制氧機內置液體泵跳停故障分析與改進

蔣小林，袁 苑

（安徽馬鋼氣體科技有限公司，安徽馬鞍山 243000）

前言

低溫液體泵在制氧機系統運行中，是重要的運轉設備之一，其運行狀態是否良好，直接影響制氧機的運行安全。

1 低溫液體泵現狀分析

某單位現有4套制氧機，其中1套屬外壓縮，內置氬循環泵運行方式采用2 臺同時運行，其它3套為內壓縮制氧機液體泵運行方式是一開一備模式，3套制氧機液體泵切換模式略有不同。

1.1 20 000 m3/h制氧機內置泵運行模式

20 000 m3/h 制氧機組有氧產品泵和氬循環泵，均采用一開一備（即一高速一低速冷備）。切換模式是：主泵跳機時，冷備泵變頻器自動加載到85%，回流閥自動關到0%,切換成功后，操作員小幅調整即可。

1.2 30 000 m3/h制氧機內置泵運行模式

30 000 m3/h 制氧機組有液氧泵和氬循環泵，液氧泵采用一開一備，聯鎖自動切換模式，液氬循環泵采用手動切換模式，即:主泵跳停時，操作員立即手動加載變頻器功率至70%，并逐步關閉回流閥至18%，每次人工切換時，需對泵前后壓差變化及時調整。

1.3 40 000 m3/h制氧機內置泵運行模式

40 000 m3/h 制氧機組有液氧泵和2 組氬循環泵，均采用一開一備，聯鎖自動切換模式，即：主泵故障跳停時，備用泵自動跟蹤工藝條件運行。

2 案例分析及改進措施

2.1 事故經過

2020 年3 月26 日06∶10，因 電網波動，導 致30 000 m3/h 制氧機組2#循環粗氬泵變頻器因直流低電壓保護跳泵，系統聯鎖切換至1#循環粗氬泵低速運行。

06∶12 空分機組當班人員緊急調整，手動加載1#循環粗氬泵負荷（低速冷備1 541.5 r/min，出口壓力0.278 MPa），并檢查機組其他設備均運行正常。

06∶16 緩慢加載1#循環粗氬泵至0.607 MPa，出口壓力突降，轉速保持在2 306.7 r/min。

06∶22 粗氬Ⅱ塔底部液位漲至3 068 mm（餾份進料口2 500 mm），氬餾份流量突降至37 000 m3/h。同時，主冷液位下降。

06∶26 初步排查故障并進行相關復位操作后，啟動2#循環粗氬泵。此時，氬餾份混合氣進料口已淹，主冷液位仍在下降，導致主冷換熱負荷出現嚴重惡化。

06∶35 因上塔壓力降低，產品氮氣取出量降低，2 臺氮透因吸入壓力過低聯鎖跳停。06∶42 下塔壓力升高，進下塔原料空氣由70 651 m3/h 減至40 922 m3/h，空壓機防喘振閥動作，并聯鎖空壓機、增壓機卸載，膨脹機跳停，液氧泵跳停，空分全系統聯鎖跳車。

2.2 事故原因分析

（1）外部電網波動造成在線運行2#循環粗氬泵變頻器直流母線過電壓故障跳泵，備用泵未及時正常運行，造成空分全系統聯鎖跳車。

（2）因1#粗氬備用泵手動加載過程中，進出口液體管存在液體閃蒸現象，造成低溫液體泵氣蝕，未及時采取排放消除，直接導致粗氬塔工況紊亂，進而破壞到主塔的穩定。

（3）由于現場設備大面積跳電，故障排查以及后備系統手動啟運等因素，影響到循環粗氬泵的迅速啟運時機。

2.3 改進措施

2.3.1 對比分析

20 000 m3/h、30 000 m3/h 制氧機液體泵在DCS上只有出口壓力顯示，備用泵是否有氣蝕現象，主要以出口壓力是否波動為依據。

40 000 m3/h 制氧機液體泵在DCS 上進、出口壓力均有顯示，備用泵是否有氣蝕現象，通過進、出口壓差為依據，保證壓差在6～8 kPa，并且每臺泵有進、出口管排氣閥，通過定期排放，來消除泵氣蝕，保證液體泵自動切換成功率100%。（如圖1中①的部分）

圖1 液體泵工藝流程和液體管排口圖

2.3.2 現場改造

通過對20 000 m3/h、30 000 m3/h 制氧機液體泵現場查看，現場均有進、出口壓力引管。因壓力引管取口一般為管道上部，通過三通連接，增加一個可以對外排氣閥門，操作員每日定時對備用泵進、出口管排氣，減少備用泵氣蝕的發生。

2.3.3 儀控改進

經3.26事故后，通過分析和調試，將30 000 m3/h氬循環泵控制邏輯修改為：當主泵運行跳停后，備用泵變頻器功率自動由30%加載至68%；回流閥自動由100%關至30%，并將2泵投入自動切換運行模式。在今后運行中，繼續摸索、修正運行參數的合理范圍。

3 保障液體泵有效備用的措施

內壓縮流程空分設備中低溫液體泵為關鍵工藝設備，此類設備如維護操作不當，極易發生保產或安全事故，保證備用泵運行穩定性尤為重要。就提高備用泵運行穩定有效性采用如下措施：

3.1 電氣儀控方面

（1）在每次備用或停機時，對電源線絕緣、變頻器等作相應的安全檢查，對控制閥門及參數點位進行校驗。

（2）為保證電機軸承潤滑，連續高速運行1 500 h后宜安排加油一次。所加油脂量要進行控制，每次加油脂量為軸承油脂容納量的50%，如表1。

表1 低溫液體泵電機的容積油脂量

（3）低溫液體泵電機使用的潤滑油脂，保存期不宜超過三年。加油孔要清理干凈，并檢查加油孔頂珠靈活可動，加油槍要排掉前端被氧化的油脂。加油脂宜安排在氣溫超過10 ℃的晴好天氣，以避免加油注管內被凍油脂擠入軸承引起軸向力突變。

低溫液體泵電機加油應在低速狀態下進行。每臺泵體加油操作要分3 次以上，每次間隔5 min，禁止一次性快速擠入大量油脂，高壓油脂進入將會對軸承產生軸向位移作用力，與低速惰轉產生的軸向力疊加后，會損傷軸承。

3.2 機械點檢方面

（1）每日應對液體泵運行狀態通過儀器及“五感”等手段，對泵的機械運行狀況進行跟蹤，及時發現問題并解決。

（2）液體泵運行周期均達到15 年左右，泵的軸承和密封器原件存在不同的老化和磨損，需要做好定期專業檢查及修復更換。

3.3 工藝操作方面

液體泵通常是2 臺同型號泵，運行模式是一開一備狀態，要保障運行穩定性，對其進行科學維護極為重要。

（1）為防止空分容器及管路中沉積的顆粒雜質，進入泵入口過濾器，引起堵塞或摩穿濾網，空分設備大修時應安排檢查過濾器濾網是否完好。

（2）低溫液體泵初次投用，或大修后初次使用，需在拆除末端風罩狀態下，對泵體預冷后進行手動盤轉，檢查確認裝配間隙是否過小而造成轉動不靈活。如發現有異常，禁止強行啟運低溫液體泵，以防意外事故發生。

（3）低溫液體泵啟運前要預冷徹底，保證最低吸入壓頭，嚴禁在氣蝕狀態下強行運轉泵體，否則氣蝕引起的振動會對泵體密封產生致命傷害。

（4）低溫液體泵運行后，要將密封氣壓力調至合適值。泵側密封壓力與密封迷宮密封壓差值控制+0.3～+0.8 kPa為最佳。

（5）杜絕加熱氣源閥門關閉不嚴竄氣，造成備用泵氣蝕的發生。

（6）定期切換液體泵，是檢查備用有效的重要手段之一，切換周期為2個月。

（7）制定2臺液體泵短時間內無法同時運行的預案，形成應急操作方法:

①及時將惰轉泵變頻調節和回流閥手動調整至正常運行開度，若泵切換后發生氣蝕現象，立即開大回流閥，及時打開吹除閥排氣消除，再重新加載到正常工作狀態；

②停運故障泵，迅速查找原因，及時消除并恢復；

③當2 臺泵短時間無法正常投運，粗氬二塔底部液位接近2 900 mm，則將氬系統退出運行，及時調整關閉液空V701 閥，緩慢開啟污氮V2 閥5%～8%，全開粗氬放空閥，關閉氬系統閥并停止向儲槽送液；

④密切關注主冷液位、氧氣和氮氣純度變化，按純度調整步驟進行。

4 總結

通過以上案例以及低溫液體泵運行、維護情況的分析，發現要保障制氧機長周期運行，保證內置液體泵的有效備用是重點之一。通過精密點檢，高效維護，持續改進，可以延長低溫液體泵運行周期。