，提高換熱效率，降低潤滑油溫度。

(3) 加快推進(jìn)油冷器更新?lián)Q代速度，采購新?lián)Q熱器。

通過以上措施，霧化空氣壓縮機(jī)潤滑油溫度處于可控范圍。

3 其它改造

為了進(jìn)一步保證霧化空氣壓縮機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行，工藝人員還進(jìn)行以下改造。

(1) 對電機(jī)溫度聯(lián)鎖進(jìn)行改造，繞組溫度聯(lián)鎖從3選1變成3選2，前后軸溫度從單點(diǎn)聯(lián)鎖變成2選2，避免溫度誤報造成霧化空氣壓縮機(jī)跳車。

(2) 對開停方式進(jìn)行聯(lián)鎖更改，設(shè)定為霧化空氣壓縮機(jī)停運(yùn)時出口放空閥自動全開。出口放空閥開度在95%以上時，霧化空氣壓縮機(jī)才具備允許啟動條件。

(3) 針對溫度探頭端子容易銹蝕導(dǎo)致誤報情況，將金屬端子更換成陶瓷端子，進(jìn)一步保證溫度的可控性。

(4) 對霧化空氣壓縮機(jī)防護(hù)頂棚進(jìn)行改造，增強(qiáng)防水功能，避免雨水進(jìn)入潤滑油系統(tǒng)損壞儀表附件；同時將霧化空氣壓縮機(jī)開關(guān)按鈕移至空曠區(qū)域，方便工藝人員操作。

4 改造效果

經(jīng)過以上相關(guān)改造，目前霧化空氣壓縮機(jī)運(yùn)行良好，有效保證了造粒裝置安全穩(wěn)定運(yùn)行。

5 結(jié)語

對霧化空氣壓縮機(jī)故障的原因進(jìn)行分析，并對其進(jìn)行更新改造。一系列措施對維護(hù)好霧化空氣壓縮機(jī)有一定的指導(dǎo)意義，進(jìn)一步保證了裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行。