空氣壓縮機氣體出口溫度異常原因分析及處理措施

高 威，賈 丹，李艷芳，郭韶華

(河南能源開祥精細化工有限公司，河南 義馬 472300)

0 前言

開祥精細化工是2005年引進的KDONAr-28000/10000/1000型空分設(shè)備。采用深度冷凍法全低壓生產(chǎn)工藝進行空氣分離制取氧、氮、氬氣體。裝置將空氣壓縮機提供的加壓空氣，經(jīng)預(yù)冷、純化，利用膨脹制冷原理提供的冷量使空氣液化，在精餾塔內(nèi)根據(jù)各組分的沸點不同進行精餾，從而獲得所需的氧、氮、氬產(chǎn)品。由于空壓機組位于本流程的源頭，它的運行好壞直接影響到整個裝置的安全穩(wěn)定，是保證整個生產(chǎn)裝置穩(wěn)定的關(guān)鍵所在。

本廠空氣壓縮機是由汽輪機進行驅(qū)動的離心式壓縮機，簡稱空壓機?？諌簷C型號為RIK100-4(1+1+1+1)，由陜西鼓風(fēng)機廠制造?？諝饨?jīng)過四級壓縮，三段冷卻(內(nèi)置冷卻器)后，將加壓空氣送至空分裝置?？諌簷C氣體出口溫度設(shè)計97 ℃，自2016年開始空壓機氣體出口溫度經(jīng)常發(fā)生超溫現(xiàn)象，最高達到110 ℃左右。運行期間由于空壓機氣體出口溫度頻繁超溫，出現(xiàn)過空壓機平衡盤泄漏量增大、出口壓力低、氣量小，造成系統(tǒng)無法高負荷運行的情況。歷年檢修對空壓機拆檢也發(fā)現(xiàn)過空壓機平衡盤金屬軟密封(材質(zhì)為巴氏合金)融化變形的情況，嚴重影響系統(tǒng)負荷及機組安全運行。

1 超溫事件經(jīng)過及原因分析

本廠空壓機氣體出口溫度設(shè)計97 ℃，冬季正常運行期間，空壓機氣體出口溫度能夠控制在97 ℃以下，但夏季環(huán)境溫度高，經(jīng)常性發(fā)生超溫現(xiàn)象。2021年1月11—15日，空壓機氣體出口溫度由97 ℃上升至107.7 ℃。當(dāng)時大氣環(huán)境溫度-2～2 ℃，6臺循環(huán)水泵和9臺風(fēng)機運行，空壓機氣體出口溫度仍然出現(xiàn)嚴重超溫。冬季循環(huán)水系統(tǒng)正常啟動5臺泵7臺風(fēng)機，在相同負荷下與同期進行對比，發(fā)現(xiàn)此工況明顯異?！，F(xiàn)對影響空壓機氣體出口溫度的因素進行分析，主要有以下幾個方面。

1.1 內(nèi)置冷卻器翅片老化

2016年4月，空壓機的氣體出口溫度上升至104 ℃。同年5月大修期間，空壓機拆開后發(fā)現(xiàn)內(nèi)置冷卻器翅片老化嚴重，出現(xiàn)大量脫落現(xiàn)象。換熱器翅片間夾雜著大量粉末狀物質(zhì)，嚴重影響換熱器換熱效果。其中二、三級內(nèi)置冷卻器翅片老化最為嚴重，對其更換后空壓機氣體出口溫度降至94 ℃左右?？諌簷C共設(shè)有6個內(nèi)置冷卻器，目前已更換了其中5個。一級南側(cè)換熱器未更換，換熱效果較差，一定程度上影響空壓機氣體換熱。

1.2 內(nèi)置冷卻器水側(cè)存在氣體

空壓機換熱主要依靠內(nèi)置冷卻器循環(huán)水進行換熱，如果內(nèi)置冷卻器水側(cè)存在氣體，則影響換熱效果。對換熱器水側(cè)進行排氣后，氣體出口溫度未發(fā)生明顯變化。同時對換熱器進行了查漏，也未發(fā)現(xiàn)漏氣現(xiàn)象。本次空壓機氣體出口溫度快速上升，排除換熱器水側(cè)存在氣體的情況。

1.3 換熱器列管堵塞

根據(jù)歷年換熱器拆開清洗情況，發(fā)現(xiàn)經(jīng)常出現(xiàn)塑料袋、塑料片、水垢等雜物堵塞內(nèi)置冷卻器循環(huán)水進口列管的情況，造成進水量較小，影響換熱器換熱效果。由于機組運行期間，換熱器無法進行檢查和清洗，此次氣體出口超溫不排除換熱器進口堵塞的可能。

1.4 儀表問題

空壓機氣體出口溫度采用的是遠傳溫度進行監(jiān)控，信號在傳輸中可能受到干擾或線頭氧化，導(dǎo)致信號傳輸錯誤。經(jīng)電儀人員現(xiàn)場檢查和測溫，排除儀表故障。

1.5 換熱器循環(huán)水閥門故障

空壓機內(nèi)置冷卻器直排循環(huán)水池管線需進行檢修，工藝人員將三級內(nèi)置冷卻器回水切至循環(huán)水總管。由于回水閥門是球閥，長時間未進行操作，開關(guān)比較困難，在操作過程中工作人員存在暴力開關(guān)的情況。當(dāng)三級內(nèi)置冷卻器回水再次切為直排循環(huán)水池管線后，空壓機氣體出口溫度未發(fā)生下降情況，懷疑閥門開關(guān)不到位。中控人員觀察氣體出口溫度，現(xiàn)場人員對三級回水球閥進行檢查。經(jīng)過排查發(fā)現(xiàn)此閥門指示全開，而實際未全開。將此球閥恢復(fù)全開后，空壓機氣體出口溫度下降了1.5 ℃。由此可看出，循環(huán)水閥門開關(guān)不到位，也是影響換熱的因素之一。

1.6 空壓機負荷大

經(jīng)過對比近2個月空壓機數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)負荷對換熱器的換熱效果影響較小。自2021年1月11日開始，在同等負荷及氣量下，氣體進口溫度和循環(huán)水溫均下降，而氣體出口溫度不降反升，并呈逐步升高趨勢，同時凝汽器真空升高比較明顯。凝汽器和內(nèi)置冷卻器循環(huán)水為同一根總管，兩個換熱效果同時下降，說明是循環(huán)水或換熱器的問題，排除空壓機負荷大、氣量高對換熱器的影響。

1.7 循環(huán)水問題

空壓機換熱主要依靠循環(huán)水進行換熱，循環(huán)水溫度、壓力及水質(zhì)對內(nèi)置冷卻器換熱效果影響比較大。需要對換熱器換熱數(shù)據(jù)進行分析，對水溫、水壓及水質(zhì)進行排查。

由于空壓機操作畫面未設(shè)有循環(huán)水壓力監(jiān)控點，無法判斷循環(huán)水壓力是否有明顯變化。在6臺水泵正常運行的情況下，再啟動1臺循環(huán)水泵，提高循環(huán)水壓力，增大流速，觀察換熱器換熱效果。經(jīng)過實際觀察，循環(huán)水壓力提高后，換熱效果未發(fā)現(xiàn)好轉(zhuǎn)，排除循環(huán)水壓力低對換熱器的影響。

現(xiàn)場實測換熱器循環(huán)水的上水溫度在21 ℃左右，循環(huán)水溫度正常。通過對比循環(huán)水溫差，發(fā)現(xiàn)換熱器溫差略微下降，特別是三級內(nèi)置冷卻器下降比較明顯。從循環(huán)水溫差上可以判斷出，換熱器換熱效果下降，存在換熱器列管結(jié)垢的情況。數(shù)據(jù)對比見表1。

表1 換熱器循環(huán)水?dāng)?shù)據(jù)分析

從表1可以看出，內(nèi)置冷卻器和凝汽器真空均是從2021年01月11日開始出現(xiàn)換熱效果差，氣體出口溫度快速上升的情況。結(jié)合歷年出現(xiàn)過循環(huán)水水質(zhì)差，造成換熱器列管附有一層黑色黏稠狀物質(zhì)，換熱器換熱效果差，基本上可判斷出循環(huán)水水質(zhì)存在問題，造成兩臺不同的換熱器出現(xiàn)換熱能力下降的情況。

2 針對空壓機氣體出口超溫采取的措施

根據(jù)上述研究和分析，基本可以確認造成空壓機氣體出口溫度超溫的原因是循環(huán)水水質(zhì)問題。水質(zhì)惡化造成換熱器列管結(jié)垢，換熱效果差，引起空壓機氣體出口超溫?？諌簷C出口溫度已達107.5 ℃，如果溫度持續(xù)上漲，則很容易造成空壓機零部件損壞，空壓機被迫停車大修。如果停車處理，對公司生產(chǎn)經(jīng)營影響較大。

針對這一情況，采取措施如下：①打開空壓機內(nèi)置冷卻器回水就地直排導(dǎo)淋，降低循環(huán)水回水壓力，增大上回水壓差，提高換熱效果，降低空壓機氣體出口溫度。②對空壓機內(nèi)置冷卻器進行在線反洗。將空壓機內(nèi)置冷卻器循環(huán)水的上水閥門快速關(guān)閉，然后立即打開內(nèi)置冷卻器循環(huán)水的上水閥后就地導(dǎo)淋。利用循環(huán)水回水對內(nèi)置冷卻進行反沖洗，將內(nèi)置冷卻器內(nèi)雜物和水垢從就地導(dǎo)淋處沖洗出來。如果換熱器上水管線無就地導(dǎo)淋，可以聯(lián)系專業(yè)在線開孔隊伍進行帶壓開孔。③根據(jù)水垢及循環(huán)水分析指標(biāo)，合理地調(diào)整循環(huán)水藥劑的配方，加強殺菌力度，提高水垢剝離效果，減少微生物對換熱器的影響。本次主要添加的藥劑為非氧化殺菌滅藻劑、黏泥剝離劑，將循環(huán)水中的黏泥和菌藻分解和剝離。1月16日加藥后循環(huán)水電導(dǎo)率和濁度明顯增加，剝離效果較好，余氯含量逐漸上升。避免大量細菌的滋生，日常必須控制好余氯的含量，建議余氯的含量>0.2 mg/L。循環(huán)水?dāng)?shù)據(jù)對比如表2所示。

表2 2021年1月循環(huán)水水質(zhì)指標(biāo)對比

3 結(jié)果驗證

通過對空壓機內(nèi)置冷卻器進行在線反洗，換熱器排出大量黑色黏稠狀物質(zhì)和少量塑料?？諌簷C出口溫度由105.8 ℃立即下降至97.6 ℃，效果明顯。通過對污垢進行分析，發(fā)現(xiàn)主要是微生物過多產(chǎn)生的黑色粘泥。這些粘泥沉積在換熱器的列管表面，影響了傳熱效果。

在對循環(huán)水系統(tǒng)添加阻垢劑和剝離劑后，空壓機氣體出口溫度呈逐漸下降趨勢，達到設(shè)計值97 ℃以下。通過以上方法，驗證了因循環(huán)水水質(zhì)問題造成換熱器換熱效果差的情況，找出了空壓機氣體出口超溫的原因，證實了處理措施的及時有效性，保證了機組和生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

4 結(jié)束語

空壓機氣體出口溫度超標(biāo)，不僅影響空壓機負荷，同時易造成設(shè)備零部件損壞，嚴重制約生產(chǎn)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。工作人員必須做好日常數(shù)據(jù)收集，對出現(xiàn)的異常情況能及時分析原因，有針對性地排查處理，保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。