36 000Nm3/h空分设备不能满负荷运行的原因分析及处理对策

(呼伦贝尔金新化工有限公司，内蒙古 呼伦贝尔 021506)

呼伦贝尔金新化工有限公司(以下简称金新化工)36 000Nm3/h空分设备由开封空分集团设计制造，采用空气预冷、分子筛吸附净化、增压膨胀机、双层浴式主冷，产品氧采用内压缩技术。该套空分设备是呼伦贝尔金新化工“5080”煤化工项目配套设备，在生产过程中占据极其重要的地位。

1 加负荷阶段运行状况

自空分设备2011年7月产出合格氧、氮气以来，由于高压蒸汽供应及空压机组运行状况等方面的限制，空分设备负荷一直维持在75%左右(即氧气产量为27 000Nm3/h)稳定运行。后期在加负荷阶段，发现当氧气取出量达到30 000Nm3/h时，出现以下现象。36 000Nm3/h空分设备的产品设计参数见表1。

(1)低压主换热器热端温差逐渐增大，部分氮气和污氮气出口温度甚至降至0℃以下，热端温差达到10～15℃，管道上面也有冒汗现象。

(2)精馏上塔设计压力为42kPa，此时上塔压力达到48～54kPa。

(3)低压主换热器出口低压氮气和污氮气气量已经超过设计流量，但管道出口压力却达到18kPa左右，超过设计值(设计值为15kPa)。

(4)进口膨胀机满负荷运行，依然无法满足主冷液位，主冷液位持续下降。

(5)精馏下塔阻力出现波动较大，在10～16kPa之间频繁波动，下塔压力氮气纯度和液空纯度也因此出现不稳定现象。

(6)下塔液空液位调节阀投自动位时，OP值波动幅度较大，阀位在52%～64%之间波动。

表1 36 000Nm3/h空分设备产品设计参数

通过尝试调节主换热器低压氮气返流阀，增大高压主换热器出口低压氮气阀门HV01338开度，关小低压主换热器出口低压氮气阀门HV01335开度，希望通过调节气体分配量缩小热端返流气体与正流空气之间的温差，提高主冷液位，但效果不明显。在缓慢关闭低压主换热器出口低压氮气阀门HV01335和污氮气阀门PV01331的同时，缓慢打开高压主换热器出口低压氮气阀门HV01338，此时精馏上塔压力上升明显，而打开高压主换热器出口低压氮气的阀门HV01338，却对精馏上塔压力几乎无影响，阀位从45%开至90%，上塔压力依然无下降趋势，并且发现阀前压力与精馏上塔压力压差很大，远超设计值，现场检查手动阀阀位和调节阀阀位，均指示正常。

2 故障原因分析

根据设备运行数据及现象，基本确认因高压主换热器低压氮气通道部分堵塞，造成低压氮气进入高压换热器的流量不足，而进入低压换热器的污氮气、氮气超过设计负荷，使低压换热器热端温差扩大。初步怀疑低压氮气通道堵塞可能是由以下几个方面造成。

(1)在施工过程中管道或设备中遗留的塑料布、废角料或铝屑等施工垃圾，造成通道堵塞。

(2)在精馏系统调试前高压主换热器低压氮气通道可能残留水分，造成低压氮气通道结冰堵塞。

(3)冷箱在珠光砂装填完成后曾经出现过导压管断裂，后进行扒砂处理，部分珠光砂可能从导压管进入高压主换热器低压氮气通道，造成通道堵塞。高压换热器正、返流气流通道见图1。

图1 高压主换热器正、返流气体通道

根据开空设计人员意见，要确保空分设备满负荷运行，正常外供氧气、氮气，需要对冷箱进行加温后扒砂检修。一方面，冷箱扒砂工作量大、时间长、经济损失大，并且存在一定的危险性；另一方面，公司试车工作已进入关键时刻，需要尽快启动空分设备，以满足后系统试车要求。

3 反吹处理程序

经过与开空设计人员交流讨论，决定在冷箱不扒砂的情况下对高压主换热器低压氮气通道进行反吹。

从分子筛出口空气管道接临时管道至高压主换热器低压氮气管道，然后用高压主换热器出口手动蝶阀V01351和V01352控制反吹气流。在低压氮气进高压主换热器前有DN80导淋作为反吹排放口，并在精馏上塔建立50kPa压力，防止杂质吹向过冷器。按照方案计划，对2个高压主换热器分别反吹3次，若无效果，将低压氮气出低压主换热器阀门打开，将高压主换热器内部不明杂质吹向低压主换热器(因高压主换热器数量少于低压主换热器，相对来说通道充足，若出现换热器阻力增加，操作裕度相对较大，容易调整)。

在吹扫过程中，发现高压主换热器E01302A通道阻力较大，在切换过程中系统压力波动较大，加大对E01302A进行反吹，在反吹过程中排放口无异物吹出。后采用V01351控制间断吹扫，却发现手动蝶阀V01351开关时吹扫出现异常情况，全开时排放口有气体排放，全关时依然有气体排放，在中间位置却处于全关位置。根据情况判断，手动蝶阀V01351可能存在问题，检修人员拆解后发现阀碟方向与指针指示方向有较大偏差。

4 处理结果

因为此蝶阀暂无现货，制作周期较长，且后系统试车急需启动空分设备，所以由检修人员对该阀门进行改正加工，根据阀门阀碟具体位置，在手轮标记阀门开关位置，通过对阀门手轮操作可以实现开关操作，基本具备工艺操作需求。空分装置重新开车，氧气产量顺利达到设计值36 000Nm3/h，低压氮气产量达到设计值58 500Nm3/h，氧气、氮气纯度均达到设计要求，设备满负荷运行24h，系统稳定运行。在满负荷运行过程中，高、低压主换热器出口低压氮气均在15kPa左右，主冷液位保持稳定，低压主换热器热端温差也基本达到设计值。

5 结语

采取上述处理措施后，36 000Nm3/h空分设备成功达到满负荷运行，各项指标均达标。通过对此次故障的分析、处理，一方面解决了装置运行过程中负荷加不起来的瓶颈问题，保证了装置安全、稳定和满负荷运行；另一方面，从此过程中获得了丰富的实际操作经验，为下一步装置的优化操作打下了良好的基础，也确保了后系统装置的试开车工作进度。