高板膨胀空气通道冰堵的原因分析

李伟斌，范玉满，卢子学

(1.河北经贸大学，河北 石家庄 学府路47号　050061；2.西安陕鼓动力股份有限公司 工程技术分公司，西安 雁塔 沣惠南路8号 陕鼓北门　710075)

石家庄陕鼓气体有限公司1#40 000 Nm3/h空分设备，由西安陕鼓动力股份有限公司(以下简称：陕鼓)成套供应，配套陕鼓生产的EIK125- 4型空压机和 EBZ45-7型增压机、杭州汽轮机股份有限公司生产的HNKS50/71/0型汽轮机、美国ACD的T-6000型膨胀机，2016年8月份，出现进口膨胀机空气流量逐渐减少、增压端出口与膨胀端进口压差增大的情况，严重影响装置的正常生产。

1　故障现象

1#空分进口膨胀机从2016年8月1日开始，增压端出口与膨胀端进口压差不断扩大，膨胀量逐渐减少，到8月7日13:00发现进口膨胀机增压端出口与膨胀端进口压差增大至0.7 MPa，膨胀空气量比8月1日前减少15 000 Nm3/h，严重影响1#空分装置正常生产，膨胀机机前温度降到-120℃，高板跑冷严重，不能满足用户生产用氧、用氮量的需求。

鉴于此情况，将进口膨胀机倒为国产膨胀机运行，对进口膨胀机进行加温。国产膨胀机运行后，发现运行情况和进口膨胀机一样。对进口膨胀机进行加温后又倒为进口膨胀机运行，情况并未出现好转，之后进行多次进口和国产膨胀切换运行，情况没有好转也未出现继续恶化，装置只能维持低负荷运行。

由于正值用户产品市场关键时刻，不允许停车检修，为了保证供用户产品质量和装置的安全，经与用户协商，降低空分装置负荷，将氧气、氮气产量维持在正常生产工况的70%，加大对膨胀机差压的监控，保证装置安全运行。

2　故障原因及处理措施

通过生产技术人员讨论和研究，得出膨胀机差压大的原因是，高压板式换热器膨胀空气通道发生一次性冰堵，并且找出了水的来源。

2.1　膨胀机差压大的原因分析

现场选点检测P1和P2处加装就地压力表(见图1)，检测实际压力与DCS显示压力对比，压力指示一致，未发现有较大差别。

在P3、P4、P5分别加装就地压力表，进行分析，P1与P3之间无压差，P1与P4之间也无明显压差，可见在增压端后空气进冷箱前是无明显阻力的；P5与P2之间未发现较大压差，可见膨胀端过滤器也无较大阻力；由此可见0.7 MPa压差集中在P4与P5之间的高压板式换热器内。

图1　进口膨胀机Fig.1　Imported expander

2.2　造成阻力加大的介质分析

阻力源位置确定为高压板式换热器后，进行了阻力产生介质的分析。由于整个膨胀机及高板是一个封闭的系统，能够进入系统的介质主要有：水、二氧化碳、分子筛粉末、机械杂质。

首先我们对二氧化碳进行分析：从分子筛再生情况来看，冷吹峰值均在125℃以上，且纯化后二氧化碳在线分析无明显升高；进下塔的其它通道，低压板式和高压空气均未发现阻力增大、换热效果变差的情况；由此可见二氧化碳的可能性可以排除。

对分子筛粉末进行分析：在增压端冷却器后吹除阀处用浸湿的白布对气流进行阻留检测，白布仅有一些黑色的污点，未发现有分子筛粉末出现；对下塔液空排液检测，液空蒸发干后也未发现有分子筛粉末；由此可见分子筛粉末的可能性可以排除。

对现场阀门进行检查：流路上各手动阀、气动阀门均正常；止逆阀阻力也不明显，在倒膨胀机的过程中检查了止逆阀的情况，均有止逆作用可见阀板正常不脱落；阀门问题也可以排除。

造成阻力增大的介质通过排除法，认为水可能性大，并且冰堵只存在膨胀空气通道。

2.3　高板膨胀空气通道水分来源的判断

分子筛后空分系统空气侧可能进水的地方只有增压机换热器和膨胀机增压端后冷却器两处，我们对膨胀机增压端前、膨胀机增压端冷却器后、纯化系统后及增压机冷却器后空气不间断地进行了露点分析，露点均合格在-60～70℃，并且对进口膨胀机增压端后冷却器气侧拆检，冷却器气侧底部低于列管口，列管管口为涨焊结构，未发现有漏水痕迹，在水侧额定水压下，气侧敞口静置2 h，未发现有漏水现象，说明换热器不存在漏的地方，水分来源不在我们空分系统内。

根据流程，增压机二段中抽空气除了去膨胀机，还有一路(Φ25管)去用户甲烷转化工段，并且该管路上只有手动阀没有止回阀，最后将目标锁定在这一管路上。通过调取该管路出空分界区后进用户的第一个设备(该设备为储水罐)的压力曲线图，发现该设备压力在7月31日空分设备临时停车启动时，压力高于增压机二段中抽去膨胀机的空气压力，而该管路又没有止回阀，水分由此进入膨胀机流路，造成一次性进水。

3　事故处理方法和过程

2017年2月1日，因用户原因系统停车，利用这次机会对空分装置进行了大加温。

在对膨胀机流路加温吹除时制定了两套方案，一套方案是空分装置正常大加温方式，用增压机二段中抽膨胀空气正流程加温吹除高板膨胀空气通道；如果这种加温吹除效果不好，加温结束膨胀机启动后差压仍然存在，马上启用第二加温吹除方式，即通过增加临时管线，将高压节流阀前吹除导淋与膨胀机吹除导淋连接起来，把增压机末级高压空气通到膨胀机通道，对高板膨胀空气通道进行返流程加温吹除。

在用第一种方式加温吹除高板膨胀空气通道时，在膨胀机吹除导淋处连续测量露点情况，发现：高板膨胀空气通道吹除8 h后，露点仍然不合格，一直在-20℃左右，吹除13 h后露点合格。

2月6日，空分装置用第一种方案加温结束，并对去用户甲烷转化的管道进行改造，在管道上增加了止回阀，启动进口膨胀机后运行情况正常，倒为国产膨胀机时运行也正常，表明加温成功，冰堵已彻底清除。

4　结束语

通过对膨胀机差压增大流量减小情况的分析和处理，消除了高板膨胀空气通道的冰堵，使1#空分装置恢复了正常生产，但此次事故造成的经济损失高达几百万元。因此，我们空分装置在启动时，一定要做好空气含水分析，绝不可以在露点不合格的情况下启动膨胀机，另外，要在装置正常运行情况下监测好各换热器的运行情况，防止换热器内漏，使水分进入空气通道，此外，还要在流程设计上，进行不断的优化改造，避免此类事故再次发生。