空分装置调试运行总结

丁盼盼，王德胜

(荣盛集团中金石化有限公司 浙江宁波 315000)

荣盛集团中金石化有限公司空分装置(KDONAr- 25000/30000/800)由四川空分设备(集团)有限责任公司成套设计，并由川空提供静设备部件，关键动设备部件则采用国外著名制造商进口设备组装配套。该装置采用全低压分子筛吸附净化、增压透平膨胀机制冷、全精馏无氢制氩和氧、氮内压缩流程，压缩机组采用电机驱动，采用DCS集散控制系统进行控制。

在装置建成运行阶段，由于安装质量与设备误差等因素，实际运行指标与设计指标会有所偏差，通过调试可确定更合理、更稳定的工艺指标，以保证整体工况的稳定。在运行过程中，会出现各种意外事故而导致工况的不稳定，通过初期的试运行不断发现和解决问题，减少事故出现的频率，使空分装置工况趋于稳定。通过总结故障原因、优化工艺操作，保证了空分装置运行的稳定性。

1 运行故障

1.1 阀门故障

空分装置所用液氮泵为进口立式五级离心泵，从精馏塔下塔顶部抽出的液氮经液氮泵加压至4.2 MPa后分为2路：一路经节流阀降压至0.8 MPa后进入高压板式换热器，与正流高压空气和正流膨胀空气换热，复热至常温后再送入0.8 MPa[8 000 m3/h(标态)]氮气管网；另一路经节流阀降压至4.0 MPa后进入高压板式换热器，与正流高压空气和正流膨胀空气换热，复热至常温后送入4.0 MPa[2 000 m3/h(标态)]氮气管网。在正常工况下，通过液氮泵出口管线调节阀和管网进口调节阀进行流量调节。

4.0 MPa氮气出口管线调节阀为气开式带手轮气动调节阀，在事故状态下处于关闭状态。在实际运行过程中，发现中压氮气出口流量急剧下降而中控阀门未动作，现场检查阀门开度发现处于全关状态，中控操控气动阀无反应，而氩馏分急剧升高，面临氮塞风险。此时通过现场将气动阀打手动的方式进行调节，保证氮气外送流量，同时对氩系统减负荷处理，调整工况至正常状态。

事后经检查发现阀芯冻结，导致阀门无法动作，且后系统对4.0 MPa氮气用量减少，管网压力升高，导致无法排出足够量的氮气。事故解决后，将去管网气动阀出口开大、管网压力设定值提高，以保证足够的放空量，防止出现氮气放空量突然减少而导致氩系统的波动。

气动开关阀不能正常动作或动作不到位的原因有电磁阀故障、执行机构故障、阀体故障等。当阀门不能正常动作时，首先应检查气源和空气过滤器减压阀出口压力，再检查电磁阀是否存在故障，最后检查执行机构是否正常、阀芯是否存在问题，直至故障消除[1]。

1.2 安全阀故障

液氮泵的作用是为后续管网提供液氮气化后的氮气，运行时1开1备，备用泵低负荷运转。在调试阶段发现2#液氮泵主泵出口排放管线上的安全阀根部螺栓和安全阀出口存在漏液现象，经讨论决定进行倒泵处理，即待1#液氮泵负荷升至主泵状态、2#液氮泵负荷接近最低时，用管钳拧紧安全阀根部螺栓直至不再漏液，但安全阀突然起跳，喷出的液体打至冷箱板上并产生大量烟雾。由于大量的液氮冲击至冷箱板上，造成冷箱碳钢板冻裂，进而导致珠光砂泄漏。事故原因：安全阀质量存在问题，运行过程中出现多处漏点，且起跳压力校定存在偏差；安全阀设计不合理，安全阀出口采用向上设计，造成安全阀起跳时喷出的液体直接打在冷箱板上；操作人员在处理安全阀泄漏时未关闭2#液氮泵出口阀，导致安全阀起跳时，2#液氮泵出口直接与1#液氮泵出口连通，造成1#液氮泵超负荷运行。现场紧急关闭2#液氮泵出口阀，同时联系维修人员对冷箱板进行紧急补漏。

1.3 电气故障

空分装置运行过程中曾多次出现电机接线烧损现象，其中较为严重的一次为液氮泵主泵三相接线烧毁，导致液氮泵停止运行，所幸备泵及时启动，避免了工况的波动。

为避免电气故障造成的损失，应合理安装接地线，保证电机保护措施的完善可靠。常用的电气保护包括短路保护、过载保护、断相保护等[2]。短路保护常使用熔断器进行电机保护，当电路发生短路时可迅速可靠地切断电源，避免短路电流的冲击而造成电机损伤，但灵敏度不高，需达到熔断器动作电流值后动作，易出现选型错误。过载保护是在设备负载过大时，电源设备自动断电的一种保护措施，用于防止电线过载造成绝缘老化而引起的事故。断相保护是为防止多相电路的一相导线中电流消失而采取的一种保护方式，化工生产中所使用的电气设备多采用三相交流电，设置断相保护可以防止因出现缺相而造成的电机损坏。

1.4 仪表故障

随着自动化程度的不断提高，化工仪表在化工生产中的重要性不断增大，化工生产的便捷与稳定离不开仪表的准确测定及处理。仪表指示出现异常现象一般包含2种因素：一种是工艺异常，此时仪表反映了工况真实的不稳定性；二是仪表异常，此时仪表反馈的结果与实际工艺状况不符。因此，对仪表指示异常的准确判断尤为重要。在工况稳定的前提下若出现仪表故障，极易引发联锁而导致发生停车事故。

一般现场仪表易出现故障，空分装置在调试阶段曾多次出现与仪表故障相关的问题，其中空压机放空阀本体喘振全开、膨胀机导叶调节故障关闭等均引发了空分系统的联锁停车；氧泵回流阀定位器异常导致氧泵出口流量波动较大，造成后系统工况不稳；空压机电机轴承温度仪表测点受干扰导致温度反馈值波动较大；分子筛顺控程序仪表故障导致分子筛吸附器暂停运行；氮纯度分析管线存在漏点导致氮中氧含量过高等。

当远传仪表出现指示异常时，首先应判断是否为操作工况变化所引起，若仪表记录指示显示离线或波动异常剧烈，则多为仪表系统出现故障，此时应与现场仪表指示进行对比。常见的仪表故障为信号管线堵塞或断裂、信号源受干扰、仪表原件进水失效等。在空分装置安装调试阶段，主要以信号源受干扰较为常见。当仪表信号源受干扰时，可通过改变信号接地方式、采用屏蔽电缆将干扰信号消除、改变信号传送方式、将分析信号转变为标准4～20 mA直流信号等措施以增强抗干扰能力，但增大了设备投资[3]。

1.5 设备故障

空分装置运行负荷过高、运行时间过长，会出现一些常见问题，如后备液氮泵填料磨损、打量不正常、轴承断裂、电机发热异常等，均会影响后系统的正常运行。出现此类故障的原因很多，除液氮泵本身质量因素外，由于长时间高负荷运行，导致填料磨损严重；运行后未进行升温处理，导致后备液氮泵冻结，下次启动时造成打量不稳甚至不打量；由于工作介质为液氮，温度较低，启动时对轴承损害较大等。

2 工艺异常状况

2.1 氧纯度低

荣盛集团中金石化有限公司的空分装置向气化装置提供25 000 m3/h(标态)的氧气，正常情况下氧纯度维持在99.6%(体积分数)的工艺最低指标。在调试阶段，由于工况不稳定，多次出现氧纯度不合格的情况，其原因分析如下。

2.1.1 氩系统工况异常影响氧纯度

在氩系统调试阶段，当粗氩Ⅰ塔底部回上塔液体流量控制过大时，会造成大量液氩进入主冷液氧侧而没有得到充分汽化，导致液氧纯度出现波动。氩系统调试过程中还经常出现氮塞现象，当氮塞严重时，由于无法及时将粗氩引至精氩塔或放空，造成粗氩Ⅱ塔底部液体增多，为维持液位稳定，将此部分液体打回主塔，导致氧纯度下降。

2.1.2 冷量过多导致氧纯度降低

在空分装置开车阶段采用加大膨胀量增大主冷积液过程中，当主冷液氧液面过高且未对膨胀空气量作出相应调整时，由于膨胀空气量与进塔空气量的分配不均匀，导致主塔内冷量过多、外送气体量过少，造成下塔液空纯度下降，而下塔精馏工况是保证上塔精馏正常的基础[4]。调试初期需对下塔液空纯度进行分析，保证液空纯度在指标范围内，同时注意监控下塔压力与液空温度的变化，定期进行检验分析。

2.1.3 气化装置变负荷操作对氧纯度的影响

当空分装置负荷一定时，其进塔空气量及外送气体量在一定范围内波动。当气化装置用氧量突然加大而未对空分装置进气量进行相应调整时，若外供气体量超出此负荷下的弹性上限时，就会直接影响氧纯度。在外供氧量增加时，须相应增大空气量，同时对膨胀机的膨胀量、高压液空节流阀、增压机各段出口压力、液氮及污液氮节流阀等进行调整，以保证工况稳定。

2.2 低负荷下的氮塞

空分装置为气化装置提供氧气，若气化装置长期不运行时，为保证全系统氮气的正常供应，空分装置必须降负荷继续运行。当空分装置处于最低负荷下运行时，在保持液氧纯度合格的前提下，应尽可能提高膨胀空气量，以保持足够的制冷能力，生产更多的液体产品。与此同时，膨胀空气量的增大和进塔空气量的减少将使主塔温度整体降低、上塔富氩区下移，导致氩系统进气量中含有大量氮组分，为避免氮塞，应排出足够量的氮气和污氮气，以保持氩馏分指标在正常范围内。

空分装置在负荷降低的同时，会对粗氩气取出量进行降负荷调节。荣盛集团中金石化有限公司空分装置满负荷运行工况下的粗氩气取出量为800 m3/h(标态)，粗氩Ⅰ塔去粗氩Ⅱ塔总流量为27 000 m3/h(标态)。当空分装置降负荷时，仅减少了粗氩气的取出量，运行中发现精氩冷凝器液位逐步升高，同时粗氩气进精氩塔流量出现波动且波动范围逐步扩大，精氩塔氮塞严重。为此，增大精氩塔顶部不凝气排放阀开度以减轻氮塞，同时通过粗氩气放空阀控制粗氩气流量稳定，以避免主塔和粗氩塔工况的波动。

通过分析后发现，由于空分装置负荷较低，在粗氩塔负荷未减小的情况下，进入氩系统的氮含量较高，而氮气的沸点较低，无法冷凝回主塔而进入精氩塔内，同时精氩塔不凝气放空阀开度过小，导致氮气逐渐在精氩塔冷凝器内积累而无法排出，致使精氩塔冷凝侧蒸发量减少、液位升高。

3 调试过程中的注意事项

3.1 冷状态下快速启动

空分装置在调试过程中经常会出现停车事故，为缩短调试时间，停车处理故障后需在冷状态下快速启动。停车后应尽量保持主冷液面，保证足够的冷量，减少重新启动时所需的积液时间。通过节流阀的调节，尽快得到合格的富氧液空。如得到的氧纯度不高，可适当降低上塔压力，同时

在维持氮纯度合格的情况下加大氮气以及污氮气的排放量。在氧纯度调节过程中，空气进气量是关键，若进气量过小，则会延长调节时间。除空压机自身原因外，空气进气量一般受主塔温度和压力影响，可通过增加膨胀空气量来降低下塔温度，提高下塔塔板积液量以增大热空气的进气量，加快液氧纯度的调节。

3.2 分子筛吸附器故障处理

分子筛吸附器顺控采用PLC程序，运行期间影响因素较多，仪表、电气故障及阀门开度和开关速度都会造成分子筛吸附器顺控程序的暂停。顺控程序若出现长期暂停，将影响分子筛吸附器出口冷吹峰值，同时会引起分子筛吸附器出口空气中CO2含量波动。分子筛吸附器因故障暂停时间过长时，为保证分子筛加热再生完全，确保其冷吹峰值在80 ℃以上，可在加热再生阶段暂停顺控程序，通过延长加热的完全再生时间以确保分子筛的完全再生。

3.3 氧泵切换操作

当气化装置在运行过程中需进行倒泵操作时，应严格控制氧泵出口压力，防止出现大幅波动，以确保气化炉的稳定运行。倒泵过程中会引起工艺氧气的流量和压力出现波动，对气化炉炉温及气体成分的影响较为明显。空分装置所供氧气存在放空余量，可通过手动调节进气量来保持气化工况的稳定。

4 结语

空分装置作为提供氧气、氮气及仪表空气的装置对后系统影响较大，在启动过程中应尽快完成调试并投入运行。在日常操作和维护中，应严格遵守设备和工艺的操作与维护规范，确保装置的稳定性。空分装置在调试阶段会出现诸多问题及异常事故，应严格按照操作方法和事故预案进行处理，并不断总结经验，执行最优方案。

[1] 罗丹，戴吉生，张龙.气动阀调试和常见故障分析与处理[J].科技视界，2015(20)：233- 234.

[2] 李文波.电动机烧毁现象及改进方案分析[J].中国高新技术企业，2010(10)：28- 29.

[3] 侯慧姝，刘文兴.化工仪表典型故障分析及处理[J].信息系统工程，2011(8)：69- 70.

[4] 汤学忠，顾福民.新编制氧工问答[M].北京：冶金工业出版社，2001.