6000 m3制氧机空气/污氮气预换热器故障分析与处理

付常军

（西宁特殊钢公司能源分厂，青海西宁810005）

6000 m3制氧机空气/污氮气预换热器故障分析与处理

付常军

（西宁特殊钢公司能源分厂，青海西宁810005）

西宁钢厂发生一起由于空气/污氮气预换热器泄漏导致的制氧机停机事故，介绍了故障经过，详细分析了事故原因，提出了处理措施。

空气/污氮气预换热器；泄漏；分析；处理

1 前言

西宁特殊钢公司6000 m3/h制氧机是开封空分集团制造生产，流程为分子筛预净化，全精馏无氢制氩，于2000年10月1日建成投产，运行期间一直比较稳定，近期连续发生了2次运行时间只有4个月左右被迫停产系统加热的情况，给公司的生产运行产生了很大的影响，笔者针对产生的原因进行了系统的分析，彻底解决了问题。

2 工艺流程简介

原料空气在袋式过滤器（AF）中除去灰尘和机械杂质后，进入空气透平压缩机（ATC）压缩，然后通过空气预换热器（E）换热后从空气冷却塔（AC）的下部进入，从顶部出来进入交替使用的分子筛吸附器（MS）吸附掉空气中的水分、二氧化碳、乙炔和碳氢化合物等杂质，净化后的空气进入分馏塔内制取合格的氧气、氮气、氩气和污氮。从塔内引出的污氮一部分通过空气预换热器换热后进入电加热器作为分子筛再生气体，其余气体送入水冷却塔（流程简图如图1）。

空气预换热器主要参数如表1。

表1 空气预换热器主要参数

3 故障经过

2013年7月2日由于对6000 m3/h制氧供电系统线路进行切换倒闸工作而临时停机。11：00当班操作员按照停机操作规程工序进行了正常的停机操作，并关闭相应的阀门。到18：10分启动空压机，顺利启车后，按照操作规程逐步向分子筛系统导气，当压力稳定后打开空气进主换热器阀门，将空气送入精馏塔进行调纯操作。到23：00氧气纯度合格并启动氧气压缩机供气，氧气产量4500 m3/h。3日2：00，操作员发现氧气主换热器的中部温度下降，自2：00到6：00期间中部温度由-105℃下降到-147℃，热端温度同时也在下降。空气加工量由32000 m3/h降低到28300 m3/h，在此情况下，操作员只能缩减氧气产量至3000 m3/h。到3日7：00，氧换热器的中部温度已经下降到-157℃。我们对两组分子筛吸附器使用的全过程进行了检测，发现每次新切换使用的一组二氧化碳明显升高，达到检测仪表的最大值6×10-6，同时做了氧换热器强制换热的操作后，工况依然没有好转，被迫停机大加热（氮气和污氮气换热器的中部温度正常，在-110℃左右）。

图1 工艺流程图

4 原因分析与处理

结合2013年2月25日6000 m3/h制氧机运行工况恶化，氧主换热器中部温度下降，反映空气通道堵塞，26日采用强制换热和缩短切换周期的办法，效果不明显工况继续恶化。检查空气进冷箱阀门和氧气阀门无堵塞现象后，被迫停机加温（停机时氮气、污氮气换热器的中部温度指示正常）。重点对1#分子筛使用时进行了化验分析发现1#分子筛后二氧化碳含量严重超标达到10×10-6。初步判断为两组分子筛中的1#失效（2#分子筛由于2012年10月份进水进行了更换但没有换1#分子筛，故有此判断），并在3月3日更换了1#分子筛，加热吹扫到露点合格后停机备用。到3月16日14：00启动6000 m3/h制氧机，运行工况基本正常。到2013年7月2日只有短短的4个月，分子筛吸附不良导致氧主换热器通道堵塞。现象与前次基本相同，也是氮气换热器、污氮气换热器的中部温度基本正常，只有氧气换热器中部温度异常。由于停机前通过对两组分子筛吸附器的检测，初步怀疑是空气预换热器发生泄漏，通过对各项工艺控制的逐一排查，并重点对预热器进行了保压试验，以确认是否泄漏。保压时间计划控制在24 h计算残留率。在实际的保压试验中，空气通道进行密闭后冲入氮气，压力控制在0.6 kg/m2，保压时间在2 h内压力已经下降到0.1 kg/m2，确认预热器泄漏。本次停机温度变化导致预换热器的泄漏量有所增加也是原因之一。查找事故的起因应不排除任何一种可能，有关联的系统、设备、部件、仪表、仪控等都要进行仔细的判断，从而筛选出问题聚焦点，最终找出问题，解决问题。预热器泄漏，必将导致三组换热器的空气通道全部有堵塞现象，而实际只有氧气换热器的空气通道阻力增加明显，给我们分析问题、判断问题带来了很大的影响。由于空气/污氮气预换热器泄漏，空气压力远大于污氮气，导致部分空气串入加热用污氮气中，使污氮气含有水分、二氧化碳，导致分子筛加热活化没有达到预期的效果，使入塔空气含有微量水分和二氧化碳，致使主换热器通道堵塞（水分在0℃、二氧化碳在-140℃低温下被冻结为固体，留存在换热器空气通道的翅片内形成堵塞）。更换新购的预换热器之后，于2013年8月3日启动运行机组到目前将近1年时间各项指标正常。

5 经验教训

（1）由于2012年10月份分子筛带水事故，只更换了2#分子筛，没有更换1#分子筛，而工作中同样发现1#分子筛工作中二氧化碳含量总是超标，三组换热器中只有氧气换热器的中部温度异常下降，氮气、污氮气的换热器中部温度基本正常，故没有着重考虑预热器的泄漏问题。事故定性为一组分子筛失效，采取更换措施。

（2）全低压分子筛流程的制氧机，导致主换热器通道堵塞，原因就是前端的分子筛工作出现故障。分子筛肩负着清除空气中水分、二氧化碳、乙炔的艰巨任务。如何使分子筛吸附器正常工作是保证制氧机长期稳定运行的根本。

（3）设计中为充分利用热能，在污氮气进入分子筛吸附器之前，配置一台空气/污氮气预换热器，利用空气温度108℃对返流污氮气进行换热升温至70℃后进入分子筛吸附器的电加热器中继续加温，目的是节约电能。本次故障再次给我们在生产运行过程中的问题判断提出了新的课题，出现问题需要多方面分析讨论，避免类似情况发生。

Analysis of Failures in the Air/W aste-nitrogen Pre-heat Exchanger of 6000 m3Oxygen Generator

FU Changjun
(TheEnergyPlantofXiningSpecialSteelCompany,Xining,Qinghai810005,China)

A breakdown of the oxygen generator caused by leakage in the air/waste-nitrogen pre-heat exchanger happened in Xining Steel.The whole course of the accident was introduced,causes of the accident were analyzed in detail and treatment measures were also put forward.

air/waste-nitrogen pre-heat exchanger;leakage;analysis;treatment

TB66

B

1006-6764(2014)12-0039-03

2014－07－25

2014－09－30

付常军（1965－），男，本科学历，工程师，现从事制氧、燃气和热能的运行管理工作。