霧化空氣壓縮機故障處理與更新改造

李羅真， 孫豐澤

(海洋石油富島有限公司， 海南東方 572600)

中海石油化學股份有限公司海南富島化肥一期尿素裝置，采用意大利斯納姆公司的氨汽提尿素生產工藝以及海德魯流化床大顆粒尿素生產工藝，設計產能為1765 t/d，主要生產粒徑為2.0～4.8 mm的大顆粒尿素。該裝置自1996年10月投產以來已連續運行近26a，其間霧化空氣壓縮機(K-151)多次出現故障。分析其產生的原因，并提出改進措施和操作優化，保證設備的安全穩定運行。

1 霧化空氣壓縮機工藝流程

環境空氣經過霧化空氣過濾器濾網后，進入霧化空氣壓縮機，空氣被壓縮后進入霧化空氣加熱器加熱至129～135 ℃，送入每一組霧化空氣噴嘴，使尿液霧化形成極細霧點噴涂到晶種表面。經過一定的造粒時間，晶種長大到規定尺寸[1]。霧化空氣加熱器為翅片管式換熱器，材質為碳鋼，殼側走的是空氣，管程走的是蒸汽。正常生產中，采用壓力為2.15 MPa的中壓飽和蒸汽對霧化空氣風機提壓的空氣進行加熱，蒸汽冷凝液通過中壓冷凝液管線回收到蒸汽冷凝液儲槽。霧化空氣壓縮機若發生故障，直接影響尿液霧化效果，導致尿素結塊，粉塵量增大，水含量升高，造粒系統工況惡化。霧化空氣壓縮機工藝流程示意見圖1。

圖1 霧化空氣壓縮機工藝流程圖

2 故障分析及處理

2.1 霧化空氣壓縮機進口葉片損壞

2007年6月18日23:54，霧化空氣壓縮機振動值上漲，現場確認風機聲音異常，主控指令現場手動停運霧化空氣風機；23:58時，現場手動停霧化空氣風機。經停車后解體檢修，確認進口風門葉片斷裂，導致葉輪葉片端部磨損約12 mm，設備被迫解體大修[2]。分析原因如下：

(1) 葉片焊接處應力大，霧化空氣壓縮機進口導葉組件由11套導向葉片圓周均勻分布構成。單片葉片設計成倒扇形，在轉軸中心位置沿軸向開有豎槽，葉片插入豎槽中，采用焊接方式進行連接。轉軸通過連桿鎖緊螺栓固定在風機進口執行機構上，導致葉片單面承受風力載荷。從力學角度看為懸臂梁受力，葉片焊接處應力較大。

(2) 葉片和轉軸的材質為304不銹鋼，強度較差。

(3) 本裝置處于海洋性氣候地區，空氣中富含的氯離子對不銹鋼的鈍化膜有較強腐蝕作用。

(4) 本次事故發生前，霧化空氣壓縮機在風門關閉的狀態下運行了較長時間，加大了葉片單方面受力。

處理措施：

(1) 把葉片和轉軸的材質更換成2Cr13，提高其抗疲勞強度。

(2) 葉片豎槽直邊處加工倒圓角，減少葉片受到的應力。

(3) 風機啟動后，電機電流恢復正常，風門要及時脫離小閥位狀態，盡量將風門調整至正常生產位置。嚴禁在風機啟動后長時間關閉風門。

(4) 風機在啟動過程中，主控要聯系現場崗位確認風機振動情況。

(5) 改造霧化風機防喘振系統控制方式，在造粒機保料運行、排料、返料等情況下，通過手動打開出口放空閥方式控制出口壓力，同時保證入口風門保持一定開度。

經過以上措施后，霧化空氣壓縮機進口導葉運行良好。

2.2 霧化空氣加熱器結垢變形

2017年12月，工藝人員發現霧化空氣換熱器蒸汽控制閥在自控狀態下逐漸開大。特別是環境溫度低時，即使蒸汽控制閥在全開狀態下，仍然不能滿足工藝需求。為了使霧化空氣溫度達到129～135 ℃，工藝人員采取了在蒸汽控制閥全開的情況下，同時開蒸汽控制閥副線閥來調節溫度，可以滿足生產需要。1個月后，全開蒸汽主線和副線閥，霧化空氣溫度在白天氣溫升高時可以達標；到晚上環境溫度下降時，必須開蒸汽冷凝液疏水器副線來提高溫度，導致蒸汽直接進入中壓冷凝液管線中，造成管線帶動蒸汽冷凝液儲槽一起晃動，為裝置安全運行埋下較大隱患。

2018年3月，尿素裝置計劃停車檢修，安排對霧化空氣加熱器檢修。將霧化空氣加熱器吊到地面后，檢查發現換熱管存在大量結垢現象(見圖2)，導致換熱效率嚴重下降，無法滿足工藝需求[3]。分析原因如下：

圖2 霧化空氣加熱器換熱管結垢

(1) 霧化空氣進口濾網破損，空氣中粉塵進入風道中，導致加熱器表面翅片結垢。

(2) 風機進出口管線及進口消音器、過濾器固定殼體材質都是碳鋼。由于使用年限過久，表面防腐層脫落后生銹，部分鐵銹脫落后附著在加熱器翅片上。

(3) 該加熱器位于距地面10 m高的位置，沒有觀察孔，日常檢查維護不方便。大修期間用水射流對加熱器進行清洗，清洗不徹底。隨著設備運行時間延長，加熱器結垢情況越來越嚴重，最終導致霧化空氣溫度難以達標。

處理措施：

(1) 將設備吊到地面，先用水射流清洗翅片表面附著物。

(2) 把加熱器放到上方敞口的儲槽內，加入公用水和高級空調設備翅片洗滌劑，浸泡1 h左右，將洗滌液排放到清污分流系統內，避免污染環境，最后用清水將加熱器沖洗干凈。

(3) 加強日常維護，發現進口濾網故障后及時更換。

(4) 采購新備件，將風機進口消音器、過濾器固定殼體的材質更換成不銹鋼。

(5) 更換風機進口空氣過濾器，采用精密度更高的空氣過濾器，進一步減少進入風機的空氣粉塵量。

2018年4月，尿素裝置恢復正常生產，霧化空氣加熱器蒸汽調節閥恢復到正常閥位，霧化空氣溫度達標。

2.3 霧化空氣壓縮機油冷器換熱效果差

霧化空氣壓縮機潤滑油系統由油箱、主輔油泵、油冷卻器、油過濾器等組成。其流程為：油箱→油泵(P155/P156)→油冷器→油過濾器→進入各潤滑點。潤滑油系統流程見圖3。

T-155—油箱； P-155—主油泵； P-156—輔油泵； E-154A/B—油冷器； S-154A/B—油過濾器； L-150—造粒機； K-151—霧化空氣壓縮機。

正常情況下，工藝人員控制霧化空氣壓縮機潤滑油溫度為45 ℃。2019年后，潤滑油溫度逐漸超出正常控制范圍，最高達到69 ℃，導致霧化空氣壓縮機止推軸承溫度最高達到79 ℃。當止推軸承溫度為110 ℃時，K151聯鎖跳車。

原因分析：

(1) 裝置停車檢修時，對油冷器(E-154A/B)解體時發現，列管結垢銹蝕嚴重(見圖4)，導致換熱效率嚴重下降，無法滿足工藝需求[4]。

圖4 油冷器換熱管結垢銹蝕

(2) K151油冷器循環水側處于裝置末端，油冷器冷卻水進出口壓差小，冷卻水流速慢，換熱效率低。

(3) 雖然大修期間用水射流對油冷器進行清洗，但清洗效果不佳，隨著設備運行時間的延長，加熱器結垢情況越來越嚴重。

處理措施：

(1) 當霧化空氣壓縮機止推軸承溫度達到78 ℃時，工藝人員對油冷器循環水側采用正沖或反沖的方式，加快循環水流速，提高換熱效率。溫度下降5 ℃時，停止正沖或反沖作業。

(2) 對油冷器循環水側進行改造，從循環水回水總管接一根管線引至附近污水井，當潤滑油溫度高時，采用連續排放循環水的方式，提高換熱效率，降低潤滑油溫度。

(3) 加快推進油冷器更新換代速度，采購新換熱器。

通過以上措施，霧化空氣壓縮機潤滑油溫度處于可控范圍。

3 其它改造

為了進一步保證霧化空氣壓縮機安全穩定運行，工藝人員還進行以下改造。

(1) 對電機溫度聯鎖進行改造，繞組溫度聯鎖從3選1變成3選2，前后軸溫度從單點聯鎖變成2選2，避免溫度誤報造成霧化空氣壓縮機跳車。

(2) 對開停方式進行聯鎖更改，設定為霧化空氣壓縮機停運時出口放空閥自動全開。出口放空閥開度在95%以上時，霧化空氣壓縮機才具備允許啟動條件。

(3) 針對溫度探頭端子容易銹蝕導致誤報情況，將金屬端子更換成陶瓷端子，進一步保證溫度的可控性。

(4) 對霧化空氣壓縮機防護頂棚進行改造，增強防水功能，避免雨水進入潤滑油系統損壞儀表附件；同時將霧化空氣壓縮機開關按鈕移至空曠區域，方便工藝人員操作。

4 改造效果

經過以上相關改造，目前霧化空氣壓縮機運行良好，有效保證了造粒裝置安全穩定運行。

5 結語

對霧化空氣壓縮機故障的原因進行分析，并對其進行更新改造。一系列措施對維護好霧化空氣壓縮機有一定的指導意義，進一步保證了裝置的安全穩定運行。