空氣壓縮機氣體出口溫度異常原因分析及處理措施

高 威，賈 丹，李艷芳，郭韶華

(河南能源開祥精細化工有限公司，河南 義馬 472300)

0 前言

開祥精細化工是2005年引進的KDONAr-28000/10000/1000型空分設備。采用深度冷凍法全低壓生產工藝進行空氣分離制取氧、氮、氬氣體。裝置將空氣壓縮機提供的加壓空氣，經預冷、純化，利用膨脹制冷原理提供的冷量使空氣液化，在精餾塔內根據各組分的沸點不同進行精餾，從而獲得所需的氧、氮、氬產品。由于空壓機組位于本流程的源頭，它的運行好壞直接影響到整個裝置的安全穩定，是保證整個生產裝置穩定的關鍵所在。

本廠空氣壓縮機是由汽輪機進行驅動的離心式壓縮機，簡稱空壓機。空壓機型號為RIK100-4(1+1+1+1)，由陜西鼓風機廠制造。空氣經過四級壓縮，三段冷卻(內置冷卻器)后，將加壓空氣送至空分裝置。空壓機氣體出口溫度設計97 ℃，自2016年開始空壓機氣體出口溫度經常發生超溫現象，最高達到110 ℃左右。運行期間由于空壓機氣體出口溫度頻繁超溫，出現過空壓機平衡盤泄漏量增大、出口壓力低、氣量小，造成系統無法高負荷運行的情況。歷年檢修對空壓機拆檢也發現過空壓機平衡盤金屬軟密封(材質為巴氏合金)融化變形的情況，嚴重影響系統負荷及機組安全運行。

1 超溫事件經過及原因分析

本廠空壓機氣體出口溫度設計97 ℃，冬季正常運行期間，空壓機氣體出口溫度能夠控制在97 ℃以下，但夏季環境溫度高，經常性發生超溫現象。2021年1月11—15日，空壓機氣體出口溫度由97 ℃上升至107.7 ℃。當時大氣環境溫度-2～2 ℃，6臺循環水泵和9臺風機運行，空壓機氣體出口溫度仍然出現嚴重超溫。冬季循環水系統正常啟動5臺泵7臺風機，在相同負荷下與同期進行對比，發現此工況明顯異常。現對影響空壓機氣體出口溫度的因素進行分析，主要有以下幾個方面。

1.1 內置冷卻器翅片老化

2016年4月，空壓機的氣體出口溫度上升至104 ℃。同年5月大修期間，空壓機拆開后發現內置冷卻器翅片老化嚴重，出現大量脫落現象。換熱器翅片間夾雜著大量粉末狀物質，嚴重影響換熱器換熱效果。其中二、三級內置冷卻器翅片老化最為嚴重，對其更換后空壓機氣體出口溫度降至94 ℃左右。空壓機共設有6個內置冷卻器，目前已更換了其中5個。一級南側換熱器未更換，換熱效果較差，一定程度上影響空壓機氣體換熱。

1.2 內置冷卻器水側存在氣體

空壓機換熱主要依靠內置冷卻器循環水進行換熱，如果內置冷卻器水側存在氣體，則影響換熱效果。對換熱器水側進行排氣后，氣體出口溫度未發生明顯變化。同時對換熱器進行了查漏，也未發現漏氣現象。本次空壓機氣體出口溫度快速上升，排除換熱器水側存在氣體的情況。

1.3 換熱器列管堵塞

根據歷年換熱器拆開清洗情況，發現經常出現塑料袋、塑料片、水垢等雜物堵塞內置冷卻器循環水進口列管的情況，造成進水量較小，影響換熱器換熱效果。由于機組運行期間，換熱器無法進行檢查和清洗，此次氣體出口超溫不排除換熱器進口堵塞的可能。

1.4 儀表問題

空壓機氣體出口溫度采用的是遠傳溫度進行監控，信號在傳輸中可能受到干擾或線頭氧化，導致信號傳輸錯誤。經電儀人員現場檢查和測溫，排除儀表故障。

1.5 換熱器循環水閥門故障

空壓機內置冷卻器直排循環水池管線需進行檢修，工藝人員將三級內置冷卻器回水切至循環水總管。由于回水閥門是球閥，長時間未進行操作，開關比較困難，在操作過程中工作人員存在暴力開關的情況。當三級內置冷卻器回水再次切為直排循環水池管線后，空壓機氣體出口溫度未發生下降情況，懷疑閥門開關不到位。中控人員觀察氣體出口溫度，現場人員對三級回水球閥進行檢查。經過排查發現此閥門指示全開，而實際未全開。將此球閥恢復全開后，空壓機氣體出口溫度下降了1.5 ℃。由此可看出，循環水閥門開關不到位，也是影響換熱的因素之一。

1.6 空壓機負荷大

經過對比近2個月空壓機數據，發現負荷對換熱器的換熱效果影響較小。自2021年1月11日開始，在同等負荷及氣量下，氣體進口溫度和循環水溫均下降，而氣體出口溫度不降反升，并呈逐步升高趨勢，同時凝汽器真空升高比較明顯。凝汽器和內置冷卻器循環水為同一根總管，兩個換熱效果同時下降，說明是循環水或換熱器的問題，排除空壓機負荷大、氣量高對換熱器的影響。

1.7 循環水問題

空壓機換熱主要依靠循環水進行換熱，循環水溫度、壓力及水質對內置冷卻器換熱效果影響比較大。需要對換熱器換熱數據進行分析，對水溫、水壓及水質進行排查。

由于空壓機操作畫面未設有循環水壓力監控點，無法判斷循環水壓力是否有明顯變化。在6臺水泵正常運行的情況下，再啟動1臺循環水泵，提高循環水壓力，增大流速，觀察換熱器換熱效果。經過實際觀察，循環水壓力提高后，換熱效果未發現好轉，排除循環水壓力低對換熱器的影響。

現場實測換熱器循環水的上水溫度在21 ℃左右，循環水溫度正常。通過對比循環水溫差，發現換熱器溫差略微下降，特別是三級內置冷卻器下降比較明顯。從循環水溫差上可以判斷出，換熱器換熱效果下降，存在換熱器列管結垢的情況。數據對比見表1。

表1 換熱器循環水數據分析

從表1可以看出，內置冷卻器和凝汽器真空均是從2021年01月11日開始出現換熱效果差，氣體出口溫度快速上升的情況。結合歷年出現過循環水水質差，造成換熱器列管附有一層黑色黏稠狀物質，換熱器換熱效果差，基本上可判斷出循環水水質存在問題，造成兩臺不同的換熱器出現換熱能力下降的情況。

2 針對空壓機氣體出口超溫采取的措施

根據上述研究和分析，基本可以確認造成空壓機氣體出口溫度超溫的原因是循環水水質問題。水質惡化造成換熱器列管結垢，換熱效果差，引起空壓機氣體出口超溫。空壓機出口溫度已達107.5 ℃，如果溫度持續上漲，則很容易造成空壓機零部件損壞，空壓機被迫停車大修。如果停車處理，對公司生產經營影響較大。

針對這一情況，采取措施如下：①打開空壓機內置冷卻器回水就地直排導淋，降低循環水回水壓力，增大上回水壓差，提高換熱效果，降低空壓機氣體出口溫度。②對空壓機內置冷卻器進行在線反洗。將空壓機內置冷卻器循環水的上水閥門快速關閉，然后立即打開內置冷卻器循環水的上水閥后就地導淋。利用循環水回水對內置冷卻進行反沖洗，將內置冷卻器內雜物和水垢從就地導淋處沖洗出來。如果換熱器上水管線無就地導淋，可以聯系專業在線開孔隊伍進行帶壓開孔。③根據水垢及循環水分析指標，合理地調整循環水藥劑的配方，加強殺菌力度，提高水垢剝離效果，減少微生物對換熱器的影響。本次主要添加的藥劑為非氧化殺菌滅藻劑、黏泥剝離劑，將循環水中的黏泥和菌藻分解和剝離。1月16日加藥后循環水電導率和濁度明顯增加，剝離效果較好，余氯含量逐漸上升。避免大量細菌的滋生，日常必須控制好余氯的含量，建議余氯的含量>0.2 mg/L。循環水數據對比如表2所示。

表2 2021年1月循環水水質指標對比

3 結果驗證

通過對空壓機內置冷卻器進行在線反洗，換熱器排出大量黑色黏稠狀物質和少量塑料。空壓機出口溫度由105.8 ℃立即下降至97.6 ℃，效果明顯。通過對污垢進行分析，發現主要是微生物過多產生的黑色粘泥。這些粘泥沉積在換熱器的列管表面，影響了傳熱效果。

在對循環水系統添加阻垢劑和剝離劑后，空壓機氣體出口溫度呈逐漸下降趨勢，達到設計值97 ℃以下。通過以上方法，驗證了因循環水水質問題造成換熱器換熱效果差的情況，找出了空壓機氣體出口超溫的原因，證實了處理措施的及時有效性，保證了機組和生產系統的穩定運行。

4 結束語

空壓機氣體出口溫度超標，不僅影響空壓機負荷，同時易造成設備零部件損壞，嚴重制約生產系統安全穩定運行。工作人員必須做好日常數據收集，對出現的異常情況能及時分析原因，有針對性地排查處理，保證系統安全穩定運行。