6000 m3制氧機(jī)空氣/污氮?dú)忸A(yù)換熱器故障分析與處理

付常軍

（西寧特殊鋼公司能源分廠，青海西寧810005）

6000 m3制氧機(jī)空氣/污氮?dú)忸A(yù)換熱器故障分析與處理

付常軍

（西寧特殊鋼公司能源分廠，青海西寧810005）

西寧鋼廠發(fā)生一起由于空氣/污氮?dú)忸A(yù)換熱器泄漏導(dǎo)致的制氧機(jī)停機(jī)事故，介紹了故障經(jīng)過，詳細(xì)分析了事故原因，提出了處理措施。

空氣/污氮?dú)忸A(yù)換熱器；泄漏；分析；處理

1 前言

西寧特殊鋼公司6000 m3/h制氧機(jī)是開封空分集團(tuán)制造生產(chǎn)，流程為分子篩預(yù)凈化，全精餾無氫制氬，于2000年10月1日建成投產(chǎn)，運(yùn)行期間一直比較穩(wěn)定，近期連續(xù)發(fā)生了2次運(yùn)行時間只有4個月左右被迫停產(chǎn)系統(tǒng)加熱的情況，給公司的生產(chǎn)運(yùn)行產(chǎn)生了很大的影響，筆者針對產(chǎn)生的原因進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，徹底解決了問題。

2 工藝流程簡介

原料空氣在袋式過濾器（AF）中除去灰塵和機(jī)械雜質(zhì)后，進(jìn)入空氣透平壓縮機(jī)（ATC）壓縮，然后通過空氣預(yù)換熱器（E）換熱后從空氣冷卻塔（AC）的下部進(jìn)入，從頂部出來進(jìn)入交替使用的分子篩吸附器（MS）吸附掉空氣中的水分、二氧化碳、乙炔和碳?xì)浠衔锏入s質(zhì)，凈化后的空氣進(jìn)入分餾塔內(nèi)制取合格的氧氣、氮?dú)?、氬氣和污氮。從塔?nèi)引出的污氮一部分通過空氣預(yù)換熱器換熱后進(jìn)入電加熱器作為分子篩再生氣體，其余氣體送入水冷卻塔（流程簡圖如圖1）。

空氣預(yù)換熱器主要參數(shù)如表1。

表1 空氣預(yù)換熱器主要參數(shù)

3 故障經(jīng)過

2013年7月2日由于對6000 m3/h制氧供電系統(tǒng)線路進(jìn)行切換倒閘工作而臨時停機(jī)。11：00當(dāng)班操作員按照停機(jī)操作規(guī)程工序進(jìn)行了正常的停機(jī)操作，并關(guān)閉相應(yīng)的閥門。到18：10分啟動空壓機(jī)，順利啟車后，按照操作規(guī)程逐步向分子篩系統(tǒng)導(dǎo)氣，當(dāng)壓力穩(wěn)定后打開空氣進(jìn)主換熱器閥門，將空氣送入精餾塔進(jìn)行調(diào)純操作。到23：00氧氣純度合格并啟動氧氣壓縮機(jī)供氣，氧氣產(chǎn)量4500 m3/h。3日2：00，操作員發(fā)現(xiàn)氧氣主換熱器的中部溫度下降，自2：00到6：00期間中部溫度由-105℃下降到-147℃，熱端溫度同時也在下降?？諝饧庸ち坑?2000 m3/h降低到28300 m3/h，在此情況下，操作員只能縮減氧氣產(chǎn)量至3000 m3/h。到3日7：00，氧換熱器的中部溫度已經(jīng)下降到-157℃。我們對兩組分子篩吸附器使用的全過程進(jìn)行了檢測，發(fā)現(xiàn)每次新切換使用的一組二氧化碳明顯升高，達(dá)到檢測儀表的最大值6×10-6，同時做了氧換熱器強(qiáng)制換熱的操作后，工況依然沒有好轉(zhuǎn)，被迫停機(jī)大加熱（氮?dú)夂臀鄣獨(dú)鈸Q熱器的中部溫度正常，在-110℃左右）。

圖1 工藝流程圖

4 原因分析與處理

結(jié)合2013年2月25日6000 m3/h制氧機(jī)運(yùn)行工況惡化，氧主換熱器中部溫度下降，反映空氣通道堵塞，26日采用強(qiáng)制換熱和縮短切換周期的辦法，效果不明顯工況繼續(xù)惡化。檢查空氣進(jìn)冷箱閥門和氧氣閥門無堵塞現(xiàn)象后，被迫停機(jī)加溫（停機(jī)時氮?dú)?、污氮?dú)鈸Q熱器的中部溫度指示正常）。重點(diǎn)對1#分子篩使用時進(jìn)行了化驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)1#分子篩后二氧化碳含量嚴(yán)重超標(biāo)達(dá)到10×10-6。初步判斷為兩組分子篩中的1#失效（2#分子篩由于2012年10月份進(jìn)水進(jìn)行了更換但沒有換1#分子篩，故有此判斷），并在3月3日更換了1#分子篩，加熱吹掃到露點(diǎn)合格后停機(jī)備用。到3月16日14：00啟動6000 m3/h制氧機(jī)，運(yùn)行工況基本正常。到2013年7月2日只有短短的4個月，分子篩吸附不良導(dǎo)致氧主換熱器通道堵塞?，F(xiàn)象與前次基本相同，也是氮?dú)鈸Q熱器、污氮?dú)鈸Q熱器的中部溫度基本正常，只有氧氣換熱器中部溫度異常。由于停機(jī)前通過對兩組分子篩吸附器的檢測，初步懷疑是空氣預(yù)換熱器發(fā)生泄漏，通過對各項(xiàng)工藝控制的逐一排查，并重點(diǎn)對預(yù)熱器進(jìn)行了保壓試驗(yàn)，以確認(rèn)是否泄漏。保壓時間計劃控制在24 h計算殘留率。在實(shí)際的保壓試驗(yàn)中，空氣通道進(jìn)行密閉后沖入氮?dú)?，壓力控制?.6 kg/m2，保壓時間在2 h內(nèi)壓力已經(jīng)下降到0.1 kg/m2，確認(rèn)預(yù)熱器泄漏。本次停機(jī)溫度變化導(dǎo)致預(yù)換熱器的泄漏量有所增加也是原因之一。查找事故的起因應(yīng)不排除任何一種可能，有關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)、設(shè)備、部件、儀表、儀控等都要進(jìn)行仔細(xì)的判斷，從而篩選出問題聚焦點(diǎn)，最終找出問題，解決問題。預(yù)熱器泄漏，必將導(dǎo)致三組換熱器的空氣通道全部有堵塞現(xiàn)象，而實(shí)際只有氧氣換熱器的空氣通道阻力增加明顯，給我們分析問題、判斷問題帶來了很大的影響。由于空氣/污氮?dú)忸A(yù)換熱器泄漏，空氣壓力遠(yuǎn)大于污氮?dú)?，?dǎo)致部分空氣串入加熱用污氮?dú)庵校刮鄣獨(dú)夂兴?、二氧化碳，?dǎo)致分子篩加熱活化沒有達(dá)到預(yù)期的效果，使入塔空氣含有微量水分和二氧化碳，致使主換熱器通道堵塞（水分在0℃、二氧化碳在-140℃低溫下被凍結(jié)為固體，留存在換熱器空氣通道的翅片內(nèi)形成堵塞）。更換新購的預(yù)換熱器之后，于2013年8月3日啟動運(yùn)行機(jī)組到目前將近1年時間各項(xiàng)指標(biāo)正常。

5 經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

（1）由于2012年10月份分子篩帶水事故，只更換了2#分子篩，沒有更換1#分子篩，而工作中同樣發(fā)現(xiàn)1#分子篩工作中二氧化碳含量總是超標(biāo)，三組換熱器中只有氧氣換熱器的中部溫度異常下降，氮?dú)?、污氮?dú)獾膿Q熱器中部溫度基本正常，故沒有著重考慮預(yù)熱器的泄漏問題。事故定性為一組分子篩失效，采取更換措施。

（2）全低壓分子篩流程的制氧機(jī)，導(dǎo)致主換熱器通道堵塞，原因就是前端的分子篩工作出現(xiàn)故障。分子篩肩負(fù)著清除空氣中水分、二氧化碳、乙炔的艱巨任務(wù)。如何使分子篩吸附器正常工作是保證制氧機(jī)長期穩(wěn)定運(yùn)行的根本。

（3）設(shè)計中為充分利用熱能，在污氮?dú)膺M(jìn)入分子篩吸附器之前，配置一臺空氣/污氮?dú)忸A(yù)換熱器，利用空氣溫度108℃對返流污氮?dú)膺M(jìn)行換熱升溫至70℃后進(jìn)入分子篩吸附器的電加熱器中繼續(xù)加溫，目的是節(jié)約電能。本次故障再次給我們在生產(chǎn)運(yùn)行過程中的問題判斷提出了新的課題，出現(xiàn)問題需要多方面分析討論，避免類似情況發(fā)生。

Analysis of Failures in the Air/W aste-nitrogen Pre-heat Exchanger of 6000 m3Oxygen Generator

FU Changjun
(TheEnergyPlantofXiningSpecialSteelCompany,Xining,Qinghai810005,China)

A breakdown of the oxygen generator caused by leakage in the air/waste-nitrogen pre-heat exchanger happened in Xining Steel.The whole course of the accident was introduced,causes of the accident were analyzed in detail and treatment measures were also put forward.

air/waste-nitrogen pre-heat exchanger;leakage;analysis;treatment

TB66

B

1006-6764(2014)12-0039-03

2014－07－25

2014－09－30

付常軍（1965－），男，本科學(xué)歷，工程師，現(xiàn)從事制氧、燃?xì)夂蜔崮艿倪\(yùn)行管理工作。