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(錦西天然氣化工有限責任公司，遼寧 葫蘆島 125001)

錦西天然氣化工有限責任公司為一家大型化肥企業，年產氨30萬t，尿素52萬t，合成氨和尿素裝置分別采用美國布朗工藝和意大利斯納姆工藝。裝置工藝復雜，自動化程度高，采用的氣動設備多。裝置正常運行中，全廠的儀表空氣主要通過水氣裝置空分系統提供，同時從合成裝置空氣壓縮機100C1四級出口抽出一部分作為補充，在主裝置檢修期間，還可通過2臺備用的活塞壓縮機提供。

儀表空氣作為氣動設備動力源，保證其潔凈、干燥非常重要，一旦帶水，將影響氣動設備的正常控制和穩定調節，特別是在冬季，儀表空氣帶水可能造成管線凍堵，使氣動設備失去控制，從而影響裝置的安全穩定運行。為保證儀表空氣的潔凈干燥，必須設置專門的處理系統進行空氣的過濾、凈化和干燥，合成裝置空氣處理系統采用了冷凍式干燥機(冷干機)與無熱再生干燥器串聯布置的除水干燥方式，保證露點≤-40 ℃(0.70 MPa(g)，下同)，并將露點作為平時重點分析監控指標，嚴防儀表空氣帶水。儀表空氣露點分析指標趨勢見圖1。

圖1 儀表空氣露點分析指標趨勢

2016年8月14日，合成儀表空氣總管露點分析達-28 ℃，之后連續幾天的分析指標也都未能達到-40 ℃的合格值，為裝置進入冬季運行留下了生產隱患。

1 合成裝置儀表空氣系統流程

冷干機與無熱再生干燥器串聯布置工藝流程見圖2。來自空氣壓縮機100C1四級出口的壓縮空氣經過循環水空氣冷凝器100E100冷卻后進入儀表空氣系統進行過濾、冷卻及干燥處理。經過初步過濾后的壓縮空氣進入冷干機，通過降溫結露原理冷卻降溫，其中的水蒸氣凝結成液滴，經自動排水系統排出，從而達到降低含濕量的目的。此外，壓縮空氣經過冷干機后，其中3 μm及以上的固體塵粒被過濾，氣源品質初步達到清潔、干燥要求[1]。

圖2 冷干機與無熱再生干燥器串聯布置工藝流程

經過冷干機冷卻干燥后的空氣進入2臺并聯的無熱再生分子篩干燥器中進一步吸水干燥，保證露點≤-40 ℃，之后再通過2臺并聯設置的分子篩后，過濾器再次過濾，進入儀表空氣總管，與水氣空分裝置的儀表空氣混合，為全廠提供干燥、潔凈的儀表空氣。

2 儀表空氣露點升高的原因分析及排查

根據設計，裝置正常運行中，采用冷干機與無熱再生干燥器串聯布置可以為全廠各裝置氣動設備提供合格的儀表空氣。分析露點指標升高的主要原因，有分析儀表錯誤、壓縮空氣帶水量大、儀表空氣系統的冷干機或再生干燥器運行故障等，按照先易后難、先簡后繁的原則，逐步進行研究分析和確認。

2.1 分析儀表及分析過程不準確

儀表空氣露點分析具有固定的分析取樣過程和固定的地點，由固定的人員手持式分析儀器進行。采用相同的分析儀器對其他不同地點進行多次分析，結果都大致相同，因此確認了分析結果的準確性，即排除了分析原因造成露點升高的因素。

通過對來自水氣空分裝置的儀表空氣進行分析，更進一步確認了合成裝置儀表空氣處理系統運行異常是引起儀表空氣露點升高的原因。

2.2 壓縮空氣夾水量大

合成裝置的儀表空氣來自空氣壓縮機100C1四級出口，是經過儀表空氣冷凝器100E100降溫后的飽和空氣，如果這部分空氣分離排水不好，夾帶水分量過大，會造成儀表空氣系統冷卻干燥負荷過大，使儀表空氣露點升高。

儀表空氣冷凝器疏水系統工藝流程見圖3。在檢查中發現儀表空氣冷凝器及其冷凝水側疏水器運行正常，為了防止空氣帶水過大，又將疏水器旁路閥保持小開度。但經過分析露點指標，仍然沒有任何改善，因此也排除了壓縮空氣夾水量過大造成露點升高的因素。

圖3 儀表空氣冷凝器排水系統工藝流程圖

2.3 再生分子篩干燥器運行異常

儀表空氣系統采用冷干機串聯無熱再生分子篩干燥器的除水方式，分子篩干燥器在空氣脫除水分的過程中發揮著關鍵作用。干燥器共有2臺，內裝具有良好吸水性能的分子篩，1臺在線吸收干燥空氣，另1臺再生備用。2臺干燥器通過PLC邏輯控制自動切換，每4分鐘1次，循環使用。

為了保證干燥器的正常脫水，分子篩干燥劑每年都要進行更換，此次儀表空氣露點升高前3個月才更換，分子篩也是之前一直運行良好的同一產品，應不存在吸水性能的差異，檢查干燥器運行狀況也未發現異常狀況，因此可以基本排除分子篩干燥器運行異常的因素，同時也基本斷定是因為冷干機運行故障而引起儀表空氣露點升高。

2.4 冷干機運行故障

冷干機是冷凍式干燥機的簡稱，是采用降溫結露原理，對壓縮空氣進行干燥的設備。錦西天然氣化工有限責任公司的儀表空氣系統，采用的是杭州漢業氣源凈化設備有限公司的水冷標準型冷干機，主要由熱交換系統、制冷系統和電氣控制系統3部分組成。來自100C1的壓縮空氣經過100E100及冷干機進出口預冷器冷卻后，進入冷媒蒸發器與制冷劑進行熱交換，溫度降至2～10 ℃后進入汽水分離器，使空氣中的水分及雜質顆粒在此溫度下析出，通過自動排水器一起排出機外。干燥的低溫空氣再經過進出口預熱器與熱空氣進行熱交換，溫度升高后輸出，防止管路結露、結霜，熱氣旁通閥能根據負荷變化的要求自動調節冷媒的通過量。

冷干機在儀表空氣系統中擔負著初步干燥除水的作用，一旦工作異常，會使分子篩干燥器負荷加大，無法滿足保持壓縮空氣干燥的需要，造成儀表空氣露點升高。

2.4.1 冷卻水系統故障

冷干機通過水冷器為制冷壓縮機出口氣體進行降溫冷凝，為蒸發器提供冷量。如果冷卻水系統出現故障，冷媒氣體無法正常冷凝，會造成蒸發氣體溫度升高，無法滿足壓縮空氣的冷卻需要，造成空氣露點升高。在以前的生產運行中，由于冷卻水流量調節閥故障及冷卻水管線堵塞，幾次造成了冷干機運行故障。在采取手動調整水量調節閥加大冷卻水量、用溫度更低的工廠水取代循環水提供冷卻、清理上水過濾器等措施后，仍沒有改變空氣露點偏高的問題。

2.4.2 制冷劑不足

冷干機采用的制冷劑為氟利昂R22，正常工作壓力0.4～0.5 MPa(g)。如果因泄漏等原因造成損耗，而使蒸發器內冷量不足，會由于無法滿足為壓縮空氣降溫的需要，從而引起儀表空氣露點升高。

在檢查確認過程中，冷干機蒸發壓力在0.30 MPa(g)左右運行已經有一段時間，可能存在冷媒介質不足的問題。因此，專業人員現場補充氟利昂R22，并對冷媒流程進行仔細地查漏，但未發現明顯的泄漏點。重新啟動冷干機，并調整熱力膨脹閥，運行一周后露點指標仍沒有改善跡象。

2.4.3 壓縮機運行故障

制冷壓縮機是為冷干機運行提供制冷動力的的關鍵設備，一旦發生故障，勢必影響空氣的換熱冷卻。但由于采用的是全封閉式活塞壓縮機，排氣量是固定的，正常工作中壓縮機的工況也基本不變，檢查難度很大。

在加注了制冷劑R22，并對熱力膨脹閥、熱氣旁通閥及水量調節閥進行反復調整后，仍沒能改善空氣露點偏高的問題。但在調整閥門的過程中，發現調整度大大偏離原位置，壓縮機本體溫度仍然較高，時常造成因溫度保護而停機，而且冷凝壓力不足，因此，可以斷定是由于壓縮機的問題引起冷干機運行故障，從而引起空氣露點偏高。

3 處理措施

經過多日排查，確定為冷干機制冷壓縮機運行故障造成了儀表空氣露點偏高，但由于冷干機壓縮機采用的是全封閉式活塞壓縮機，進行檢查維護十分困難，只能更換。

(1)2016年9月1日，整體更換制冷壓縮機，重新調整熱力膨脹閥、熱氣旁通閥及水量調節閥，儀表空氣露點達到-40 ℃的合格指標，經過進一步的調整優化冷干機運行狀況，9月5日后，儀表空氣處理系統恢復到正常運行，露點指標穩定在合格范圍內，徹底排除了儀表空氣運行隱患。

(2)解體檢查故障壓縮機，進一步確認故障發生點。解體后發現壓縮機2個氣缸入口閥片都有不同程度的斷裂泄漏情況，其中1個氣缸中的活塞曲軸連桿折斷，因此造成壓縮機功率嚴重下降，無法滿足制冷需要。制冷壓縮機斷裂的曲軸見圖4。

圖4 制冷壓縮機曲軸連桿折斷

(3)加強了冷干機運行維護。發現異常及時解決，并每天檢查壓縮機運行工況，防止因結霜而發生“液壓縮”或過熱損壞，防止故障擴大化。

4 結語

儀表空氣露點升高，為裝置安全運行埋下隱患，在檢查處理過程中，采取先易后難、先簡后繁的原則，確認冷干機制冷壓縮機損壞，并進一步確認壓縮機活塞閥片部分斷裂、曲軸連桿折斷，影響了冷干機冷卻干燥效果。此次故障得以圓滿處理，且未造成嚴重后果，但仍提醒我們，在日常生產運行維護中，應注意細節，精細操作，提早發現生產隱患，保護設備運行安全，減少故障損失，保證裝置安全、連續、穩定運行。