制氧機板式換熱器冰堵故障的分析及處理

李 智

（江西銅業集團公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

制氧機板式換熱器冰堵故障的分析及處理

李 智

（江西銅業集團公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

制氧機的開機過程是一個系統、復雜的過程，每個環節必須緊密相連。任何的疏忽都會造成設備故障甚至安全事故。介紹制氧機板式換熱器發生堵塞及故障排查的經過，分析發生堵塞的原因，闡述故障的處理過程，總結此次故障處理的特點，并為處理類似故障提供相關的操作經驗。

制氧機；板式換熱器；主冷凝蒸發器；儀表氣；空氣管道；冰堵

1 引言

貴溪冶煉廠動力車間現運行有五套制氧機組，其中有四套機組采用液化空氣分離原理制取氧氣。空氣分離的基本原理是采用低溫精餾法，將空氣冷凝成液體，然后按各組分蒸發溫度的不同將空氣分離［1］。其中2#制氧機為低純低壓制氧機，于1997年7月建成并正式投產，氧氣純度96%、壓力30kPa，氧設計流量10000Nm3/h。

2 故障發生過程

2014年8月27日，2#制氧機按計劃安排停機檢修處理空壓機振動傳感器，空壓機檢修完畢于凌晨3∶25啟動空壓機組并向1#系統閃速爐送氧。14∶00，板式換熱器溫差高報，高報值為3℃（正常為0.5℃）；膨脹機流量3900m3/h，正常為4300m3/h；主冷液位2500mm，正常為3000mm；28日8∶00，板式換熱器溫差上升至滿量程10℃，膨脹機流量降至3500mm，主冷液位下降至2300mm（見圖一2#制氧機工況趨勢圖），班組立即啟動兩臺膨脹機，但仍無法減緩主冷液位的下降趨勢。隨即停運膨脹機、空分系統，查找故障。

圖1 2#制氧機工況趨勢圖

3 原因分析

3.1 初步判斷

從故障發生的現象來看，換熱效果不佳，空分系統冷損加大，冷量明顯不足，初步判斷是由于板式換熱器出現了堵塞，造成偏流，換熱效果下降，冷損加大［2］。根據制氧機檢修后的開機運行情況，造成堵塞的主要可能原因有（實際發生的原因還有很多種）：

（1）分子篩帶水，水分進入板式換熱器；

（2）膨脹機進口過濾器堵塞；

（3）增壓機后冷卻器泄露。

3.2 故障排查過程

隨即對上述原因一一進行排查：

（1）分子篩帶水：

①正流空氣帶水：當時空冷塔液位、冷卻水流量、進空冷塔空氣流量、出口壓力均比較穩定，無任何異常波動，分子篩再生溫度峰值正常，出分子篩CO2正常，故排除正流空氣帶水。

②再生返流氣體帶水：再生氣出蒸汽加熱器的水份含量正常，蒸汽加熱器無內漏，現場檢測露點正常，分子篩再生溫度峰值正常，故再生返流氣體帶水可以排除［3］。

（2）膨脹機進口過濾器堵塞：

打開膨脹機進口過濾器，發現濾網整體已經被一層較厚冰霜堵塞，無任何其它固體雜質，可以判定膨脹機進口過濾器堵塞。

（3）增壓機后冷卻器漏水：

當天對增壓機后冷卻器做了密封試驗：拆開1#/2#增壓機冷卻器水管，將冷卻器滿水靜止，并通氣升壓至正常工作壓力0.67MPa，檢查其銅管是否存在泄漏，銅管無明顯氣泡冒出［4］，基本排除增壓機冷卻器漏水的可能性。

圖2 空氣進板式換熱器示意圖

通過以上三部分逐一的排查，確認有水分通過膨脹機過濾器進入板式換熱器，但水分來源不明。為了盡快恢復生產，隨即對板式換熱器進行反吹（故障處理中有詳細介紹反吹步驟），反吹8h后關閉反吹閥并準備導氣進塔，此時發現出分子篩空氣中CO2含量由0.5ppm迅速上升至滿量程20ppm，嚴重超標，現場對出分子篩后空氣的露點檢測發現，露點不合格（檢測結果見表一），此時現場人員發現動力儀表氣閥有操作過的痕跡，且前截止閥全開。

表1 出分子篩后空氣露點取樣分析

3.3 原因確定

隨即針對儀表氣系統展開分析，2#制氧機儀表氣有自身儀表氣與外界儀表氣（見圖2中儀表氣系統），此次發現外界儀表氣前截止閥被打開，由于外界儀表氣壓力（0.7MPa）高于2#制氧機分子篩后空氣壓力（0.45MPa），外界儀表氣通過自身儀表氣閥門竄入分子篩出口空氣管道，伴隨著系統的開機一直有少量的外界儀表氣通過空氣進塔總閥進入板式換熱器。并且此儀表氣含水量較高［5］，從而造成分子篩CO2含量超標，隨著板式換熱器溫度的逐步降低，水分在低溫環境中凍結，導致冰堵。

4 故障處理及可借鑒的技術經驗

4.1 故障處理

在確定板式換熱器冰堵的原因后，關閉動力儀表氣前后截止閥，于當日下午停運空分系統，保持空壓機運行，空分塔保持冷態靜置，空氣憋在進塔總閥之前，打通加溫氣管路，利用分子篩后空氣分別對板式空氣管道和增壓機后空氣管道進行反吹［6］。

具體反吹步驟分以下三個管路對冰堵區域進行反吹：

（1）對分子篩后空氣進板式換熱器管道進行反吹：空氣進下塔管道反吹閥→分子篩后空氣管道→分子篩后空氣管道吹除閥；

（2）對增壓機后空氣管道進行正吹：增壓機出口管道正吹閥→膨脹機進口閥→膨脹機加溫吹除閥；

（3）對增壓機后空氣管道進行反吹：膨脹機加溫氣進口閥→膨脹機→膨脹機進口閥→增壓機出口管道→增壓機回流閥→分子篩后空氣管道吹除閥。

通過約12h反吹，2#制氧機板式溫差正常，膨脹量4300m3/h正常，主冷恢復正常，空氣出分子篩后CO2含量正常，手工測量空氣露點正常（見表二），隨即打開空氣進塔總閥向空分塔導氣，制氧機恢復正常生產，于11：30往閃速爐送氧。

表2 空氣出分子篩露點分析

4.2 故障發生及處理可借鑒的技術經驗

（1）本次板式換熱器反吹過程系統無需排液復熱，空分塔始終保持冷態靜置，為故障處理結束后的開機節約了產氧時間；

（2）板式換熱器正流管道局部升溫反吹，冰堵區域能迅速得到加溫，有效減少故障處理時間；

（3）增壓空氣通道正吹后，再進行反向的吹除，確保了重點堵塞管道的加溫效果，徹底清除冰堵故障。

5 結語

隨著空分技術的不斷提高，制氧機對設備的精密程度及人員技能素養要求也越來越高。制氧機的開機過程是一個系統、復雜的過程，各個專業之間的聯系、上下工序之間的銜接，每個環節都必須考慮周全，否則，任何一個細節的疏忽或者一個漫不經心的操作，都可能造成設備故障甚至安全事故。

［1］毛紹融, 朱朔元, 周智勇. 現代空分設備技術與操作原理[M]. 杭州:杭州出版社, 2005:152-153.

［2］湯學忠, 顧福民. 新編制氧工問答[M]. 北京:冶金工業出版社, 2006:67-69.

［3］李化治. 制氧技術[M] 北京.冶金工業出版社, 2009:113-116.

［4］李其倫. 循環水冷卻器泄露的原因和查漏方法[J]. 廣州化工. 2010(2):165-166.

［5］蔡學文, 夏小將 ,白林林, 等. 制氧車間培訓教材[Z]. 貴溪.貴冶教培科. 2008:191-193.

［6］張樹斌. 消除板式換熱器堵塞故障[J]. 科學之友, 2013(9):138-139.

Analysis and Treatment of Oxygen Generator Heat Exchanger Blocking Accident

LI Zhi
（Guixi Smelt of Jiangxi Copper Corporation, Guixi 335424, Jiangxi, China）

The start-up process of oxygen generator is a complicated process. Each step must be closely linked. Any negligence will cause malfunction of the equipment and even safety accident. In this article, a plate heat exchanger of the oxygen generator blocking occurred and the troubleshooting are introduced. The causes of failure are analyzed, the characteristics of fault handling are summarized and some technical references for dealing with this kind of fault are provided.

oxygen generator；heat exchanger；main evaporator condenser；instrument air；air pipeline；ice blocking

TQ116.11

A

1009-3842（2015）05-0076-03

2015-07-20

李智（1984-），男，廣西北流人，本科，從事制氧生產技術管理工作。E-mail: 231418388@qq.com