6000 m3制氧機空氣/污氮氣預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制氧機空氣/污氮氣預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）

西寧鋼廠發生一起由于空氣/污氮氣預換熱器泄漏導致的制氧機停機事故，介紹了故障經過，詳細分析了事故原因，提出了處理措施。

空氣/污氮氣預換熱器；泄漏；分析；處理

1 前言

西寧特殊鋼公司6000 m3/h制氧機是開封空分集團制造生產，流程為分子篩預凈化，全精餾無氫制氬，于2000年10月1日建成投產，運行期間一直比較穩定，近期連續發生了2次運行時間只有4個月左右被迫停產系統加熱的情況，給公司的生產運行產生了很大的影響，筆者針對產生的原因進行了系統的分析，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）中除去灰塵和機械雜質后，進入空氣透平壓縮機（ATC）壓縮，然后通過空氣預換熱器（E）換熱后從空氣冷卻塔（AC）的下部進入，從頂部出來進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、乙炔和碳氫化合物等雜質，凈化后的空氣進入分餾塔內制取合格的氧氣、氮氣、氬氣和污氮。從塔內引出的污氮一部分通過空氣預換熱器換熱后進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）。

空氣預換熱器主要參數如表1。

表1 空氣預換熱器主要參數

3 故障經過

2013年7月2日由于對6000 m3/h制氧供電系統線路進行切換倒閘工作而臨時停機。11：00當班操作員按照停機操作規程工序進行了正常的停機操作，并關閉相應的閥門。到18：10分啟動空壓機，順利啟車后，按照操作規程逐步向分子篩系統導氣，當壓力穩定后打開空氣進主換熱器閥門，將空氣送入精餾塔進行調純操作。到23：00氧氣純度合格并啟動氧氣壓縮機供氣，氧氣產量4500 m3/h。3日2：00，操作員發現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。空氣加工量由32000 m3/h降低到28300 m3/h，在此情況下，操作員只能縮減氧氣產量至3000 m3/h。到3日7：00，氧換熱器的中部溫度已經下降到-157℃。我們對兩組分子篩吸附器使用的全過程進行了檢測，發現每次新切換使用的一組二氧化碳明顯升高，達到檢測儀表的最大值6×10-6，同時做了氧換熱器強制換熱的操作后，工況依然沒有好轉，被迫停機大加熱（氮氣和污氮氣換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

結合2013年2月25日6000 m3/h制氧機運行工況惡化，氧主換熱器中部溫度下降，反映空氣通道堵塞，26日采用強制換熱和縮短切換周期的辦法，效果不明顯工況繼續惡化。檢查空氣進冷箱閥門和氧氣閥門無堵塞現象后，被迫停機加溫（停機時氮氣、污氮氣換熱器的中部溫度指示正常）。重點對1#分子篩使用時進行了化驗分析發現1#分子篩后二氧化碳含量嚴重超標達到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月份進水進行了更換但沒有換1#分子篩，故有此判斷），并在3月3日更換了1#分子篩，加熱吹掃到露點合格后停機備用。到3月16日14：00啟動6000 m3/h制氧機，運行工況基本正常。到2013年7月2日只有短短的4個月，分子篩吸附不良導致氧主換熱器通道堵塞。現象與前次基本相同，也是氮氣換熱器、污氮氣換熱器的中部溫度基本正常，只有氧氣換熱器中部溫度異常。由于停機前通過對兩組分子篩吸附器的檢測，初步懷疑是空氣預換熱器發生泄漏，通過對各項工藝控制的逐一排查，并重點對預熱器進行了保壓試驗，以確認是否泄漏。保壓時間計劃控制在24 h計算殘留率。在實際的保壓試驗中，空氣通道進行密閉后沖入氮氣，壓力控制在0.6 kg/m2，保壓時間在2 h內壓力已經下降到0.1 kg/m2，確認預熱器泄漏。本次停機溫度變化導致預換熱器的泄漏量有所增加也是原因之一。查找事故的起因應不排除任何一種可能，有關聯的系統、設備、部件、儀表、儀控等都要進行仔細的判斷，從而篩選出問題聚焦點，最終找出問題，解決問題。預熱器泄漏，必將導致三組換熱器的空氣通道全部有堵塞現象，而實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/污氮氣預換熱器泄漏，空氣壓力遠大于污氮氣，導致部分空氣串入加熱用污氮氣中，使污氮氣含有水分、二氧化碳，導致分子篩加熱活化沒有達到預期的效果，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℃低溫下被凍結為固體，留存在換熱器空氣通道的翅片內形成堵塞）。更換新購的預換熱器之后，于2013年8月3日啟動運行機組到目前將近1年時間各項指標正常。

5 經驗教訓

（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，而工作中同樣發現1#分子篩工作中二氧化碳含量總是超標，三組換熱器中只有氧氣換熱器的中部溫度異常下降，氮氣、污氮氣的換熱器中部溫度基本正常，故沒有著重考慮預熱器的泄漏問題。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，導致主換熱器通道堵塞，原因就是前端的分子篩工作出現故障。分子篩肩負著清除空氣中水分、二氧化碳、乙炔的艱巨任務。如何使分子篩吸附器正常工作是保證制氧機長期穩定運行的根本。

（3）設計中為充分利用熱能，在污氮氣進入分子篩吸附器之前，配置一臺空氣/污氮氣預換熱器，利用空氣溫度108℃對返流污氮氣進行換熱升溫至70℃后進入分子篩吸附器的電加熱器中繼續加溫，目的是節約電能。本次故障再次給我們在生產運行過程中的問題判斷提出了新的課題，出現問題需要多方面分析討論，避免類似情況發生。

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，本科學歷，工程師，現從事制氧、燃氣和熱能的運行管理工作。