主换热器效率下降导致空分设备被迫停车的分析与处

点击：1618 日期：[ 2014-04-26 22:05:59 ]

主换热器效率下降导致空分设备被迫停车的分析与处理张强吴秉功 (永钢集团有限公司制氧分厂,江苏省张家港市南丰镇永联工业区　215628) 摘要:介绍了永钢21000m3/h空分设备因主换热器换热效率下降而被迫停车故障的经过,分析后得出原因为:空压机泄漏的润滑油进入主换热器并冻结成油薄膜,使换热系数降低,最后阐述了处理过程。关键词:大型空分设备;主换热器;换热效率;油脂;清洗;加温中图分类号:TQ116·11　文献标识码:B 永钢集团有限公司(以下简称:永钢)KDON- 21000/21000型空分设备由杭氧设计制造,采用分子筛吸附净化、增压透平膨胀机、规整填料上塔及全精馏无氢制氩技术。于2007年3月进入调试阶段,4月12日正式生产出合格的产品氧、氮。2007 年4月18日,主换热器热端温差从2℃逐步扩大到 4℃左右。到4月22日主冷液位无法维持稳定且不断下降,即使停运制氩系统也仅能保持液氧液位不下降,而主换热器热端温差从4℃扩大到9℃~ 10℃,被迫采取排液,停车加温处理。 1　主换热器故障经过 2007年4月22日凌晨,开始出现主冷液位无法维持稳定且不断下降,冷量不足的现象。经检查确认膨胀机工作正常,但主换热器热端4个温度点的温度波动,主换热器热端温差从正常的2℃~ 3℃扩大到9℃~10℃。调整气体分配量,效果不明显。初步认为是气量分配不均或主换热器堵塞造成的。为寻找故障原因,改善换热器换热效率,采取下列措施: (1)确认二氧化碳含量分析表正常,进冷箱二氧化碳含量一直保持在0·1×10-6; (2)加大氧气和氮气取出量,减少污氮取出量,检查热端温差变化情况; (3)调整4组换热器气流分配,观察热端温度变化情况; (4)中断液氩外送,将液氩返回粗氩Ⅱ塔,循环生产; (5)加大膨胀机膨胀量,提高膨胀机入口压力,降低膨胀机入口温度; (6)调整冷量分配,维持主冷正常液位,增加主冷乙炔含量分析频次,防止主冷液氧中烃类浓缩; (7)补加副冷箱珠光砂,消除保冷影响; (8)切换膨胀机,检查冷却器是否有泄漏。经过一天的观察、调整,空气进出主换热器两端压差始终保持15~16kPa,主换热器热端温差依然增大。立即停车,对系统加温,分析并确定热端温差变化的原因。 2　故障原因这次空分设备被迫停车主要是由于主换热器热端温差增加,主冷液位持续下降造成的。主换热器的换热效果与进换热器空气量、空气质量有关,且空气中含有杂质的成分不同,对换热效果影响也不同。换热效率下降的主要原因包括两方面:①部分通道堵塞引起有效换热面积减少;②冻结物的轻微附着,影响换热效率。二氧化碳进入冷箱,造成干冰堵塞;机械杂物堵塞,造成部分通道气流严重不均,换热面积不能起有效作用;水分及有机油气进入主换热器,造成主换热器上部热交换不足。 (1)从系统工况分析,空压机进系统压力、流量无大幅度波动和脉冲,分子筛纯化系统未受冲击,在线监测二氧化碳含量,未超标。从后来的解冻工况来看,当主换热器中部温度达到-50℃时, 各换热器中部及热端温差依然较大,可以排除二氧化碳冻结和堵塞的可能。 (2)随着膨胀机入口管线的解冻出口阀 (V341、V342)打开,主换热器中部温度和热端温差迅速趋于一致,说明结晶点在-50℃~0之间的裂解产物在主换热器空气通道内升华,因此可排除机械杂物堵塞。检查膨胀机增压机出口冷却器,无水排出,且仪表显示水含量在1×10-6以下,说明增压机出口冷却器不漏水。空气进下塔通道前后阻力始终在15~16kPa,而增压空气通道阻力则有明显上升的现象,因此认为在增压通道内的冻结情况更为严重。 (3)在空分设备停车之后,打开电加热器,检查再生气通道,确认无其他高温结晶物,基本排除循环水系统化学药品从空冷塔进入系统的可能。 (4)空分设备停车复温过程中,在空压机放空处有较多油雾随空气排出,在其侧面挡墙上有较重油迹。停车后对空压机进行检查,发现空压机油箱漏掉2桶油,约300kg。拆检空压机进口导叶,发现空压机前轴支座振动测点两个探头未按设备装配要求安装6只“O”形密封圈,在探头后侧形成两个扇形油迹区,从而导致大量的油脂随着高速流动的空气被吸入系统中。泄漏的润滑油大部分在空冷塔中被洗涤到循环水系统,部分油脂经120℃左右的高温分解形成的油脂蒸汽(C3—C4),不能被有效洗涤而进入分子筛床层。由于分子筛的选择吸附,分子筛床层对C3—C4某一组分(从物理性质看,更有可能是丙烷)不能拦截吸附,该组分穿过分子筛床层而进入到主换热器中并冻结,形成结晶物薄膜,造成空气通道侧的换热系数大幅下降。 3　故障处理 3·1　空压机系统清洗系统的脱油、脱脂工作显得十分重要,关系到空分设备的安全运行,特别是在冷箱内部,积累的油气组分已经扩散到整个精馏塔内。为确保冷箱内的油气被有效清除,拟分步实施,尽可能使上游气体不带油污,以保证进冷箱气体质量。针对空压机前端支座振动探头漏油,按规定补加6只“O”形密封圈,确保振动探头不漏油,并人工清洗进口导叶及入口处的油污。启动空压机后,打开水冲洗装置,清洗转子及级间冷却器3~ 4次,每次持续半小时。从级间排水口观察,排水从乳白色油水转清水后,结束冲洗。 3·2　循环水系统清洗在循环水系统中加除油剂。由于有大量油脂被空冷塔的冷却水带入到循环水系统中,循环水系统水池水面上有明显油花。针对空冷塔内部填料清洗,启动大、小预冷水泵间断运行,检查并单独清洗空冷塔顶部除雾器。对空冷塔进行局部清洗,排放合格后,复位空冷塔人孔,循环清洗循环水系统,直至清洁。 3·3　分子筛纯化系统清洗打开分子筛吸附器上、下人孔检查,未发现明显油迹。对分子筛床层不同深度的分子筛进行取样分析,检测结果表明:其强度和吸附能力与指标值比较分别下降14·6%和5·1%,基本认为分子筛可以继续使用。分子筛再次投用前,用185℃以上的高温重新活化4个周期。 3·4　空气分离系统吹扫空气分离系统的再次吹扫至关重要,主要是除去系统内的油气裂解产物,保证系统安全运行。 (1)脱开空气与冷箱连接法兰,检查空气进换热器冷箱接口,未发现明显的油气裂解产物。分别脱开1#、3#换热器进口法兰使空气经2#、4#进口法兰进入,形成循环后从1#、3#进口脱开处进行吹扫打靶检查,确认空气通道无机械杂质。合格后再复位1#、3#进口法兰,脱开2#、4#进口法兰, 反吹。 (2)打开主换热器去下塔空气管线吹除阀V301和主冷液氮侧吹除阀V304吹扫;针对空气管线增压机侧,让空气经增压机侧由膨胀机解冻吹除阀侧吹出。并对排放口进行打靶检查,每4小时检查1次,检查后发现仅有少量铝屑被吹出。 (3)空气分离系统经过48小时全面吹除和干燥,并逐一确认吹除口清洁。 3·5　空气分离系统重新积液空气分离系统重新积液,先将下塔积液300~ 400mm,再全部排放。全关下塔液氮回流阀V11, 重新积液并将下塔液体全部打入上塔。将主冷液氧积液到1000mm,全部排尽后再重新积液,确保上、下塔均匀得到液体冲洗,并且尽量提早投用总烃分析仪监控系统。 4　结束语采取上述措施处理后,空分设备于2007年5 月7日再次投运,5月10日生产出合格的产品氧、氮和氩,各项指标均达标,此后空分设备运行工况稳定。

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