空分装置的诊断与评估

李 楠

(中国空分设备有限公司,浙江杭州 310004)

空分装置的诊断与评估

李 楠

(中国空分设备有限公司,浙江杭州 310004)

阐述了对空分装置进行诊断和评估的必要性,并在数据收集、数据分析、评估结论下定几个环节提出自己的看法,在数据分析阶段,归纳整理了对空分装置进行诊断和评估的一些考量点。

空分装置;诊断;评估;分析

1 序言

我国空分行业经过几十年的发展,空分流程先后经历了铝带蓄冷器冻结高低压空分流程(简称第一代空分)、石头蓄冷器冻结全低压空分流程(简称第二代空分)、切换式换热器冻结全低压空分流程(简称第三代空分)、常温分子筛净化全低压空分流程(简称第四代空分)、常温分子筛净化增压膨胀空分流程(简称第五代空分)、常温分子筛净化填料塔全精馏制氩流程(简称第六代空分)。

随着空气分离技术的不断完善发展,我国的空气分离设备也向能耗更低、操作更自动化、更安全可靠、规模更大的方向前进。目前,在一些制氧厂,我们可以同时见到不同时代不同空分流程的空分设备。其中一些空分设备运行了十几年到几十年不等。为了满足制氧厂对气体需求量的变化,这些空分设备仍在服役中。而这些在役的空分设备,不同程度的存在有流程落后、设备老化、故障频繁、安全隐患多、维护费用高、仪控落后、产品产量低、质量差等问题。一些存在问题的空分装置始终没有进行过全面系统的诊断。

氧气厂需要对这些设备的运行现状、设备运行可靠性、安全性有全面认识,并适时对这些服役空分从多角度进行诊断及评估,这将有利于氧气厂根据评估内容对在役空分做适当的处理意见,在节能减排、安全生产的大环境下,使这些空分装置更加安全可靠、更加节能地为氧气厂服务。

2 空分装置诊断、评估的步骤

2.1 资料收集、数据采集

在对空分装置进行诊断评估前,应首先做好资料收集、数据采集等工作,同时应保证数据真实。综合各种数据和历史现象对所收集的资料、采集的数据进行分析、甄别,进行理性客观的筛查,选取符合事实情况并能够反映装置设计状态下运行情况的数据进行分析,摒除可能由于仪表存在误差或装置非正常运行等情况下记录的不合理数据,防止这些数据影响评估结果,做出不符合实际情况的评估意见。

①查阅空分装置的供应商及其投产时间,通过厂家提供的随机资料中的图纸和文件了解原始设计的基本技术数据。②查阅空分装置历史改造记录,了解其改造时间、改造原因、改造内容以及改造效果。③查阅历史中修、大修记录,从维修记录中了解空分装置的故障频繁发生点,潜在的安全隐患,维修频率以及维修费用,分析其投入与产出。④收集空分装置的运行操作数据以及机器运行操作数据,并对这些数据进行甄别,选取有代表性、合乎情理、能够反映装置设计状态下运行情况的数据进行分析。可以了解空分装置在各个阶段的装置及设备性能,包括空分装置的精馏能力以及机器的效率等。

2.2 空分装置的诊断和评估

对所采集的有效数据进行分析,并全方位对空分装置进行评估和诊断。评估和诊断应从从工艺流程、配套设备性能、设备运行可靠性、安全性、经济性等方面进行。

2.2.1 对机组的工艺流程进行评估分析

了解空分装置为第几代空分,是否属于国家产业结构调整中限制类或淘汰类的一种;装置原始设计的基本技术数据,包括加工空气量、产品产量、产品纯度、加工空气压力等;空分装置的流程组织形式及特点;例如:空气中水分、CO2用何种方式去除,切换周期及切换损失如何,不同流程的流程组织及设备配置以及配管简单还是复杂,装置输送气产品的能力,膨胀机是否回收膨胀功,装置氧提取率及能耗,操作是否方便、是否能满足节能减排的要求等。

2.2.2 机组的设备配置性能评估分析

了解空分装置原始设计的各配套机组的技术参数、结构、作用;各个配套设备的性能如何。例如:过滤器的结构、过滤阻力及过滤效果;压缩机实际运转的效率,级间冷却器冷却效果,水量消耗;预冷系统能否将空气冷却至设计值,空冷塔作为压力容器经过长期运行、腐蚀,是否能够保证安全运行,空冷塔内部结垢或锈蚀是否降低了设备处理空气的能力;空气中水分及CO2是否能去除到规定值;膨胀机的效率如何,制冷效果能否满足生产所需的冷量需求;精馏塔的效率是否达到设计值,产品纯度及产量能否达到设计值,精馏塔的阻力值是否变大,氩系统能否正常运行,氩产量是否达到设计值,换热器是否有偏流现象,热端温差、换热效果如何;容器设备、阀门是否存在泄漏等非正常现象等等。

2.2.3 机组的设备运行现状诊断分析

结合现阶段的数据分析结果以及历年改造和维修记录,对机组现阶段的运行状态进行分析,充分考虑改造和维修记录中的有关措施对机组运行造成的影响和后果。例如:过滤器的效果是否影响空压机的正常运行;压缩机的故障及维修是否频繁,是否能安全稳定长期运行,压缩能力如何,能耗如何,机器的振动、轴温等是否在正常范围内,机器备品、备件的采购是否有保证等;预冷系统是否能将空气冷却至设计值,换热是否均匀,塔板或填料是否有结垢老化等现象、以往的维修记录中是否发现容器壁厚变薄的情况等;不同的流程组织形式有不同的设备实现空气中水分、CO2及碳氢化合物的去除,这些设备是否存在问题;膨胀机的效率如何,制冷效果能否满足生产所需的冷量需求等;分馏塔产品的产量和纯度能否达到设计值,液空吸附器、安全排放量等空分装置安全措施是否到位,板式是否有偏流、阻力增加、热端温差增大、泄漏等现象,冷箱内阀门是否有锈蚀,密封不严及结霜现象,塔内仪表管、温度计插座、法兰连接处是否有泄漏现象,冷箱内是否有应力过大而导致管道变形的现象等;仪电控是否存在设备老化,维护量大的问题,空分装置的在线故障、报警、记录功能是否完善,各类开关是否灵活,接线端子接触是否良好,电磁阀可靠性如何,调节阀等操作是否灵活,电器组件是否有老化现象,是否存在安全隐患等。空分装置存在的问题中,有一些是可以暂不处理的,有一些是需要处理的,有一些是无法处理的。应区别对待这些问题,并与处理成本和处理效果共同考虑,以便做出正确的处理意见。

2.2.4 从安全、环保要求对制氧机组进行评估分析

2.2.4.1 压力容器

查阅当地特种设备监督检验所对压力容器的检验报告,了解各压力容器的安全情况等级评定级别。必要时可对有条件的压力容器进行随机壁厚检测。

2.2.4.2 压力管道诊断

压力管道曾经出现的安全问题、分析存在的潜在的安全隐患。

2.2.4.3 噪声及废水、废气

空分设备的噪音来源是压缩机及气体排放。评估中可对机器厂房、主要气体排放处以及中央控制室进行噪声测量,空分装置中央控制室的噪声应符合GBJ87的规定,不高于60 dB。空分设备的危害废气主要是污氮气以及氮气的放空气体,它可使人窒息,甚至死亡。评估中可注意这些有害废气是否进行安全集中排放,排放高度是否符合标准要求。

空分设备的废液主要来自空分停车时的低温液体。低温液体直接排放能造成人身安全隐患,另外低温液体蒸发会产生大量的烟雾,富氧液体蒸发产生的烟雾有一定的危险性。评估中应注意空分设备是否配备液体排放坑、喷射蒸发器等,排放高度是否安全。

2.2.4.4 安全隐患及安全事故

诊断空分装置曾经出现的安全问题、分析存在的潜在的安全隐患。例如:压缩机的控制对喘振的处理是否能及时准确,是否有振动超标、开停频繁等问题,有没有可能导致转子开裂等安全事故的问题存在,压缩机故障处理后是否存在机组部件不匹配的情况等;空分设备是否曾经发生过微爆,是否还存在主冷爆炸的安全隐患,空气进入分馏塔前是否能够将水分、CO2和碳氢化合物去除,是否长期排放安全排量的液氧,是否有主冷碳氢化合物的在线监测和报警等;加氢除氧制氩系统(如果有)需要配置制氢站,为一级危险源,因此对运行、检修方面要求特别严格。仪控系统的仪表台件、部件及各类开关甚多,相互连接十分复杂,任何环节的动作有误都会形成故障点。要注意接线端子是否有腐蚀;电磁阀可靠性是否降低;控制阀等是否有调节不灵,切断不力,是否引起联锁系统误动;电气设备是否有老化现象等。

2.2.5 技术经济指标综合分析

2.2.5.1 氧提取率和单位能耗

从空分装置的运行操作数据以及机器运行操作数据计算出空分装置的氧提取率和空分设备单位能耗:

空分设备的能耗主要来自于压缩机。从压缩机的运行数据中我们可以得到压缩机所配备电机的有功功率:

P=U×I×1.732×功率因数×电机效率

其中,功率因数和电机效率可以从电机铭牌上获得。

压缩机的轴功率:

其中Vm,加工空气量;T,进口温度,K。

根据有功功率和压缩机轴功率的计算公式,可得到压缩机的综合效率,综合效率也能够反映压缩机的运行能耗高低。

也可以从空分装置的氧气分离能耗上更加直观的反应其单位能耗:

空分装置总能耗包括压缩机(不包括产品压缩机)能耗、水泵能耗、液体泵能耗等用电能耗。

2.2.5.2 效益分析

根据上述计算结果,计算空分装置全年电耗(包括产品压缩能耗)及每年电费,与空分装置全年的产品价值相比,分析其全年毛利。

2.2.5.3 维修费用及人工成本

结合空分装置以往的维修记录、维修费用、实际运行中维护人员配备、装置故障频繁程度等估算其全年维修费用和人工成本,并与空分装置全年毛利相比较。

2.3 评估结论的下定

针对上述分析结果,应对空分装置做相应的评估结论。评估结论应立足氧气厂的实际情况和用氧需求,针对空分装置存在的问题以及潜在的隐患,重点考虑生产安全,结合投入和产出的经济效益,做出针对部机或者整个空分装置的改造或维修或报废等不同的评估结论。

3 结束语

安全稳定、高效节能是每套空分装置运行的目标。随着空分技术的不断发展,空分装置的各配套设备的技术水平也在不断提高,总体更加安全环保,更加节能,运行成本更低,自动化程度更高。与此同时,一些长期运行的中早期空分装置也更加凸显出其运行中的各种问题,设备管理者只有充分认识每一套空分的性能,并适时对其进行诊断和评估,才能使这些空分更加安全可靠更加节能地为氧气厂服务。

TQ051.8

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1003-3467(2010)18-0056-03

2010-07-21

李 楠(1980-),女,工程师,从事空分设计工作,电话:13757159612。