KDON-40000/10000型空分裝置常見故障及排除

張雙格

（陽煤集團平定化工有限責任公司，山西陽泉 045200）

本公司空分裝置，采用開封空分工藝包，西安陜鼓動力壓縮機以及杭州汽輪機股份有限公司汽輪機，為2×20kt/a 乙二醇工程提供合格的氧氣與氮氣產品。空壓機組采用汽輪機拖動空壓機和增壓機一拖二的形式。

KDON-40000/10000型空分設備是利用空氣中各組分沸點的不同，經過加壓、預冷、純化并利用大部分由透平膨脹機提供的冷量使之液化，再進行精餾提純，從而獲得所需的產品氧氣、氮氣。

1 故障現象

1.1 空壓機EIZ112-4 進口導葉異常關閉故障

2019年4月16 日20：45分，空壓機正常運行過程中，突然聲音異常，發生喘振，放空閥和防喘振閥全開，逆止閥關閉，引起增壓機聯動喘振，防喘振閥全開，空分后續系統連鎖停車。

1.1.1 原因分析及處理

①操作人員誤操作。查看DCS 操作記錄，發生喘振當時沒有操作，故排除誤操作原因。

②設備執行機構故障。檢查設備執行機構及導葉均正常，排除執行機構原因。

③儀表氣源壓力低或波動原因。檢查空壓機導葉儀表氣源壓力一直穩定在0.45MPa，無波動，排除儀表氣源原因。

④空壓機導葉定位器原因。經電氣、儀表綜合會商，綜合分析認為是由于空壓機導葉定位器內部元件故障引起導葉誤動作導致異常關閉，從而引起喘振連鎖停車。

原因確定后儀表人員對定位器進行更換，調試正常后投用，無異常。

1.1.2 預防措施

本次事故是由于智能定位器的突發故障引起的，對定位器進行返廠檢測，廠家也沒有給出明確的定論，只能定性為偶然事件。針對電子儀表元器件，常規的現場檢查并不能發現其內在的缺陷，預防此類似的問題只能根據儀表使用位置的重要性制訂合理的更換周期定期進行更換，預防因設備老化引起的故障。

1.2 增壓機EBZ45-7進口調節閥波動引起增壓機喘振

2019年12月29 號10：15分，由于后系統降負荷，空分崗位相應地做減負荷操作，在此過程中引起增壓機進口流量波動，進口調節閥反饋先從48%關至45%然后又開至47%，流量從105000m3/h 降至89000m3/h，引起喘振，導致進口膨脹機和高、低壓液氧泵連鎖跳車。

1.2.1 原因分析及處理

①操作人員誤操作。經事后查看DCS 操作記錄，中控當時給的指令是進口調節閥關1%，由48%關至47%，無不當指令，誤操作排除。

②儀表氣源壓力低或波動原因。檢查儀表氣源壓力一直穩定在0.45MPa，無波動，排除儀表氣源原因。

③閥門氣動執行機構故障。經分析閥門沒有根據操作指令動作，而是在目標值周圍波動，經咨詢廠家，綜合分析認為是增壓機進口調節閥所配氣動執行機構氣缸偏小，扭矩不夠，導致閥門不能一次準確執行到位，在目標指令附近來回波動，引起增壓機流量波動，進氣不足，發生喘振。

由于當時不具備停車更換氣缸條件，將增壓機進口調節閥執行機構切換至油動狀態，手動調節，待停車檢修時對氣缸進行更換。

1.2.2 預防措施

本次事故是由于增壓機在設備選型時考慮不周審查不嚴導致閥門與氣動執行機構不匹配造成的，平時一般的巡查檢查很難發現，故在建設初期應加強設備設計審查、到貨驗收等管理，認真與設計參數核對，并留有余量，避免事后出現問題，給生產帶來重大損失。再者，加強開停車管理、加減負荷管理，嚴謹、科學規范、審慎操作，在減負荷時，盡量通過開防喘振閥和放空閥調節，避免關進口調節閥操作，極易引導增壓機發生喘振。首先考慮的是開增壓機防喘振閥，其次是開放空閥，最后才是關進口調節閥，所有的操作都是基于機組在正常運行的前提下進行，如果這一點無法保障，其他的都將無從談起。

1.3 汽輪機凝汽器熱井液位異常波動

在2017年到2020年期間，汽輪機正常運行時，凝汽器熱井液位多次出現波浪狀波動。因為熱井液位是維持汽輪機真空度的重要參數，通常熱井液位要求控制在20%～80%，通常設置為45%或者50%。熱井液位過高超過80%時會引起備用凝結水泵自啟動，雙泵運行，目的是將液位盡快降下來；液位過低低于20%凝結水泵凝液送出閥會自動關閉，凝液回流閥自動打開，凝液全部打循環，以防止凝液被抽空，導致汽機真空度被破壞。

1.3.1 原因分析及處理

（1）汽輪機熱井液位顯示為虛假值，引起自動控制系統紊亂。經現場操作工核對遠傳熱井液位和現場就地液位，發現現場熱井液位波動幅度較小，后將熱井液位自動調節切換至手動控制狀態時，熱井液位幾乎不波動。并請儀表檢查熱井遠傳液位計，確認液位計顯示為真實值，熱井液位確實在波動，故顯示虛假值的情況排除。

（2）汽輪機工況波動，抽汽和凝氣比例負荷發生變化引起排氣壓力、熱井液位波動。檢查DCS 歷史曲線圖，發現汽輪機負荷沒有發生明顯改變，抽汽和凝氣比例負荷、排氣壓力均變化不明顯，排除外界波動引起熱井液位波動。

（3）熱井遠傳液位計安裝不垂直，導致浮筒式液位計內浮筒與筒壁的間距不一致，有輕微的傾斜，在熱井液位變化引起浮筒浮動時出現輕微卡頓，等浮力變化足夠大時又突然浮起，造成液位計滯后顯示的假象。

（4）汽輪機凝汽器循環水側結垢。循環水水質不良，在冷凝管內壁沉積了一層軟質的有機垢或結成硬質的無機垢，嚴重地降低了冷凝管的傳熱能力，并減少了冷凝管的傳熱面積，造成熱井內汽液共存，汽液夾帶，引起熱井液位波動。

（5）凝汽器循環水量不足，換熱不徹底，引起熱井液位波動。經檢查，凝汽器循環水流量、壓力無明顯變化，溫度正常，在設計進水32℃，回水42℃范圍之內，故排除該原因。

最后分析鎖定原因為凝汽器遠傳熱井液位計安裝不垂直，引起浮筒卡頓和凝汽器循環水側結垢。將遠傳熱井液位計隔離出來，現場人工盯防就地液位計，對熱井遠傳液位計的安裝垂直度進行校對重新安裝，確保垂直，并更換浮筒稍大的液位計。待停車檢修時對凝汽器循環水側進行開蓋檢查并徹底清洗后投用，熱井液位恢復正常。

1.3.2 預防措施

熱井液位波動給汽輪機組安全穩定運行帶來不可知的風險和巨大挑戰，所以在設備安裝的時候要嚴把質量關，有些細小的問題在初期顯不出問題，到后期和多種因素疊加影響就出來了。再者聯系上游工序，嚴把循環水的質量，保障水質的潔凈度，定期對凝汽器循環水側進行清洗，并記錄分析比對凝汽器循環水進、出水壓力，溫度變化，汽輪機排氣溫度和循環水出水溫度溫差的變化，及時采取相應的應對措施。

1.4 TC200/45-AS進口膨脹劑凍堵和軸振動大連鎖跳車

A 事件.2019年7月16日空分檢修完畢，準備開車，開至TC200/45-AS 進口膨脹機時，通加溫氣吹除，發現膨脹機膨脹端吹除閥不出氣，進一步拆閥檢查，發現管道里有冰，已全部堵死。

B 事件.2019 年8 月26 日14 時15 分，膨脹機具備啟 動 條件，手動分析項目均合格：下塔露點-66.6℃，膨脹機增壓端露點-65.2℃，膨脹機膨脹端露點-65.1℃，膨脹機增壓端后換熱器露點-65.1℃，膨脹機膨脹端渦殼吹除閥處露點65.2℃，密封氣出口露點-65.1℃。

16時53分啟動膨脹機，振動8μm；17時13分00秒轉速升至16800r/min，振動報警27μm；17時15分00秒轉速升至17925r/min 時振動過大32.5μm聯鎖停機。

17時16分重新啟動膨脹機，振動8μm；17時30分轉速升至16000r/min，振動22μm。因振動持續過大，膨脹機維持低負荷運轉。

1.4.1 原因分析及處理

A 事件中，膨脹機發生凍堵原因主要有以下幾點：

①在停車時沒有嚴格按照停車規范操作停車，認為是短期停車，膨脹機密封氣沒有斷開，密封氣是小空壓機提供的壓縮空氣，不能除去空氣中的二氧化碳、碳氫化合物、乙炔等，只能部分除去空氣中的水分，露點-45℃，合格標準露點-70℃。

②主裝置雖已停車，但高壓板式主換熱器內還留存有大量的冷量，溫度-130℃，如果閥門關不嚴，空氣漏進膨脹機膨脹端造成結冰；另外二氧化碳凝固點-78.5℃，在-130℃的條件下完全結冰，造成凍堵。

③膨脹機增壓段出口換熱器漏，造成空氣帶水凍堵，經分析排查，換熱器完好，排除此原因。

發生凍堵之后，采用通熱空氣、蒸汽和加溫氣等手段對膨脹機進行消凍。徹底解凍、置換合格后，重新組織開車，膨脹機運行正常。

B 事件中，膨脹機軸振動大原因分析及處理：

①膨脹機增壓端出口換熱器內漏，工藝氣體含水變大，經分析換熱器完好，排除內漏。

②工藝氣體露點不合格。查看開車工藝氣體露點分析記錄，沒有達到膨脹機說明書要求指標（-70℃），只是按操作規程標準置換，導致置換不徹底。

③膨脹機軸動平衡不良，嚴格按照說明書操作后軸振動恢復正常，此項也排除。

④膨脹機潤滑油質量差。經分析，油品質良好，各項指標符合膨脹機油品質量標準。

⑤停車期間，無盤車機構，沒有盤車。

2019年7月26 日22時08分停膨脹機運轉，加溫復熱。

27日2時00 分膨脹端露點分析合格-69.1℃。

2時23分重新啟動膨脹機，振動8μm。

2時52分升至額定轉速21850r/min，振動12μm。膨脹機恢復正常，運行平穩。

1.4.2 預防措施

膨脹機是空分的關鍵設備，其運行狀態將直接影響空分裝置總體的運行，所以必須嚴格按說明書操作，置換徹底。為預防事故必須嚴格做到以下幾點：

①開車前，嚴格各項檢查，通密封氣必須是干燥和干凈的氣體，露點：-70℃。

②潤滑油溫度低于15℃，不要啟油泵，開油加熱器加熱，油溫不能超50℃，符合條件后，油泵運行3h 后才能開車，最少得運行30min 以上。

③為避免開車時產生過大的軸向推力，膨脹機啟動時應確保壓縮機的旁通閥（喘振閥）是打開的和快速關閉閥是關閉的。壓縮機的入口壓力應保持在低壓力狀態，具體如下：

對于直徑低于55mm 的軸承，壓縮機進口和膨脹機出口壓差必須低于15bar。

對于直徑大于55mm 的軸承，壓縮機進口和膨脹機出口壓差必須低于8bar。

④啟動膨脹機時，按下膨脹機的啟動按鈕并進行觀察：

快速關閉閥是打開的，渦輪機的入口處壓力計的壓力指示應升高，渦輪機在低速下開始旋轉（由于噴嘴的泄漏），以2%的增加度慢慢地打開噴嘴，使達到的速度超過“SSLL”中的設定速度，允許設備通過 1～2h 慢慢冷下來（避免快速冷卻）。

⑤嚴格按說明書操作和分析、維護、保養膨脹機。

2 總結

空分裝置從試車到現在運行的4a 多時間里，每次異常工況和故障都留下了深刻的教訓。由于設計、安裝、審查等把關不嚴，操作不規范，經驗不足等原因，影響和制約了裝置的高效安全穩定運行，本文只是就眾多問題中的部分進行了分析探討，應該不斷地總結經驗教訓，不斷提高操作水平，以及發現問題、分析問題、處理問題的能力，才能保障裝置安、穩、長、滿、優運行。