空分裝置的診斷與評估

李 楠

(中國空分設備有限公司,浙江杭州 310004)

空分裝置的診斷與評估

李 楠

(中國空分設備有限公司,浙江杭州 310004)

闡述了對空分裝置進行診斷和評估的必要性,并在數據收集、數據分析、評估結論下定幾個環節提出自己的看法,在數據分析階段,歸納整理了對空分裝置進行診斷和評估的一些考量點。

空分裝置;診斷;評估;分析

1 序言

我國空分行業經過幾十年的發展,空分流程先后經歷了鋁帶蓄冷器凍結高低壓空分流程(簡稱第一代空分)、石頭蓄冷器凍結全低壓空分流程(簡稱第二代空分)、切換式換熱器凍結全低壓空分流程(簡稱第三代空分)、常溫分子篩凈化全低壓空分流程(簡稱第四代空分)、常溫分子篩凈化增壓膨脹空分流程(簡稱第五代空分)、常溫分子篩凈化填料塔全精餾制氬流程(簡稱第六代空分)。

隨著空氣分離技術的不斷完善發展,我國的空氣分離設備也向能耗更低、操作更自動化、更安全可靠、規模更大的方向前進。目前,在一些制氧廠,我們可以同時見到不同時代不同空分流程的空分設備。其中一些空分設備運行了十幾年到幾十年不等。為了滿足制氧廠對氣體需求量的變化,這些空分設備仍在服役中。而這些在役的空分設備,不同程度的存在有流程落后、設備老化、故障頻繁、安全隱患多、維護費用高、儀控落后、產品產量低、質量差等問題。一些存在問題的空分裝置始終沒有進行過全面系統的診斷。

氧氣廠需要對這些設備的運行現狀、設備運行可靠性、安全性有全面認識,并適時對這些服役空分從多角度進行診斷及評估,這將有利于氧氣廠根據評估內容對在役空分做適當的處理意見,在節能減排、安全生產的大環境下,使這些空分裝置更加安全可靠、更加節能地為氧氣廠服務。

2 空分裝置診斷、評估的步驟

2.1 資料收集、數據采集

在對空分裝置進行診斷評估前,應首先做好資料收集、數據采集等工作,同時應保證數據真實。綜合各種數據和歷史現象對所收集的資料、采集的數據進行分析、甄別,進行理性客觀的篩查,選取符合事實情況并能夠反映裝置設計狀態下運行情況的數據進行分析,摒除可能由于儀表存在誤差或裝置非正常運行等情況下記錄的不合理數據,防止這些數據影響評估結果,做出不符合實際情況的評估意見。

①查閱空分裝置的供應商及其投產時間,通過廠家提供的隨機資料中的圖紙和文件了解原始設計的基本技術數據。②查閱空分裝置歷史改造記錄,了解其改造時間、改造原因、改造內容以及改造效果。③查閱歷史中修、大修記錄,從維修記錄中了解空分裝置的故障頻繁發生點,潛在的安全隱患,維修頻率以及維修費用,分析其投入與產出。④收集空分裝置的運行操作數據以及機器運行操作數據,并對這些數據進行甄別,選取有代表性、合乎情理、能夠反映裝置設計狀態下運行情況的數據進行分析。可以了解空分裝置在各個階段的裝置及設備性能,包括空分裝置的精餾能力以及機器的效率等。

2.2 空分裝置的診斷和評估

對所采集的有效數據進行分析,并全方位對空分裝置進行評估和診斷。評估和診斷應從從工藝流程、配套設備性能、設備運行可靠性、安全性、經濟性等方面進行。

2.2.1 對機組的工藝流程進行評估分析

了解空分裝置為第幾代空分,是否屬于國家產業結構調整中限制類或淘汰類的一種;裝置原始設計的基本技術數據,包括加工空氣量、產品產量、產品純度、加工空氣壓力等;空分裝置的流程組織形式及特點;例如:空氣中水分、CO2用何種方式去除,切換周期及切換損失如何,不同流程的流程組織及設備配置以及配管簡單還是復雜,裝置輸送氣產品的能力,膨脹機是否回收膨脹功,裝置氧提取率及能耗,操作是否方便、是否能滿足節能減排的要求等。

2.2.2 機組的設備配置性能評估分析

了解空分裝置原始設計的各配套機組的技術參數、結構、作用;各個配套設備的性能如何。例如:過濾器的結構、過濾阻力及過濾效果;壓縮機實際運轉的效率,級間冷卻器冷卻效果,水量消耗;預冷系統能否將空氣冷卻至設計值,空冷塔作為壓力容器經過長期運行、腐蝕,是否能夠保證安全運行,空冷塔內部結垢或銹蝕是否降低了設備處理空氣的能力;空氣中水分及CO2是否能去除到規定值;膨脹機的效率如何,制冷效果能否滿足生產所需的冷量需求;精餾塔的效率是否達到設計值,產品純度及產量能否達到設計值,精餾塔的阻力值是否變大,氬系統能否正常運行,氬產量是否達到設計值,換熱器是否有偏流現象,熱端溫差、換熱效果如何;容器設備、閥門是否存在泄漏等非正常現象等等。

2.2.3 機組的設備運行現狀診斷分析

結合現階段的數據分析結果以及歷年改造和維修記錄,對機組現階段的運行狀態進行分析,充分考慮改造和維修記錄中的有關措施對機組運行造成的影響和后果。例如:過濾器的效果是否影響空壓機的正常運行;壓縮機的故障及維修是否頻繁,是否能安全穩定長期運行,壓縮能力如何,能耗如何,機器的振動、軸溫等是否在正常范圍內,機器備品、備件的采購是否有保證等;預冷系統是否能將空氣冷卻至設計值,換熱是否均勻,塔板或填料是否有結垢老化等現象、以往的維修記錄中是否發現容器壁厚變薄的情況等;不同的流程組織形式有不同的設備實現空氣中水分、CO2及碳氫化合物的去除,這些設備是否存在問題;膨脹機的效率如何,制冷效果能否滿足生產所需的冷量需求等;分餾塔產品的產量和純度能否達到設計值,液空吸附器、安全排放量等空分裝置安全措施是否到位,板式是否有偏流、阻力增加、熱端溫差增大、泄漏等現象,冷箱內閥門是否有銹蝕,密封不嚴及結霜現象,塔內儀表管、溫度計插座、法蘭連接處是否有泄漏現象,冷箱內是否有應力過大而導致管道變形的現象等;儀電控是否存在設備老化,維護量大的問題,空分裝置的在線故障、報警、記錄功能是否完善,各類開關是否靈活,接線端子接觸是否良好,電磁閥可靠性如何,調節閥等操作是否靈活,電器組件是否有老化現象,是否存在安全隱患等。空分裝置存在的問題中,有一些是可以暫不處理的,有一些是需要處理的,有一些是無法處理的。應區別對待這些問題,并與處理成本和處理效果共同考慮,以便做出正確的處理意見。

2.2.4 從安全、環保要求對制氧機組進行評估分析

2.2.4.1 壓力容器

查閱當地特種設備監督檢驗所對壓力容器的檢驗報告,了解各壓力容器的安全情況等級評定級別。必要時可對有條件的壓力容器進行隨機壁厚檢測。

2.2.4.2 壓力管道診斷

壓力管道曾經出現的安全問題、分析存在的潛在的安全隱患。

2.2.4.3 噪聲及廢水、廢氣

空分設備的噪音來源是壓縮機及氣體排放。評估中可對機器廠房、主要氣體排放處以及中央控制室進行噪聲測量,空分裝置中央控制室的噪聲應符合GBJ87的規定,不高于60 dB。空分設備的危害廢氣主要是污氮氣以及氮氣的放空氣體,它可使人窒息,甚至死亡。評估中可注意這些有害廢氣是否進行安全集中排放,排放高度是否符合標準要求。

空分設備的廢液主要來自空分停車時的低溫液體。低溫液體直接排放能造成人身安全隱患,另外低溫液體蒸發會產生大量的煙霧,富氧液體蒸發產生的煙霧有一定的危險性。評估中應注意空分設備是否配備液體排放坑、噴射蒸發器等,排放高度是否安全。

2.2.4.4 安全隱患及安全事故

診斷空分裝置曾經出現的安全問題、分析存在的潛在的安全隱患。例如:壓縮機的控制對喘振的處理是否能及時準確,是否有振動超標、開停頻繁等問題,有沒有可能導致轉子開裂等安全事故的問題存在,壓縮機故障處理后是否存在機組部件不匹配的情況等;空分設備是否曾經發生過微爆,是否還存在主冷爆炸的安全隱患,空氣進入分餾塔前是否能夠將水分、CO2和碳氫化合物去除,是否長期排放安全排量的液氧,是否有主冷碳氫化合物的在線監測和報警等;加氫除氧制氬系統(如果有)需要配置制氫站,為一級危險源,因此對運行、檢修方面要求特別嚴格。儀控系統的儀表臺件、部件及各類開關甚多,相互連接十分復雜,任何環節的動作有誤都會形成故障點。要注意接線端子是否有腐蝕;電磁閥可靠性是否降低;控制閥等是否有調節不靈,切斷不力,是否引起聯鎖系統誤動;電氣設備是否有老化現象等。

2.2.5 技術經濟指標綜合分析

2.2.5.1 氧提取率和單位能耗

從空分裝置的運行操作數據以及機器運行操作數據計算出空分裝置的氧提取率和空分設備單位能耗:

空分設備的能耗主要來自于壓縮機。從壓縮機的運行數據中我們可以得到壓縮機所配備電機的有功功率:

P=U×I×1.732×功率因數×電機效率

其中,功率因數和電機效率可以從電機銘牌上獲得。

壓縮機的軸功率:

其中Vm,加工空氣量;T,進口溫度,K。

根據有功功率和壓縮機軸功率的計算公式,可得到壓縮機的綜合效率,綜合效率也能夠反映壓縮機的運行能耗高低。

也可以從空分裝置的氧氣分離能耗上更加直觀的反應其單位能耗:

空分裝置總能耗包括壓縮機(不包括產品壓縮機)能耗、水泵能耗、液體泵能耗等用電能耗。

2.2.5.2 效益分析

根據上述計算結果,計算空分裝置全年電耗(包括產品壓縮能耗)及每年電費,與空分裝置全年的產品價值相比,分析其全年毛利。

2.2.5.3 維修費用及人工成本

結合空分裝置以往的維修記錄、維修費用、實際運行中維護人員配備、裝置故障頻繁程度等估算其全年維修費用和人工成本,并與空分裝置全年毛利相比較。

2.3 評估結論的下定

針對上述分析結果,應對空分裝置做相應的評估結論。評估結論應立足氧氣廠的實際情況和用氧需求,針對空分裝置存在的問題以及潛在的隱患,重點考慮生產安全,結合投入和產出的經濟效益,做出針對部機或者整個空分裝置的改造或維修或報廢等不同的評估結論。

3 結束語

安全穩定、高效節能是每套空分裝置運行的目標。隨著空分技術的不斷發展,空分裝置的各配套設備的技術水平也在不斷提高,總體更加安全環保,更加節能,運行成本更低,自動化程度更高。與此同時,一些長期運行的中早期空分裝置也更加凸顯出其運行中的各種問題,設備管理者只有充分認識每一套空分的性能,并適時對其進行診斷和評估,才能使這些空分更加安全可靠更加節能地為氧氣廠服務。

TQ051.8

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1003-3467(2010)18-0056-03

2010-07-21

李 楠(1980-),女,工程師,從事空分設計工作,電話:13757159612。