丁盼盼，王德勝

(榮盛集團(tuán)中金石化有限公司 浙江寧波 315000)

榮盛集團(tuán)中金石化有限公司空分裝置(KDONAr- 25000/30000/800)由四川空分設(shè)備(集團(tuán))有限責(zé)任公司成套設(shè)計(jì)，并由川空提供靜設(shè)備部件，關(guān)鍵動(dòng)設(shè)備部件則采用國外著名制造商進(jìn)口設(shè)備組裝配套。該裝置采用全低壓分子篩吸附凈化、增壓透平膨脹機(jī)制冷、全精餾無氫制氬和氧、氮內(nèi)壓縮流程，壓縮機(jī)組采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，采用DCS集散控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。

在裝置建成運(yùn)行階段，由于安裝質(zhì)量與設(shè)備誤差等因素，實(shí)際運(yùn)行指標(biāo)與設(shè)計(jì)指標(biāo)會(huì)有所偏差，通過調(diào)試可確定更合理、更穩(wěn)定的工藝指標(biāo)，以保證整體工況的穩(wěn)定。在運(yùn)行過程中，會(huì)出現(xiàn)各種意外事故而導(dǎo)致工況的不穩(wěn)定，通過初期的試運(yùn)行不斷發(fā)現(xiàn)和解決問題，減少事故出現(xiàn)的頻率，使空分裝置工況趨于穩(wěn)定。通過總結(jié)故障原因、優(yōu)化工藝操作，保證了空分裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性。

1 運(yùn)行故障

1.1 閥門故障

空分裝置所用液氮泵為進(jìn)口立式五級(jí)離心泵，從精餾塔下塔頂部抽出的液氮經(jīng)液氮泵加壓至4.2 MPa后分為2路：一路經(jīng)節(jié)流閥降壓至0.8 MPa后進(jìn)入高壓板式換熱器，與正流高壓空氣和正流膨脹空氣換熱，復(fù)熱至常溫后再送入0.8 MPa[8 000 m3/h(標(biāo)態(tài))]氮?dú)夤芫W(wǎng)；另一路經(jīng)節(jié)流閥降壓至4.0 MPa后進(jìn)入高壓板式換熱器，與正流高壓空氣和正流膨脹空氣換熱，復(fù)熱至常溫后送入4.0 MPa[2 000 m3/h(標(biāo)態(tài))]氮?dú)夤芫W(wǎng)。在正常工況下，通過液氮泵出口管線調(diào)節(jié)閥和管網(wǎng)進(jìn)口調(diào)節(jié)閥進(jìn)行流量調(diào)節(jié)。

4.0 MPa氮?dú)獬隹诠芫€調(diào)節(jié)閥為氣開式帶手輪氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，在事故狀態(tài)下處于關(guān)閉狀態(tài)。在實(shí)際運(yùn)行過程中，發(fā)現(xiàn)中壓氮?dú)獬隹诹髁考眲∠陆刀锌亻y門未動(dòng)作，現(xiàn)場(chǎng)檢查閥門開度發(fā)現(xiàn)處于全關(guān)狀態(tài)，中控操控氣動(dòng)閥無反應(yīng)，而氬餾分急劇升高，面臨氮塞風(fēng)險(xiǎn)。此時(shí)通過現(xiàn)場(chǎng)將氣動(dòng)閥打手動(dòng)的方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證氮?dú)馔馑土髁?，同時(shí)對(duì)氬系統(tǒng)減負(fù)荷處理，調(diào)整工況至正常狀態(tài)。

事后經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)閥芯凍結(jié)，導(dǎo)致閥門無法動(dòng)作，且后系統(tǒng)對(duì)4.0 MPa氮?dú)庥昧繙p少，管網(wǎng)壓力升高，導(dǎo)致無法排出足夠量的氮?dú)狻Ｊ鹿式鉀Q后，將去管網(wǎng)氣動(dòng)閥出口開大、管網(wǎng)壓力設(shè)定值提高，以保證足夠的放空量，防止出現(xiàn)氮?dú)夥趴樟客蝗粶p少而導(dǎo)致氬系統(tǒng)的波動(dòng)。

氣動(dòng)開關(guān)閥不能正常動(dòng)作或動(dòng)作不到位的原因有電磁閥故障、執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障、閥體故障等。當(dāng)閥門不能正常動(dòng)作時(shí)，首先應(yīng)檢查氣源和空氣過濾器減壓閥出口壓力，再檢查電磁閥是否存在故障，最后檢查執(zhí)行機(jī)構(gòu)是否正常、閥芯是否存在問題，直至故障消除[1]。

1.2 安全閥故障

液氮泵的作用是為后續(xù)管網(wǎng)提供液氮?dú)饣蟮牡獨(dú)?，運(yùn)行時(shí)1開1備，備用泵低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。在調(diào)試階段發(fā)現(xiàn)2#液氮泵主泵出口排放管線上的安全閥根部螺栓和安全閥出口存在漏液現(xiàn)象，經(jīng)討論決定進(jìn)行倒泵處理，即待1#液氮泵負(fù)荷升至主泵狀態(tài)、2#液氮泵負(fù)荷接近最低時(shí)，用管鉗擰緊安全閥根部螺栓直至不再漏液，但安全閥突然起跳，噴出的液體打至冷箱板上并產(chǎn)生大量煙霧。由于大量的液氮沖擊至冷箱板上，造成冷箱碳鋼板凍裂，進(jìn)而導(dǎo)致珠光砂泄漏。事故原因：安全閥質(zhì)量存在問題，運(yùn)行過程中出現(xiàn)多處漏點(diǎn)，且起跳壓力校定存在偏差；安全閥設(shè)計(jì)不合理，安全閥出口采用向上設(shè)計(jì)，造成安全閥起跳時(shí)噴出的液體直接打在冷箱板上；操作人員在處理安全閥泄漏時(shí)未關(guān)閉2#液氮泵出口閥，導(dǎo)致安全閥起跳時(shí)，2#液氮泵出口直接與1#液氮泵出口連通，造成1#液氮泵超負(fù)荷運(yùn)行。現(xiàn)場(chǎng)緊急關(guān)閉2#液氮泵出口閥，同時(shí)聯(lián)系維修人員對(duì)冷箱板進(jìn)行緊急補(bǔ)漏。

1.3 電氣故障

空分裝置運(yùn)行過程中曾多次出現(xiàn)電機(jī)接線燒損現(xiàn)象，其中較為嚴(yán)重的一次為液氮泵主泵三相接線燒毀，導(dǎo)致液氮泵停止運(yùn)行，所幸備泵及時(shí)啟動(dòng)，避免了工況的波動(dòng)。

為避免電氣故障造成的損失，應(yīng)合理安裝接地線，保證電機(jī)保護(hù)措施的完善可靠。常用的電氣保護(hù)包括短路保護(hù)、過載保護(hù)、斷相保護(hù)等[2]。短路保護(hù)常使用熔斷器進(jìn)行電機(jī)保護(hù)，當(dāng)電路發(fā)生短路時(shí)可迅速可靠地切斷電源，避免短路電流的沖擊而造成電機(jī)損傷，但靈敏度不高，需達(dá)到熔斷器動(dòng)作電流值后動(dòng)作，易出現(xiàn)選型錯(cuò)誤。過載保護(hù)是在設(shè)備負(fù)載過大時(shí)，電源設(shè)備自動(dòng)斷電的一種保護(hù)措施，用于防止電線過載造成絕緣老化而引起的事故。斷相保護(hù)是為防止多相電路的一相導(dǎo)線中電流消失而采取的一種保護(hù)方式，化工生產(chǎn)中所使用的電氣設(shè)備多采用三相交流電，設(shè)置斷相保護(hù)可以防止因出現(xiàn)缺相而造成的電機(jī)損壞。

1.4 儀表故障

隨著自動(dòng)化程度的不斷提高，化工儀表在化工生產(chǎn)中的重要性不斷增大，化工生產(chǎn)的便捷與穩(wěn)定離不開儀表的準(zhǔn)確測(cè)定及處理。儀表指示出現(xiàn)異常現(xiàn)象一般包含2種因素：一種是工藝異常，此時(shí)儀表反映了工況真實(shí)的不穩(wěn)定性；二是儀表異常，此時(shí)儀表反饋的結(jié)果與實(shí)際工藝狀況不符。因此，對(duì)儀表指示異常的準(zhǔn)確判斷尤為重要。在工況穩(wěn)定的前提下若出現(xiàn)儀表故障，極易引發(fā)聯(lián)鎖而導(dǎo)致發(fā)生停車事故。

一般現(xiàn)場(chǎng)儀表易出現(xiàn)故障，空分裝置在調(diào)試階段曾多次出現(xiàn)與儀表故障相關(guān)的問題，其中空壓機(jī)放空閥本體喘振全開、膨脹機(jī)導(dǎo)葉調(diào)節(jié)故障關(guān)閉等均引發(fā)了空分系統(tǒng)的聯(lián)鎖停車；氧泵回流閥定位器異常導(dǎo)致氧泵出口流量波動(dòng)較大，造成后系統(tǒng)工況不穩(wěn)；空壓機(jī)電機(jī)軸承溫度儀表測(cè)點(diǎn)受干擾導(dǎo)致溫度反饋值波動(dòng)較大；分子篩順控程序儀表故障導(dǎo)致分子篩吸附器暫停運(yùn)行；氮純度分析管線存在漏點(diǎn)導(dǎo)致氮中氧含量過高等。

當(dāng)遠(yuǎn)傳儀表出現(xiàn)指示異常時(shí)，首先應(yīng)判斷是否為操作工況變化所引起，若儀表記錄指示顯示離線或波動(dòng)異常劇烈，則多為儀表系統(tǒng)出現(xiàn)故障，此時(shí)應(yīng)與現(xiàn)場(chǎng)儀表指示進(jìn)行對(duì)比。常見的儀表故障為信號(hào)管線堵塞或斷裂、信號(hào)源受干擾、儀表原件進(jìn)水失效等。在空分裝置安裝調(diào)試階段，主要以信號(hào)源受干擾較為常見。當(dāng)儀表信號(hào)源受干擾時(shí)，可通過改變信號(hào)接地方式、采用屏蔽電纜將干擾信號(hào)消除、改變信號(hào)傳送方式、將分析信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)4～20 mA直流信號(hào)等措施以增強(qiáng)抗干擾能力，但增大了設(shè)備投資[3]。

1.5 設(shè)備故障

空分裝置運(yùn)行負(fù)荷過高、運(yùn)行時(shí)間過長(zhǎng)，會(huì)出現(xiàn)一些常見問題，如后備液氮泵填料磨損、打量不正常、軸承斷裂、電機(jī)發(fā)熱異常等，均會(huì)影響后系統(tǒng)的正常運(yùn)行。出現(xiàn)此類故障的原因很多，除液氮泵本身質(zhì)量因素外，由于長(zhǎng)時(shí)間高負(fù)荷運(yùn)行，導(dǎo)致填料磨損嚴(yán)重；運(yùn)行后未進(jìn)行升溫處理，導(dǎo)致后備液氮泵凍結(jié)，下次啟動(dòng)時(shí)造成打量不穩(wěn)甚至不打量；由于工作介質(zhì)為液氮，溫度較低，啟動(dòng)時(shí)對(duì)軸承損害較大等。

2 工藝異常狀況

2.1 氧純度低

榮盛集團(tuán)中金石化有限公司的空分裝置向氣化裝置提供25 000 m3/h(標(biāo)態(tài))的氧氣，正常情況下氧純度維持在99.6%(體積分?jǐn)?shù))的工藝最低指標(biāo)。在調(diào)試階段，由于工況不穩(wěn)定，多次出現(xiàn)氧純度不合格的情況，其原因分析如下。

2.1.1 氬系統(tǒng)工況異常影響氧純度

在氬系統(tǒng)調(diào)試階段，當(dāng)粗氬Ⅰ塔底部回上塔液體流量控制過大時(shí)，會(huì)造成大量液氬進(jìn)入主冷液氧側(cè)而沒有得到充分汽化，導(dǎo)致液氧純度出現(xiàn)波動(dòng)。氬系統(tǒng)調(diào)試過程中還經(jīng)常出現(xiàn)氮塞現(xiàn)象，當(dāng)?shù)麌?yán)重時(shí)，由于無法及時(shí)將粗氬引至精氬塔或放空，造成粗氬Ⅱ塔底部液體增多，為維持液位穩(wěn)定，將此部分液體打回主塔，導(dǎo)致氧純度下降。

2.1.2 冷量過多導(dǎo)致氧純度降低

在空分裝置開車階段采用加大膨脹量增大主冷積液過程中，當(dāng)主冷液氧液面過高且未對(duì)膨脹空氣量作出相應(yīng)調(diào)整時(shí)，由于膨脹空氣量與進(jìn)塔空氣量的分配不均勻，導(dǎo)致主塔內(nèi)冷量過多、外送氣體量過少，造成下塔液空純度下降，而下塔精餾工況是保證上塔精餾正常的基礎(chǔ)[4]。調(diào)試初期需對(duì)下塔液空純度進(jìn)行分析，保證液空純度在指標(biāo)范圍內(nèi)，同時(shí)注意監(jiān)控下塔壓力與液空溫度的變化，定期進(jìn)行檢驗(yàn)分析。

2.1.3 氣化裝置變負(fù)荷操作對(duì)氧純度的影響

當(dāng)空分裝置負(fù)荷一定時(shí)，其進(jìn)塔空氣量及外送氣體量在一定范圍內(nèi)波動(dòng)。當(dāng)氣化裝置用氧量突然加大而未對(duì)空分裝置進(jìn)氣量進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整時(shí)，若外供氣體量超出此負(fù)荷下的彈性上限時(shí)，就會(huì)直接影響氧純度。在外供氧量增加時(shí)，須相應(yīng)增大空氣量，同時(shí)對(duì)膨脹機(jī)的膨脹量、高壓液空節(jié)流閥、增壓機(jī)各段出口壓力、液氮及污液氮節(jié)流閥等進(jìn)行調(diào)整，以保證工況穩(wěn)定。

2.2 低負(fù)荷下的氮塞

空分裝置為氣化裝置提供氧氣，若氣化裝置長(zhǎng)期不運(yùn)行時(shí)，為保證全系統(tǒng)氮?dú)獾恼９?yīng)，空分裝置必須降負(fù)荷繼續(xù)運(yùn)行。當(dāng)空分裝置處于最低負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)，在保持液氧純度合格的前提下，應(yīng)盡可能提高膨脹空氣量，以保持足夠的制冷能力，生產(chǎn)更多的液體產(chǎn)品。與此同時(shí)，膨脹空氣量的增大和進(jìn)塔空氣量的減少將使主塔溫度整體降低、上塔富氬區(qū)下移，導(dǎo)致氬系統(tǒng)進(jìn)氣量中含有大量氮組分，為避免氮塞，應(yīng)排出足夠量的氮?dú)夂臀鄣獨(dú)?，以保持氬餾分指標(biāo)在正常范圍內(nèi)。

空分裝置在負(fù)荷降低的同時(shí)，會(huì)對(duì)粗氬氣取出量進(jìn)行降負(fù)荷調(diào)節(jié)。榮盛集團(tuán)中金石化有限公司空分裝置滿負(fù)荷運(yùn)行工況下的粗氬氣取出量為800 m3/h(標(biāo)態(tài))，粗氬Ⅰ塔去粗氬Ⅱ塔總流量為27 000 m3/h(標(biāo)態(tài))。當(dāng)空分裝置降負(fù)荷時(shí)，僅減少了粗氬氣的取出量，運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)精氬冷凝器液位逐步升高，同時(shí)粗氬氣進(jìn)精氬塔流量出現(xiàn)波動(dòng)且波動(dòng)范圍逐步擴(kuò)大，精氬塔氮塞嚴(yán)重。為此，增大精氬塔頂部不凝氣排放閥開度以減輕氮塞，同時(shí)通過粗氬氣放空閥控制粗氬氣流量穩(wěn)定，以避免主塔和粗氬塔工況的波動(dòng)。

通過分析后發(fā)現(xiàn)，由于空分裝置負(fù)荷較低，在粗氬塔負(fù)荷未減小的情況下，進(jìn)入氬系統(tǒng)的氮含量較高，而氮?dú)獾姆悬c(diǎn)較低，無法冷凝回主塔而進(jìn)入精氬塔內(nèi)，同時(shí)精氬塔不凝氣放空閥開度過小，導(dǎo)致氮?dú)庵饾u在精氬塔冷凝器內(nèi)積累而無法排出，致使精氬塔冷凝側(cè)蒸發(fā)量減少、液位升高。

3 調(diào)試過程中的注意事項(xiàng)

3.1 冷狀態(tài)下快速啟動(dòng)

空分裝置在調(diào)試過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)停車事故，為縮短調(diào)試時(shí)間，停車處理故障后需在冷狀態(tài)下快速啟動(dòng)。停車后應(yīng)盡量保持主冷液面，保證足夠的冷量，減少重新啟動(dòng)時(shí)所需的積液時(shí)間。通過節(jié)流閥的調(diào)節(jié)，盡快得到合格的富氧液空。如得到的氧純度不高，可適當(dāng)降低上塔壓力，同時(shí)

在維持氮純度合格的情況下加大氮?dú)庖约拔鄣獨(dú)獾呐欧帕俊Ｔ谘跫兌日{(diào)節(jié)過程中，空氣進(jìn)氣量是關(guān)鍵，若進(jìn)氣量過小，則會(huì)延長(zhǎng)調(diào)節(jié)時(shí)間。除空壓機(jī)自身原因外，空氣進(jìn)氣量一般受主塔溫度和壓力影響，可通過增加膨脹空氣量來降低下塔溫度，提高下塔塔板積液量以增大熱空氣的進(jìn)氣量，加快液氧純度的調(diào)節(jié)。

3.2 分子篩吸附器故障處理

分子篩吸附器順控采用PLC程序，運(yùn)行期間影響因素較多，儀表、電氣故障及閥門開度和開關(guān)速度都會(huì)造成分子篩吸附器順控程序的暫停。順控程序若出現(xiàn)長(zhǎng)期暫停，將影響分子篩吸附器出口冷吹峰值，同時(shí)會(huì)引起分子篩吸附器出口空氣中CO2含量波動(dòng)。分子篩吸附器因故障暫停時(shí)間過長(zhǎng)時(shí)，為保證分子篩加熱再生完全，確保其冷吹峰值在80 ℃以上，可在加熱再生階段暫停順控程序，通過延長(zhǎng)加熱的完全再生時(shí)間以確保分子篩的完全再生。

3.3 氧泵切換操作

當(dāng)氣化裝置在運(yùn)行過程中需進(jìn)行倒泵操作時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制氧泵出口壓力，防止出現(xiàn)大幅波動(dòng)，以確保氣化爐的穩(wěn)定運(yùn)行。倒泵過程中會(huì)引起工藝氧氣的流量和壓力出現(xiàn)波動(dòng)，對(duì)氣化爐爐溫及氣體成分的影響較為明顯。空分裝置所供氧氣存在放空余量，可通過手動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)氣量來保持氣化工況的穩(wěn)定。

4 結(jié)語

空分裝置作為提供氧氣、氮?dú)饧皟x表空氣的裝置對(duì)后系統(tǒng)影響較大，在啟動(dòng)過程中應(yīng)盡快完成調(diào)試并投入運(yùn)行。在日常操作和維護(hù)中，應(yīng)嚴(yán)格遵守設(shè)備和工藝的操作與維護(hù)規(guī)范，確保裝置的穩(wěn)定性?？辗盅b置在調(diào)試階段會(huì)出現(xiàn)諸多問題及異常事故，應(yīng)嚴(yán)格按照操作方法和事故預(yù)案進(jìn)行處理，并不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，執(zhí)行最優(yōu)方案。

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