高板膨脹空氣通道冰堵的原因分析

李偉斌，范玉滿，盧子學

(1.河北經貿大學，河北 石家莊 學府路47號　050061；2.西安陜鼓動力股份有限公司 工程技術分公司，西安 雁塔 灃惠南路8號 陜鼓北門　710075)

石家莊陜鼓氣體有限公司1#40 000 Nm3/h空分設備，由西安陜鼓動力股份有限公司(以下簡稱：陜鼓)成套供應，配套陜鼓生產的EIK125- 4型空壓機和 EBZ45-7型增壓機、杭州汽輪機股份有限公司生產的HNKS50/71/0型汽輪機、美國ACD的T-6000型膨脹機，2016年8月份，出現進口膨脹機空氣流量逐漸減少、增壓端出口與膨脹端進口壓差增大的情況，嚴重影響裝置的正常生產。

1　故障現象

1#空分進口膨脹機從2016年8月1日開始，增壓端出口與膨脹端進口壓差不斷擴大，膨脹量逐漸減少，到8月7日13:00發現進口膨脹機增壓端出口與膨脹端進口壓差增大至0.7 MPa，膨脹空氣量比8月1日前減少15 000 Nm3/h，嚴重影響1#空分裝置正常生產，膨脹機機前溫度降到-120℃，高板跑冷嚴重，不能滿足用戶生產用氧、用氮量的需求。

鑒于此情況，將進口膨脹機倒為國產膨脹機運行，對進口膨脹機進行加溫。國產膨脹機運行后，發現運行情況和進口膨脹機一樣。對進口膨脹機進行加溫后又倒為進口膨脹機運行，情況并未出現好轉，之后進行多次進口和國產膨脹切換運行，情況沒有好轉也未出現繼續惡化，裝置只能維持低負荷運行。

由于正值用戶產品市場關鍵時刻，不允許停車檢修，為了保證供用戶產品質量和裝置的安全，經與用戶協商，降低空分裝置負荷，將氧氣、氮氣產量維持在正常生產工況的70%，加大對膨脹機差壓的監控，保證裝置安全運行。

2　故障原因及處理措施

通過生產技術人員討論和研究，得出膨脹機差壓大的原因是，高壓板式換熱器膨脹空氣通道發生一次性冰堵，并且找出了水的來源。

2.1　膨脹機差壓大的原因分析

現場選點檢測P1和P2處加裝就地壓力表(見圖1)，檢測實際壓力與DCS顯示壓力對比，壓力指示一致，未發現有較大差別。

在P3、P4、P5分別加裝就地壓力表，進行分析，P1與P3之間無壓差，P1與P4之間也無明顯壓差，可見在增壓端后空氣進冷箱前是無明顯阻力的；P5與P2之間未發現較大壓差，可見膨脹端過濾器也無較大阻力；由此可見0.7 MPa壓差集中在P4與P5之間的高壓板式換熱器內。

圖1　進口膨脹機Fig.1　Imported expander

2.2　造成阻力加大的介質分析

阻力源位置確定為高壓板式換熱器后，進行了阻力產生介質的分析。由于整個膨脹機及高板是一個封閉的系統，能夠進入系統的介質主要有：水、二氧化碳、分子篩粉末、機械雜質。

首先我們對二氧化碳進行分析：從分子篩再生情況來看，冷吹峰值均在125℃以上，且純化后二氧化碳在線分析無明顯升高；進下塔的其它通道，低壓板式和高壓空氣均未發現阻力增大、換熱效果變差的情況；由此可見二氧化碳的可能性可以排除。

對分子篩粉末進行分析：在增壓端冷卻器后吹除閥處用浸濕的白布對氣流進行阻留檢測，白布僅有一些黑色的污點，未發現有分子篩粉末出現；對下塔液空排液檢測，液空蒸發干后也未發現有分子篩粉末；由此可見分子篩粉末的可能性可以排除。

對現場閥門進行檢查：流路上各手動閥、氣動閥門均正常；止逆閥阻力也不明顯，在倒膨脹機的過程中檢查了止逆閥的情況，均有止逆作用可見閥板正常不脫落；閥門問題也可以排除。

造成阻力增大的介質通過排除法，認為水可能性大，并且冰堵只存在膨脹空氣通道。

2.3　高板膨脹空氣通道水分來源的判斷

分子篩后空分系統空氣側可能進水的地方只有增壓機換熱器和膨脹機增壓端后冷卻器兩處，我們對膨脹機增壓端前、膨脹機增壓端冷卻器后、純化系統后及增壓機冷卻器后空氣不間斷地進行了露點分析，露點均合格在-60～70℃，并且對進口膨脹機增壓端后冷卻器氣側拆檢，冷卻器氣側底部低于列管口，列管管口為漲焊結構，未發現有漏水痕跡，在水側額定水壓下，氣側敞口靜置2 h，未發現有漏水現象，說明換熱器不存在漏的地方，水分來源不在我們空分系統內。

根據流程，增壓機二段中抽空氣除了去膨脹機，還有一路(Φ25管)去用戶甲烷轉化工段，并且該管路上只有手動閥沒有止回閥，最后將目標鎖定在這一管路上。通過調取該管路出空分界區后進用戶的第一個設備(該設備為儲水罐)的壓力曲線圖，發現該設備壓力在7月31日空分設備臨時停車啟動時，壓力高于增壓機二段中抽去膨脹機的空氣壓力，而該管路又沒有止回閥，水分由此進入膨脹機流路，造成一次性進水。

3　事故處理方法和過程

2017年2月1日，因用戶原因系統停車，利用這次機會對空分裝置進行了大加溫。

在對膨脹機流路加溫吹除時制定了兩套方案，一套方案是空分裝置正常大加溫方式，用增壓機二段中抽膨脹空氣正流程加溫吹除高板膨脹空氣通道；如果這種加溫吹除效果不好，加溫結束膨脹機啟動后差壓仍然存在，馬上啟用第二加溫吹除方式，即通過增加臨時管線，將高壓節流閥前吹除導淋與膨脹機吹除導淋連接起來，把增壓機末級高壓空氣通到膨脹機通道，對高板膨脹空氣通道進行返流程加溫吹除。

在用第一種方式加溫吹除高板膨脹空氣通道時，在膨脹機吹除導淋處連續測量露點情況，發現：高板膨脹空氣通道吹除8 h后，露點仍然不合格，一直在-20℃左右，吹除13 h后露點合格。

2月6日，空分裝置用第一種方案加溫結束，并對去用戶甲烷轉化的管道進行改造，在管道上增加了止回閥，啟動進口膨脹機后運行情況正常，倒為國產膨脹機時運行也正常，表明加溫成功，冰堵已徹底清除。

4　結束語

通過對膨脹機差壓增大流量減小情況的分析和處理，消除了高板膨脹空氣通道的冰堵，使1#空分裝置恢復了正常生產，但此次事故造成的經濟損失高達幾百萬元。因此，我們空分裝置在啟動時，一定要做好空氣含水分析，絕不可以在露點不合格的情況下啟動膨脹機，另外，要在裝置正常運行情況下監測好各換熱器的運行情況，防止換熱器內漏，使水分進入空氣通道，此外，還要在流程設計上，進行不斷的優化改造，避免此類事故再次發生。