空分裝置主換熱器氧通道凍堵原因及處理措施

張菲菲

(陽煤豐喜肥業〔集團〕有限公司臨猗分公司，山西臨猗 044100)

陽煤豐喜肥業(集團)有限公司臨猗分公司(以下簡稱臨猗分公司)KDONAr- 28000/22000/1060型空分設備采用分子篩前置凈化，空分增壓透平膨脹機提供所需冷量，雙塔精餾，液氧泵內壓縮，全精餾無氫制氬流程[1-2]。液氧從主冷中抽出，經液氧泵加壓至用戶所需壓力，然后進入高壓換熱器與高壓空氣進行換熱，汽化復熱至常溫后送用戶。2008年投產后運行良好，各項指標均達設計值。2016年4月停車檢修后，液氧泵后壓力與氧氣出口壓差增至0.8 MPa，且氧量越來越小，無法滿足用戶所需。

1 故障現象

2016年4月，28 000 m3/h空分裝置由于后工段檢修停車，待檢修完成冷態開車后發現氧氣出口流量較停車前減少約2 500 m3/h，為了滿足滿負荷生產的需要，被迫將液氧泵變頻由85 Hz 提高至90 Hz，回流閥開度由36.5%關至25.7%。雖然氧壓達到5.1 MPa滿足氧氣壓力，但是泵后壓力與氧氣壓差由0.1 MPa增高至0.8 MPa，氧量較之前減小了2 500 m3/h；同時，高壓空氣由5.2 MPa增高至6.2 MPa，膨脹機前溫度由-115 ℃增高至-110 ℃，氮氣、污氮氣出換熱器溫度正常。相關運行參數見表1。

2 故障原因分析

2.1 儀表顯示

首先從與氣化氧壓比較，壓差正常，排除氧氣壓力顯示錯誤故障；再聯系儀表人員對液氧泵后壓力進行校驗，也確定壓力表正常，故可以排除儀表顯示原因。

表1 相關運行參數

2.2 主換熱器氧通道

通過流量計的氣量減少，反映出氧氣壓力、流量都下降。氧通道的泄漏有內漏和外漏兩種。在高壓主換熱器內，膨脹空氣、高壓空氣與返流氣體氮氣和由液氧泵送出的液氧進行換熱[3-4]。主換熱器流程如圖1所示。

由圖1可以看出：高壓空氣壓力高于氧氣壓力，通常設計中高壓空氣是氧氣壓力的1.3～1.5倍，不可能泄漏至空氣管道，分析氧氣純度合格，排除了高壓空氣泄漏至氧氣管道的可能。從上塔氮氣判斷，氧氣壓力遠高于氮氣壓力，若發生泄漏，氮氣壓力和純度都會發生較大的變化，實際氮氣壓力及純度都正常，可以排除內漏。外漏也可分為氣體或者液體外漏，若是氣體外漏，冷箱內壓力會升高，冷箱充氣中含氧量也會升高(冷箱充氣為污氮氣)，但取樣分析氧的體積分數在5%左右，屬于正常；若是液氧泄漏，則會出現基礎溫度大幅度下降，冷箱外壁結霜，實測溫度正常，由此可排除氧通道泄漏。

圖1 主換熱器流程

出換熱器的氧氣壓力、流量因阻力增大而降低，從工藝方面考慮，在板式換熱器中，正、反流氣體同時流過不同的通道進行溫度傳遞，此過程是一個穩定的傳熱過程。由于氧量的減少，傳熱量減小，傳熱系數降低，導致高壓空氣進氣量減少，壓力升高。因此，判斷氧通道堵塞是導致氧量下降的直接原因。再分析本次停車后，現場人員未及時關閉外送儀表氣閥門，后工段由于儀表氣壓力降低，被迫開啟老廠儀表空氣，由于老廠儀表空氣壓力(0.7 MPa)高于空分裝置所提供的壓力(0.5 MPa)，導致含濕空氣倒入儲罐。儀表空氣流程如圖2所示。

圖2 儀表空氣流程

停車后氧氣放空閥內漏，氧通道內壓力降低，采用儀表氣進行充壓，可防止壓力降低后濕空氣進入。由于事先不知道老廠儀表空氣竄入，這些含濕空氣在主換熱器通道內凍結，進而堵塞板式換熱器通道，造成啟動液氧泵時泵后壓力與出換熱器氧氣壓力的壓差增大。

3 故障處理措施

為保證空分設備的安全穩定運行，2016年4月 26日，臨猗分公司決定對28 000 m3/h空分裝置進行加溫吹除，停液氧泵，停膨脹機，高壓板式換熱器停止工作。由于生產任務緊，本次排液采用帶壓排液，空壓機、增壓機壓力盡可能控制在最低參數內運行，三段出口壓力控制在0.45 MPa，高壓空氣壓力控制在3.0 MPa以下。進塔空氣經低壓板式換熱器空氣通道進入，出塔空氣經低壓板式換熱器污氮氣通道排出，控制好污氮氣出口溫度。塔內液體排放結束后，打開冷箱周圍所有吹除閥，加速塔內冷量外排，同時高壓板式換熱器高壓空氣通道、氮氣通道、氧氣通道開始流通，控制好氮氣出口溫度。由于氧通道生產正常時為液體，管道直徑小，加之上塔壓力低，空氣吹除流量小，因此必須開啟液氧泵后儀表空氣吹除閥，加速通道的復熱速度。裝置在加溫吹除期間合理調整好空氣的分配，使塔內溫度均勻升溫至0 ℃以上，然后對氧氣通道以及冷箱內各出口氣進行露點分析，露點溫度為-60 ℃以下即表明吹除加溫合格。整個吹除加溫時間為48 h，2017年4月28日啟動膨脹機，38 h后生產出氧氣產品，各項參數正常。

4 結語

此次氧通道凍堵事故主要是由于公司公用工程管理不到位，對液氧泵的加溫、密封氣干燥度的重要性認識不足，為防微杜漸，決定在2套空分裝置緊急停車后，第一時間關閉外送儀表氣閥，避免后系統含濕空氣倒回儀表貯槽，同時在儀表氣正常后必須對儲罐進行置換合格后方可外送。

參考文獻

[1] 曹忠信.主換熱器空氣通道堵塞原因分析及處理[J].深冷技術，2009(4)：14- 15.

[2] 王黎明，劉廣州.高壓主換熱器通道凍堵原因的分析及處理[J].廣州化工，2011，39(24)：121- 122.

[3] 李振威，喻朝飛，盧強，等.空分塔污氮過冷液化器液空流路堵塞分析處理[J].設備管理與維修，2013(8)：35- 37.

[4] 韓喜民.KDON- 14000/1500型空分裝置的安裝與運行問題總結[J].化肥工業，2008，35(6)：38- 40.