膨脹機入口過濾器壓差升高的原因排查和處理

邊峰 王力

摘要：簡介42000Nm3/h空分設備及膨脹機系統流程，詳細分析了空分設備膨脹機入口過濾器壓差升高的原因分析，并提出了解決辦法。

關鍵詞：空分設備及流程;膨脹機入口過濾器壓差高;解決辦法

陜西延長中煤榆林能源化工有限公司建有世界首套煤、油、氣綜合利用項目裝置，生產60萬噸/年聚乙烯（PE）和60萬噸/年聚丙烯。與其配套的空分裝置采用法液空技術，兩套空分為KDON42000/30000，采用汽輪機驅動，空氣壓縮、增壓一體機組、常溫分子篩空氣凈化、液氧內壓縮、下塔抽取壓力氮氣、中壓增壓透平膨脹機、膨脹空氣進下塔、規整填料精餾塔等先進的空分單元，其核心控制系統由ITCC、DCS、GDS和SIS系統共同完成。該空分項目于2013年12月28日機組聯動試車，2014年3月15日產出合格氧氮產品。

1 膨脹機系統

出分子篩空氣分四路：第一路作為空分裝置自供儀表空氣。第二路作為空分裝置加熱空氣。第三路空氣經低壓主換熱器進入下塔。第四路空氣進入空氣增壓機進行四級壓縮，從一段抽出空氣作為全廠儀表空氣送出。空氣增壓機末級出來的空氣分成兩股：其中一股空氣經過透平增壓機繼續增壓，通過高壓換熱器和節流閥門后進入下塔。而另一股空氣在高壓換熱器里被冷卻從高壓換熱器中部抽出進入透平膨脹機經過膨脹后與來自低壓換熱器的空氣匯合進入下塔。

2 事故現象

2020年9月15日，1#空分檢修后運行十余天，操作人員發現空分膨脹機入口過濾器壓差PDI7491由正常的5-8KPa上漲到48KPa，膨脹機入口過濾器壓差設計為：50KPa報警，60KPa聯鎖，查看其趨勢圖，從膨脹機啟動后過濾器壓差就一直緩慢上漲。

3 事故原因排查

膨脹機前過濾器壓差上漲期間，換熱器熱端溫差以及中部溫差都正常，我們立即組織技術人員進行排查，現在結合以下膨脹機系統簡圖，分析排查如下：

（1）膨脹機過濾器壓差PDI7491儀表故障

聯系儀表工，儀表對壓差變送器外觀檢查、內部檢查、密封性檢查、絕緣性檢查、校準后都正常，排除儀表故障。

（2）空壓機進口空氣中二氧化碳含量超標

空氣質量不好，后系統低溫甲醇洗裝置排放的尾氣量大、且CO2含量較高為，氣量約為62000Nm3/h，其中CO2含量約為80%左右，排放口在空分的正北方向，距離空壓機吸入口不足400米，但近段時間幾乎沒有北風，空壓機進口空氣中二氧化碳含量580PPm（設計600PPm）且分子篩后二氧化碳含量AI1239正常，聯系分析工標定在線分析儀表正常，排除此原因。

（3）分子篩蒸氣加熱器泄漏，造成再生氣露點不合格

低壓塔抽出的污氮氣經蒸汽加熱器加熱到160℃后作為分子篩吸附器的加熱再生氣。用便攜式露點分析儀進行檢測與在線露點儀MI1258數據相近，顯示再生氣露點為-75℃，說明蒸汽加熱器正常，沒有發生蒸汽加熱器內漏現象。

（4）HV1500管線有機械雜質

膨脹機機前溫度的控制，是通過膨脹機流量、膨脹機增壓端高壓空氣量以及返流污氮氣流量調節，流程中設計了高壓板式換熱器旁路閥門HV1500，通過旁路管線增加常溫空氣來調節膨脹機機前溫度在正常范圍，在近段時間通過此閥門調節過膨脹機機前溫度，此管線為DN40，懷疑此管線吹掃不干凈，機械雜質進入膨脹機前過濾器處，造成機械雜質堵塞，通過關、開此閥門后，觀察膨脹機前過濾器壓差還是按照原來的斜率上漲，于是排除了HV1500管線有機械雜質造成膨脹機入口過濾器堵塞的原因。

（6）增壓機換熱器泄漏

四級增壓機換熱器泄漏，雖然氣側壓力高于水側壓力，但循環水一般首先投用，有可能水先泄漏進氣側，隨著導氣開車，干空氣慢慢吸濕變成飽和空氣進膨脹機，造成過濾器壓差升高。用便攜式露點儀分析AP7219、AP7419處露點與在線儀表顯示基本一致，另外水側檢查沒有氣漏進的現象，所有不存在換熱器泄漏情況。

（7）增壓機補氣閥門故障

增壓機正常時候入口壓力為0.43MPa，機組開車前需要給增壓機缸體、級間管線和相連接管線補氣，補氣氣源為空干站來工廠空氣，空干站氣源壓力為0.68MPa、露點≤-40℃，當閥門故障時候補氣不斷進入，此股空氣露點低且其中二氧化碳含量在600PPm左右，因為高壓換熱器空氣通道比過濾器孔徑大，這樣會造成膨脹機前過濾器壓差逐漸升高，經過排查閥門一直可以輕松的關，且在AP7249處分析空氣中二氧化碳含量為300PPm，于是判斷此閥門閥桿斷裂或者閥頭脫落，空干站空氣進入是造成膨脹機前過濾器壓差升高的原因，主要為二氧化碳堵塞。

4 處理措施及經驗教訓

（1）及時將補氣管線前端閥門關閉，膨脹機前過濾器壓差穩定在52KPa不再上漲，故障閥門后有止逆閥，于是更換了故障閥門，拆檢后確定是閥桿斷裂。

（2）利用后系統單套短停機會停1#空分冷箱，關閉膨脹機出口閥門，利用互聯互通的加溫氣對膨脹機進行單體加溫，復熱至-20℃停止復熱，二氧化碳可以全部排出，之后恢復冷箱系統開車產品外送，膨脹機過濾器壓差顯示7.5KPa，共用時6個小時，，沒有影響后系統加負荷運行。

（3）組織全體人員對該事故進行學習，吸取事故教訓，加強工作責任心，發現工藝參數異常及時匯報排查原因。

（4）單體復熱注意事項

a、確認所有調節閥的儀表氣源正常投用;

b、確認外供密封氣、外供冷卻水正常投用;

c、確保膨脹端和增壓端空氣通路隔離;

d、選擇加溫啟動，膨脹機啟動命令發出后，速關閥打開，手動打開導葉，以SI7410無轉速為準，觀察膨脹機的升溫速率，通過導葉開度控制加溫氣氣量，緩慢對膨脹機進行加溫。

結束語：

大型煤化工企業中空分設備的安全運行尤為關鍵，一旦發生故障，對后序裝置的穩定運行影響很大。目前空分設備運行還存在汽輪機軸承溫度斷線，變速箱軸承溫度偏高以及粗放式管理等隱患，在今后的工作中不斷總結和改進，吸取經驗教訓，做到精細化管理，加強工作責任心和操作技能的培訓，確保空分長周期穩定安全的運行。

參考文獻：

[1]李化治 最新制氧新工藝與制氧設備安裝調試、操作維護及故障處理和安全生產技術實用手冊[M].北京：冶金工業出版社，2005：230.

[2]巫志鵬，林景喜，葛春濤.化工區空分裝置運行中的主要安全問題與對策[J].安全，2013，（3）：11-13.