空分裝置調試運行總結

丁盼盼，王德勝

(榮盛集團中金石化有限公司 浙江寧波 315000)

榮盛集團中金石化有限公司空分裝置(KDONAr- 25000/30000/800)由四川空分設備(集團)有限責任公司成套設計，并由川空提供靜設備部件，關鍵動設備部件則采用國外著名制造商進口設備組裝配套。該裝置采用全低壓分子篩吸附凈化、增壓透平膨脹機制冷、全精餾無氫制氬和氧、氮內壓縮流程，壓縮機組采用電機驅動，采用DCS集散控制系統進行控制。

在裝置建成運行階段，由于安裝質量與設備誤差等因素，實際運行指標與設計指標會有所偏差，通過調試可確定更合理、更穩定的工藝指標，以保證整體工況的穩定。在運行過程中，會出現各種意外事故而導致工況的不穩定，通過初期的試運行不斷發現和解決問題，減少事故出現的頻率，使空分裝置工況趨于穩定。通過總結故障原因、優化工藝操作，保證了空分裝置運行的穩定性。

1 運行故障

1.1 閥門故障

空分裝置所用液氮泵為進口立式五級離心泵，從精餾塔下塔頂部抽出的液氮經液氮泵加壓至4.2 MPa后分為2路：一路經節流閥降壓至0.8 MPa后進入高壓板式換熱器，與正流高壓空氣和正流膨脹空氣換熱，復熱至常溫后再送入0.8 MPa[8 000 m3/h(標態)]氮氣管網；另一路經節流閥降壓至4.0 MPa后進入高壓板式換熱器，與正流高壓空氣和正流膨脹空氣換熱，復熱至常溫后送入4.0 MPa[2 000 m3/h(標態)]氮氣管網。在正常工況下，通過液氮泵出口管線調節閥和管網進口調節閥進行流量調節。

4.0 MPa氮氣出口管線調節閥為氣開式帶手輪氣動調節閥，在事故狀態下處于關閉狀態。在實際運行過程中，發現中壓氮氣出口流量急劇下降而中控閥門未動作，現場檢查閥門開度發現處于全關狀態，中控操控氣動閥無反應，而氬餾分急劇升高，面臨氮塞風險。此時通過現場將氣動閥打手動的方式進行調節，保證氮氣外送流量，同時對氬系統減負荷處理，調整工況至正常狀態。

事后經檢查發現閥芯凍結，導致閥門無法動作，且后系統對4.0 MPa氮氣用量減少，管網壓力升高，導致無法排出足夠量的氮氣。事故解決后，將去管網氣動閥出口開大、管網壓力設定值提高，以保證足夠的放空量，防止出現氮氣放空量突然減少而導致氬系統的波動。

氣動開關閥不能正常動作或動作不到位的原因有電磁閥故障、執行機構故障、閥體故障等。當閥門不能正常動作時，首先應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，最后檢查執行機構是否正常、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管網提供液氮氣化后的氮氣，運行時1開1備，備用泵低負荷運轉。在調試階段發現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象，經討論決定進行倒泵處理，即待1#液氮泵負荷升至主泵狀態、2#液氮泵負荷接近最低時，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，進而導致珠光砂泄漏。事故原因：安全閥質量存在問題，運行過程中出現多處漏點，且起跳壓力校定存在偏差；安全閥設計不合理，安全閥出口采用向上設計，造成安全閥起跳時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未關閉2#液氮泵出口閥，導致安全閥起跳時，2#液氮泵出口直接與1#液氮泵出口連通，造成1#液氮泵超負荷運行。現場緊急關閉2#液氮泵出口閥，同時聯系維修人員對冷箱板進行緊急補漏。

1.3 電氣故障

空分裝置運行過程中曾多次出現電機接線燒損現象，其中較為嚴重的一次為液氮泵主泵三相接線燒毀，導致液氮泵停止運行，所幸備泵及時啟動，避免了工況的波動。

為避免電氣故障造成的損失，應合理安裝接地線，保證電機保護措施的完善可靠。常用的電氣保護包括短路保護、過載保護、斷相保護等[2]。短路保護常使用熔斷器進行電機保護，當電路發生短路時可迅速可靠地切斷電源，避免短路電流的沖擊而造成電機損傷，但靈敏度不高，需達到熔斷器動作電流值后動作，易出現選型錯誤。過載保護是在設備負載過大時，電源設備自動斷電的一種保護措施，用于防止電線過載造成絕緣老化而引起的事故。斷相保護是為防止多相電路的一相導線中電流消失而采取的一種保護方式，化工生產中所使用的電氣設備多采用三相交流電，設置斷相保護可以防止因出現缺相而造成的電機損壞。

1.4 儀表故障

隨著自動化程度的不斷提高，化工儀表在化工生產中的重要性不斷增大，化工生產的便捷與穩定離不開儀表的準確測定及處理。儀表指示出現異常現象一般包含2種因素：一種是工藝異常，此時儀表反映了工況真實的不穩定性；二是儀表異常，此時儀表反饋的結果與實際工藝狀況不符。因此，對儀表指示異常的準確判斷尤為重要。在工況穩定的前提下若出現儀表故障，極易引發聯鎖而導致發生停車事故。

一般現場儀表易出現故障，空分裝置在調試階段曾多次出現與儀表故障相關的問題，其中空壓機放空閥本體喘振全開、膨脹機導葉調節故障關閉等均引發了空分系統的聯鎖停車；氧泵回流閥定位器異常導致氧泵出口流量波動較大，造成后系統工況不穩；空壓機電機軸承溫度儀表測點受干擾導致溫度反饋值波動較大；分子篩順控程序儀表故障導致分子篩吸附器暫停運行；氮純度分析管線存在漏點導致氮中氧含量過高等。

當遠傳儀表出現指示異常時，首先應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異常劇烈，則多為儀表系統出現故障，此時應與現場儀表指示進行對比。常見的儀表故障為信號管線堵塞或斷裂、信號源受干擾、儀表原件進水失效等。在空分裝置安裝調試階段，主要以信號源受干擾較為常見。當儀表信號源受干擾時，可通過改變信號接地方式、采用屏蔽電纜將干擾信號消除、改變信號傳送方式、將分析信號轉變為標準4～20 mA直流信號等措施以增強抗干擾能力，但增大了設備投資[3]。

1.5 設備故障

空分裝置運行負荷過高、運行時間過長，會出現一些常見問題，如后備液氮泵填料磨損、打量不正常、軸承斷裂、電機發熱異常等，均會影響后系統的正常運行。出現此類故障的原因很多，除液氮泵本身質量因素外，由于長時間高負荷運行，導致填料磨損嚴重；運行后未進行升溫處理，導致后備液氮泵凍結，下次啟動時造成打量不穩甚至不打量；由于工作介質為液氮，溫度較低，啟動時對軸承損害較大等。

2 工藝異常狀況

2.1 氧純度低

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

2.1.1 氬系統工況異常影響氧純度

在氬系統調試階段，當粗氬Ⅰ塔底部回上塔液體流量控制過大時，會造成大量液氬進入主冷液氧側而沒有得到充分汽化，導致液氧純度出現波動。氬系統調試過程中還經常出現氮塞現象，當氮塞嚴重時，由于無法及時將粗氬引至精氬塔或放空，造成粗氬Ⅱ塔底部液體增多，為維持液位穩定，將此部分液體打回主塔，導致氧純度下降。

2.1.2 冷量過多導致氧純度降低

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，當主冷液氧液面過高且未對膨脹空氣量作出相應調整時，由于膨脹空氣量與進塔空氣量的分配不均勻，導致主塔內冷量過多、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[4]。調試初期需對下塔液空純度進行分析，保證液空純度在指標范圍內，同時注意監控下塔壓力與液空溫度的變化，定期進行檢驗分析。

2.1.3 氣化裝置變負荷操作對氧純度的影響

當空分裝置負荷一定時，其進塔空氣量及外送氣體量在一定范圍內波動。當氣化裝置用氧量突然加大而未對空分裝置進氣量進行相應調整時，若外供氣體量超出此負荷下的彈性上限時，就會直接影響氧純度。在外供氧量增加時，須相應增大空氣量，同時對膨脹機的膨脹量、高壓液空節流閥、增壓機各段出口壓力、液氮及污液氮節流閥等進行調整，以保證工況穩定。

2.2 低負荷下的氮塞

空分裝置為氣化裝置提供氧氣，若氣化裝置長期不運行時，為保證全系統氮氣的正常供應，空分裝置必須降負荷繼續運行。當空分裝置處于最低負荷下運行時，在保持液氧純度合格的前提下，應盡可能提高膨脹空氣量，以保持足夠的制冷能力，生產更多的液體產品。與此同時，膨脹空氣量的增大和進塔空氣量的減少將使主塔溫度整體降低、上塔富氬區下移，導致氬系統進氣量中含有大量氮組分，為避免氮塞，應排出足夠量的氮氣和污氮氣，以保持氬餾分指標在正常范圍內。

空分裝置在負荷降低的同時，會對粗氬氣取出量進行降負荷調節。榮盛集團中金石化有限公司空分裝置滿負荷運行工況下的粗氬氣取出量為800 m3/h(標態)，粗氬Ⅰ塔去粗氬Ⅱ塔總流量為27 000 m3/h(標態)。當空分裝置降負荷時，僅減少了粗氬氣的取出量，運行中發現精氬冷凝器液位逐步升高，同時粗氬氣進精氬塔流量出現波動且波動范圍逐步擴大，精氬塔氮塞嚴重。為此，增大精氬塔頂部不凝氣排放閥開度以減輕氮塞，同時通過粗氬氣放空閥控制粗氬氣流量穩定，以避免主塔和粗氬塔工況的波動。

通過分析后發現，由于空分裝置負荷較低，在粗氬塔負荷未減小的情況下，進入氬系統的氮含量較高，而氮氣的沸點較低，無法冷凝回主塔而進入精氬塔內，同時精氬塔不凝氣放空閥開度過小，導致氮氣逐漸在精氬塔冷凝器內積累而無法排出，致使精氬塔冷凝側蒸發量減少、液位升高。

3 調試過程中的注意事項

3.1 冷狀態下快速啟動

空分裝置在調試過程中經常會出現停車事故，為縮短調試時間，停車處理故障后需在冷狀態下快速啟動。停車后應盡量保持主冷液面，保證足夠的冷量，減少重新啟動時所需的積液時間。通過節流閥的調節，盡快得到合格的富氧液空。如得到的氧純度不高，可適當降低上塔壓力，同時

在維持氮純度合格的情況下加大氮氣以及污氮氣的排放量。在氧純度調節過程中，空氣進氣量是關鍵，若進氣量過小，則會延長調節時間。除空壓機自身原因外，空氣進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氣量，加快液氧純度的調節。

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，運行期間影響因素較多，儀表、電氣故障及閥門開度和開關速度都會造成分子篩吸附器順控程序的暫停。順控程序若出現長期暫停，將影響分子篩吸附器出口冷吹峰值，同時會引起分子篩吸附器出口空氣中CO2含量波動。分子篩吸附器因故障暫停時間過長時，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，通過延長加熱的完全再生時間以確保分子篩的完全再生。

3.3 氧泵切換操作

當氣化裝置在運行過程中需進行倒泵操作時，應嚴格控制氧泵出口壓力，防止出現大幅波動，以確保氣化爐的穩定運行。倒泵過程中會引起工藝氧氣的流量和壓力出現波動，對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，可通過手動調節進氣量來保持氣化工況的穩定。

4 結語

空分裝置作為提供氧氣、氮氣及儀表空氣的裝置對后系統影響較大，在啟動過程中應盡快完成調試并投入運行。在日常操作和維護中，應嚴格遵守設備和工藝的操作與維護規范，確保裝置的穩定性。空分裝置在調試階段會出現諸多問題及異常事故，應嚴格按照操作方法和事故預案進行處理，并不斷總結經驗，執行最優方案。

[1] 羅丹，戴吉生，張龍.氣動閥調試和常見故障分析與處理[J].科技視界，2015(20)：233- 234.

[2] 李文波.電動機燒毀現象及改進方案分析[J].中國高新技術企業，2010(10)：28- 29.

[3] 侯慧姝，劉文興.化工儀表典型故障分析及處理[J].信息系統工程，2011(8)：69- 70.

[4] 湯學忠，顧福民.新編制氧工問答[M].北京：冶金工業出版社，2001.