大型空分設備安裝及機械故障維修方法探討

蔡華明 廖燕

摘要：工業設備的安裝對于企業生產安全和生產效益有著密切影響。只有確保設備安裝質量，及時診斷和解決好設備故障，才能確保企業生產目標實現。本文圍繞大型空分設備安裝方法和設備機械故障維修方法進行了探討，提出了大型空分設備安裝質量控制措施，供相關人士參考。

關鍵詞：大型空分設備;設備安裝方法;設備機械故障;安裝質量控制

引言

大型空分設備是石油化工項目中應用較多的設備，其在化工生產中可以為工藝流程提供氧氣、氮氣和氬氣。大型空分設備主要由空氣壓縮系統、空氣預冷系統、空氣凈化系統、膨脹冷卻系統、冷箱和分餾系統構成。

一、大型空分設備工作原理

1.大型空分設備工作原理

空氣經過空氣過濾器，過濾去除掉空氣中的灰塵及其他雜質，然后進入到多級離心主空壓機中進行壓縮，再進入到冷卻塔中進行清洗，冷卻后輸送到吸附器中去除二氧化碳、水蒸氣、碳氫化合物，最終得到潔凈空氣。經過凈化的空氣部分直接進入到冷箱主換熱器中，空氣和返流產品進行熱交換，經過熱交換的空氣進入到中壓塔底部進行分離。還有一部分凈化后的空氣被輸送到膨脹機中，經過膨脹機增壓后進入到冷箱系統，在冷箱的主換熱器中進行液化，然后再進入到液體膨脹機中膨脹，之后進入到中壓塔和低壓塔。經過增壓機增壓后的凈化空氣在主換熱器中冷卻后被抽出，經過膨脹機膨脹后被送到中壓塔，然后得到液氮產品，從低壓塔得到液氧，頂部得到污氮。

2.大型空分設備的選型

大型空分設備中，冷箱的設計溫度應滿足最低溫達到-196℃，實現深度冷卻的工藝需求。因此設備選型中應保證冷箱的材料具有良好的抗低溫性能。通常采用的抗低溫材料是鋁鎂合金或者不銹鋼材料。在板式換熱器中，通常采用鋁鎂合金作材料，其他的設備組件中采用不銹鋼材料。

大型空分設備可根據動靜特征分為動設備和靜設備兩類。動設備主要包括空氣冷卻裝置、壓縮機、機泵、膨脹機，空氣冷卻裝置采用變頻節能風機，降低運行能耗。靜設備包括換熱器、空氣過濾器、消聲器、塔器。塔器采用直接接觸的方式降低循環水的能耗，同時利用冷卻水的汽化熱提高換熱效率。中壓塔和低壓塔采用規則形狀，降低介質通行的阻力，降低空壓機的壓力?？諝鈨艋到y采用立式雙層吸附，減少設備占地面積，降低系統阻力，提高凈化效率。

超大型設備組件需要考慮到體積因素，很多大型組件整體運輸限制，因此要分散運輸，在現場再進行組裝。如空冷塔、水冷塔、吸附器等大型設備，在現場焊接后組裝。吸附器組裝后再填充分子篩等材料。

冷箱系統包括中壓塔、低壓塔、主換熱器、主冷凝蒸發器、過冷器、高壓換熱器、汽液分離器等主要設備。中壓塔、低壓塔、汽液分離器的主體材料為不銹鋼，主換熱器、主冷凝蒸發器、過冷器、高壓換熱器主體材料為鋁鎂合金。冷箱系統主換熱器和高壓換熱器采用板式，有利于降低傳熱的不可逆性，減少換熱溫差，降低換熱能耗。低溫液體泵采用變頻節能技術，降低電耗。大功率泵采用兩用一備，保證生產持續性，節約設備投資。

空氣壓縮機是大型空分設備系統能耗較大的設備，因此在選型的環節應以能夠節約能耗為考量目標，同時考慮到安全性?？諝膺^濾器采用自動控制技術，可以根據系統設定的參數自動啟動清潔功能，更好地保證空氣過濾質量。在空氣過濾器的設計環節，應考慮空壓機的能力，減少過濾器和空壓機的正常壓差，降低系統運行能耗?？諝鈮嚎s機、增壓機均采用多級離心增壓方式，提高增壓效率。蒸氣輪機先采用空冷全凝式，比抽凝式驅動效率更高，可代替水冷器，因此節約能耗的同時可以節約水資源。液體膨脹機采用帶制動發電機，代替高壓液空節流閥，提高膨脹效率。

二、大型空分設備安裝方法

冷箱的安裝：冷箱的尺寸較大，重量較重，在安裝時采用吊裝的方式，兩臺吊車同時作業，通過雙機抬吊將設備吊送到安裝基礎上。在吊裝前首先要進行科學計算，確定吊裝路線，保證吊裝受到的阻力最小，時間最短。還要制定相應的吊裝質量保障措施，在吊裝前做好各項保護措施，避免安裝事故發生。在設備組件運輸到現場前，要對運輸路線，組件的放置位置，吊裝作業區域進行合理規劃設計，對路面進行填實，確保運輸安全高效。吊裝作業區域的地面要進行支撐負荷的檢測，確保吊裝作業滿足實際稱重要求。吊裝設備進入到現場，各項施工材料、用具、組件等準備到位，將設備和材料的位置擺放正確開始進行吊裝。成立吊裝作業小組，設置總指揮員，配備技術人員，至少應確保吊裝作業小組有兩名經驗豐富的起重工。在冷箱安裝前，工作人員需要對基礎施工部分的相關參數進行復測，記錄數據信息，檢查設備底板螺栓孔的大小尺寸，檢查地腳螺栓的位置、螺栓的數量等，確?；A施工質量符合冷箱安裝要求。冷箱的吊裝順序是先掉裝粗氫塔的下段，然后再吊裝主塔的下塔，之后吊裝粗氫塔的上段，精氫塔，主塔的上段。將抱箍和纜風繩安裝在塔器上，抱箍和塔器接觸部位用膠皮墊進行保護，然后吊裝塔器，安裝到位后將纜風繩固定就位。

增壓機、空壓機、氮壓機、氧壓機的安裝：這些回轉設備的安裝首先應做好底座安裝。在安裝底座時需要安裝墊板，采用流動性灌漿方式一次成型，安裝好墊板，這種一次成型的方式可以避免墊板發生空鼓，保證墊板的安裝質量，節約設備安裝時間。在設備單機安裝完成后對每個設備進行檢驗，同時對設備組合進行檢驗，檢查設備組件的同心度。對設備機身和聯軸器先進行粗定心，進行粗調之后再進行細調。定心前工作人員要對設備部件的尺寸進行測量，保證尺寸的準確性，使定心達到安裝質量要求。聯軸器對中采用激光對中儀，保證對中精度，提高對中效率。

儲罐的安裝：儲罐貯槽主要是用于制氧產品剩余產品的貯存，由于介質是低溫產品因此需要儲罐材質具備耐低溫性能，能夠滿足-196℃溫度需求。安裝過程中，包裝儲罐的密封性十分重要。焊接工藝要滿足焊接技術要求，同時焊接完后進行焊接工藝評定。焊接的方法采用單面焊接雙面成形的方法。施工時，先將儲罐的圍板進行組對，對準后從縱縫外側進行焊接，提升再進行環縫電焊，縱縫內側清根，之后再進行環縫外側焊接和縱縫內側焊接、最后進行環縫內側焊接。焊接完后利用起升系統將儲罐降落到初始位置，放松脹圈，最后對未焊接的部位進行補焊。在擴充脹圈壁板組對時，要在每個壁板留一道活口，這樣可以對縱縫焊接進行校正，校正后再進行切割和點焊定位。

對設備儀表進行測試：大型空分設備中自動化控制系統在硬件安裝完后進行控制系統的調試。氧氣系統采用集散型的控制系統，檢測該系統在產品質量控制、負荷跟蹤、生產控制、生產管理方面的性能是否良好。對控制系統中的主要設備操作模塊、顯示模塊、報警模塊等進行性能檢測。對操作室內的操作鍵盤和監控裝置進行性能檢測，滿足設備對整個機組的監控和綜合運行管理需求。

三、大型空分設備機械故障維修方法

空分設備中的零件發生磨損變形。這類故障主要發生在設備的齒輪部位、承重部件以及箱體運行的零部件。設備在運行的過程中消耗大功率的電能，因一些特殊的情況而導致設備部件發生磨損變形。一旦發生這類故障，如果故障是設備的核心部位，一旦部件發生磨損變形很難修補，勉強修補后很容易短期恢復正常，但是過一段時間又出現二次故障，因此在核心部位發生設備部件的磨損變形后，及時進行更換。如果故障是在設備的外殼部位，沒有涉及到核心部位，可進行修補，通過焊接法、截取法進行修補。通過焊接裁取相同材料對零件的磨損變形部位進行修復，如采用低碳含量的材料作為補充材料進行修復。注意焊接過程中的施工質量，焊接技術要保證連接處的精密度滿足焊接工藝要求，通過靈活調節不同層次的焊接溫度，保證焊接質量合格。對大型空分設備的零件磨損或變形故障進行修復后，在故障部位的表面噴涂保護層，通過噴涂外保護層將維修的部位進行進一步加固處理。造成設備部件出現磨損或變形的故障主要原因是零件松動或接觸故障。因此對設備零件進行緊固度的檢查，同時檢查是否存在接觸故障。在零件上捆綁一個鈴鐺，敲打鈴鐺聽聲音，如果零部件的緊固度和連接零件出現松動，那么聲音會低沉，發現聲音比正常情況低沉說明存在零部件緊固度不合格的情況，需要用專業工具進行緊固。在緊固時注意用力適中，避免過大過小，保證零部件緊固度滿足設備安裝工藝需求。

大型空分設備在運行中出現噪音過大的情況?？赡艿脑蚴窃O備連接部位存在問題。檢查設備運行波紋連接位置是否存在部件磨損或變形的情況。大型空分設備安裝的要求是每個結構部件連接位置的縫隙必須在0.8mm，如果縫隙過大或過小都會引發故障。對設備結構連接位置的縫隙進行檢查，將0.8mm厚度的鐵片插入到設備故障部位，如果存在孔隙過大或過小的情況，就說明設備部件之間的縫隙不合格。采用焊接的方式對設備結構部件連接位置的縫隙進行調節，確定設備連接位置部件嚴格對中，消除設備運行時噪音過大的故障。

大型空分設備存在漏氣、漏油的故障。一般這類故障發生在設備內部的細縫處。檢測是否存在細縫的方法是通過聽聲音進行判斷，采用計算機對聲音進行識別，判斷是否聲波存在異常。然后用肥皂水涂到設備的細縫位置，如果存在漏氣故障則肥皂水產生氣泡。如果空分設備沒有找到漏氣、漏油的具體原因，可對設備零件進行更換，同時對設備連接部位的連接面進行清理，以免灰塵進入，為后續故障發生埋下隱患。

四、大型空分設備安裝質量控制措施

大型空分設備內表面進行嚴格脫脂處理。在設備安裝后的調試環節，對空分設備中與空氣介質相接觸的表面進行脫脂處理。通過對設備中與介質想接觸的表面進行脫脂處理，保證空分設備運行安全穩定，避免發生爆炸事故，同時防止低溫介質附著在設備內表面，從而對設備熱量交換帶來不利影響，降低生產效率。

大型空分設備的分子篩進行有序安裝。分子篩的主要目的是對空氣中的雜質進行去除，保證進入到設備的空氣潔凈度。大型空分設備中的分子篩主要是采用氧化鋁來吸附空氣中的各種雜質，包括一氧化碳、水蒸氣、二氧化碳等。二氧化碳在低溫狀態下會凝結，凝結后的二氧化碳一旦進入到設備中，容易堵塞管道，從而增加生產風險，提高生產能耗。因此去除二氧化碳是十分重要的。在安裝分子篩環節，應注意分子篩填料的順序，不得混亂，同時注意每層填料應填密實填充實，保證分子篩分層均勻、有序。

大型空分設備的空壓機、膨脹機安裝應注意密封氣滿足要求。在空壓機和膨脹機啟動前，潤滑系統和氣室之間依靠壓縮空氣來阻隔。當空壓機和膨脹機啟動后，設備本體的空氣壓力滿足生產系統氣壓的要求。當空壓機和膨脹機停車后，應及時阻隔潤滑油侵入到氣室，保證密封氣運行可靠。

大型空分設備應注意耐冷保冷質量。在超低溫狀態下，設備的保冷性能十分重要。空分塔采用的材料必須具備良好的耐冷保冷性能，主要是采用珍珠巖，在安裝時應注意對珍珠巖的比重、粒徑、含水情況進行檢驗，保證各項指標滿足質量要求。冷箱、真空管、液體儲罐的外層保護材料應確保密閉性，避免空氣進入在設備表面結冰。在冷箱和主塔的結合部位填充粒狀棉，保證填充密實度，延長設備使用壽命。

大型空分設備安裝注意做好防火措施。氧氣站內設置防火墻，防火墻的材料應選用不銹鋼材料。在氧氣站運行的過程中一旦發現漏氣應及時檢查，緊固漏氣部件。為了避免引發火災，氧氣站內的防火墻螺栓采用銅材質，漏氣檢修的緊固用具采用有色金屬材質，降低火災發生概率。

五、結語

綜上所述，大型空分設備安裝不僅僅要注意設備安裝的安全性和穩定性，同時還要注意設備安裝的節能性和經濟性。為此，在大型空分設備安裝前，應結合工程項目的實際情況合理選擇設備材質，選用降低能耗的工藝。通過對大型空分設備的安裝技術和安裝規范進行分析總結，保證設備安裝的質量，使大型空分設備開車一次成功，為工程項目的后續運行奠定可靠保障。另一方面，通過對設備安裝關鍵點進行梳理，便于完善設備安裝工藝規范，為大型空分設備的設計和制造部門提供信息支持。

參考文獻：

[1]徐建平.大型空分設備國產化現狀與展望[J].通用機械，2016（8）：15-18.