大型空分设备安装及机械故障维修方法探讨

蔡华明 廖燕

摘要：工业设备的安装对于企业生产安全和生产效益有着密切影响。只有确保设备安装质量，及时诊断和解决好设备故障，才能确保企业生产目标实现。本文围绕大型空分设备安装方法和设备机械故障维修方法进行了探讨，提出了大型空分设备安装质量控制措施，供相关人士参考。

关键词：大型空分设备;设备安装方法;设备机械故障;安装质量控制

引言

大型空分设备是石油化工项目中应用较多的设备，其在化工生产中可以为工艺流程提供氧气、氮气和氩气。大型空分设备主要由空气压缩系统、空气预冷系统、空气净化系统、膨胀冷却系统、冷箱和分馏系统构成。

一、大型空分设备工作原理

1.大型空分设备工作原理

空气经过空气过滤器，过滤去除掉空气中的灰尘及其他杂质，然后进入到多级离心主空压机中进行压缩，再进入到冷却塔中进行清洗，冷却后输送到吸附器中去除二氧化碳、水蒸气、碳氢化合物，最终得到洁净空气。经过净化的空气部分直接进入到冷箱主换热器中，空气和返流产品进行热交换，经过热交换的空气进入到中压塔底部进行分离。还有一部分净化后的空气被输送到膨胀机中，经过膨胀机增压后进入到冷箱系统，在冷箱的主换热器中进行液化，然后再进入到液体膨胀机中膨胀，之后进入到中压塔和低压塔。经过增压机增压后的净化空气在主换热器中冷却后被抽出，经过膨胀机膨胀后被送到中压塔，然后得到液氮产品，从低压塔得到液氧，顶部得到污氮。

2.大型空分设备的选型

大型空分设备中，冷箱的设计温度应满足最低温达到-196℃，实现深度冷却的工艺需求。因此设备选型中应保证冷箱的材料具有良好的抗低温性能。通常采用的抗低温材料是铝镁合金或者不锈钢材料。在板式换热器中，通常采用铝镁合金作材料，其他的设备组件中采用不锈钢材料。

大型空分设备可根据动静特征分为动设备和静设备两类。动设备主要包括空气冷却装置、压缩机、机泵、膨胀机，空气冷却装置采用变频节能风机，降低运行能耗。静设备包括换热器、空气过滤器、消声器、塔器。塔器采用直接接触的方式降低循环水的能耗，同时利用冷却水的汽化热提高换热效率。中压塔和低压塔采用规则形状，降低介质通行的阻力，降低空压机的压力。空气净化系统采用立式双层吸附，减少设备占地面积，降低系统阻力，提高净化效率。

超大型设备组件需要考虑到体积因素，很多大型组件整体运输限制，因此要分散运输，在现场再进行组装。如空冷塔、水冷塔、吸附器等大型设备，在现场焊接后组装。吸附器组装后再填充分子筛等材料。

冷箱系统包括中压塔、低压塔、主换热器、主冷凝蒸发器、过冷器、高压换热器、汽液分离器等主要设备。中压塔、低压塔、汽液分离器的主体材料为不锈钢，主换热器、主冷凝蒸发器、过冷器、高压换热器主体材料为铝镁合金。冷箱系统主换热器和高压换热器采用板式，有利于降低传热的不可逆性，减少换热温差，降低换热能耗。低温液体泵采用变频节能技术，降低电耗。大功率泵采用两用一备，保证生产持续性，节约设备投资。

空气压缩机是大型空分设备系统能耗较大的设备，因此在选型的环节应以能够节约能耗为考量目标，同时考虑到安全性。空气过滤器采用自动控制技术，可以根据系统设定的参数自动启动清洁功能，更好地保证空气过滤质量。在空气过滤器的设计环节，应考虑空压机的能力，减少过滤器和空压机的正常压差，降低系统运行能耗。空气压缩机、增压机均采用多级离心增压方式，提高增压效率。蒸气轮机先采用空冷全凝式，比抽凝式驱动效率更高，可代替水冷器，因此节约能耗的同时可以节约水资源。液体膨胀机采用带制动发电机，代替高压液空节流阀，提高膨胀效率。

二、大型空分设备安装方法

冷箱的安装：冷箱的尺寸较大，重量较重，在安装时采用吊装的方式，两台吊车同时作业，通过双机抬吊将设备吊送到安装基础上。在吊装前首先要进行科学计算，确定吊装路线，保证吊装受到的阻力最小，時间最短。还要制定相应的吊装质量保障措施，在吊装前做好各项保护措施，避免安装事故发生。在设备组件运输到现场前，要对运输路线，组件的放置位置，吊装作业区域进行合理规划设计，对路面进行填实，确保运输安全高效。吊装作业区域的地面要进行支撑负荷的检测，确保吊装作业满足实际称重要求。吊装设备进入到现场，各项施工材料、用具、组件等准备到位，将设备和材料的位置摆放正确开始进行吊装。成立吊装作业小组，设置总指挥员，配备技术人员，至少应确保吊装作业小组有两名经验丰富的起重工。在冷箱安装前，工作人员需要对基础施工部分的相关参数进行复测，记录数据信息，检查设备底板螺栓孔的大小尺寸，检查地脚螺栓的位置、螺栓的数量等，确保基础施工质量符合冷箱安装要求。冷箱的吊装顺序是先掉装粗氢塔的下段，然后再吊装主塔的下塔，之后吊装粗氢塔的上段，精氢塔，主塔的上段。将抱箍和缆风绳安装在塔器上，抱箍和塔器接触部位用胶皮垫进行保护，然后吊装塔器，安装到位后将缆风绳固定就位。

增压机、空压机、氮压机、氧压机的安装：这些回转设备的安装首先应做好底座安装。在安装底座时需要安装垫板，采用流动性灌浆方式一次成型，安装好垫板，这种一次成型的方式可以避免垫板发生空鼓，保证垫板的安装质量，节约设备安装时间。在设备单机安装完成后对每个设备进行检验，同时对设备组合进行检验，检查设备组件的同心度。对设备机身和联轴器先进行粗定心，进行粗调之后再进行细调。定心前工作人员要对设备部件的尺寸进行测量，保证尺寸的准确性，使定心达到安装质量要求。联轴器对中采用激光对中仪，保证对中精度，提高对中效率。

储罐的安装：储罐贮槽主要是用于制氧产品剩余产品的贮存，由于介质是低温产品因此需要储罐材质具备耐低温性能，能够满足-196℃温度需求。安装过程中，包装储罐的密封性十分重要。焊接工艺要满足焊接技术要求，同时焊接完后进行焊接工艺评定。焊接的方法采用单面焊接双面成形的方法。施工时，先将储罐的围板进行组对，对准后从纵缝外侧进行焊接，提升再进行环缝电焊，纵缝内侧清根，之后再进行环缝外侧焊接和纵缝内侧焊接、最后进行环缝内侧焊接。焊接完后利用起升系统将储罐降落到初始位置，放松胀圈，最后对未焊接的部位进行补焊。在扩充胀圈壁板组对时，要在每个壁板留一道活口，这样可以对纵缝焊接进行校正，校正后再进行切割和点焊定位。

对设备仪表进行测试：大型空分设备中自动化控制系统在硬件安装完后进行控制系统的调试。氧气系统采用集散型的控制系统，检测该系统在产品质量控制、负荷跟踪、生产控制、生产管理方面的性能是否良好。对控制系统中的主要设备操作模块、显示模块、报警模块等进行性能检测。对操作室内的操作键盘和监控装置进行性能检测，满足设备对整个机组的监控和綜合运行管理需求。

三、大型空分设备机械故障维修方法

空分设备中的零件发生磨损变形。这类故障主要发生在设备的齿轮部位、承重部件以及箱体运行的零部件。设备在运行的过程中消耗大功率的电能，因一些特殊的情况而导致设备部件发生磨损变形。一旦发生这类故障，如果故障是设备的核心部位，一旦部件发生磨损变形很难修补，勉强修补后很容易短期恢复正常，但是过一段时间又出现二次故障，因此在核心部位发生设备部件的磨损变形后，及时进行更换。如果故障是在设备的外壳部位，没有涉及到核心部位，可进行修补，通过焊接法、截取法进行修补。通过焊接裁取相同材料对零件的磨损变形部位进行修复，如采用低碳含量的材料作为补充材料进行修复。注意焊接过程中的施工质量，焊接技术要保证连接处的精密度满足焊接工艺要求，通过灵活调节不同层次的焊接温度，保证焊接质量合格。对大型空分设备的零件磨损或变形故障进行修复后，在故障部位的表面喷涂保护层，通过喷涂外保护层将维修的部位进行进一步加固处理。造成设备部件出现磨损或变形的故障主要原因是零件松动或接触故障。因此对设备零件进行紧固度的检查，同时检查是否存在接触故障。在零件上捆绑一个铃铛，敲打铃铛听声音，如果零部件的紧固度和连接零件出现松动，那么声音会低沉，发现声音比正常情况低沉说明存在零部件紧固度不合格的情况，需要用专业工具进行紧固。在紧固时注意用力适中，避免过大过小，保证零部件紧固度满足设备安装工艺需求。

大型空分设备在运行中出现噪音过大的情况。可能的原因是设备连接部位存在问题。检查设备运行波纹连接位置是否存在部件磨损或变形的情况。大型空分设备安装的要求是每个结构部件连接位置的缝隙必须在0.8mm，如果缝隙过大或过小都会引发故障。对设备结构连接位置的缝隙进行检查，将0.8mm厚度的铁片插入到设备故障部位，如果存在孔隙过大或过小的情况，就说明设备部件之间的缝隙不合格。采用焊接的方式对设备结构部件连接位置的缝隙进行调节，确定设备连接位置部件严格对中，消除设备运行时噪音过大的故障。

大型空分设备存在漏气、漏油的故障。一般这类故障发生在设备内部的细缝处。检测是否存在细缝的方法是通过听声音进行判断，采用计算机对声音进行识别，判断是否声波存在异常。然后用肥皂水涂到设备的细缝位置，如果存在漏气故障则肥皂水产生气泡。如果空分设备没有找到漏气、漏油的具体原因，可对设备零件进行更换，同时对设备连接部位的连接面进行清理，以免灰尘进入，为后续故障发生埋下隐患。

四、大型空分设备安装质量控制措施

大型空分设备内表面进行严格脱脂处理。在设备安装后的调试环节，对空分设备中与空气介质相接触的表面进行脱脂处理。通过对设备中与介质想接触的表面进行脱脂处理，保证空分设备运行安全稳定，避免发生爆炸事故，同时防止低温介质附着在设备内表面，从而对设备热量交换带来不利影响，降低生产效率。

大型空分设备的分子筛进行有序安装。分子筛的主要目的是对空气中的杂质进行去除，保证进入到设备的空气洁净度。大型空分设备中的分子筛主要是采用氧化铝来吸附空气中的各种杂质，包括一氧化碳、水蒸气、二氧化碳等。二氧化碳在低温状态下会凝结，凝结后的二氧化碳一旦进入到设备中，容易堵塞管道，从而增加生产风险，提高生产能耗。因此去除二氧化碳是十分重要的。在安装分子筛环节，应注意分子筛填料的顺序，不得混乱，同时注意每层填料应填密实填充实，保证分子筛分层均匀、有序。

大型空分设备的空压机、膨胀机安装应注意密封气满足要求。在空压机和膨胀机启动前，润滑系统和气室之间依靠压缩空气来阻隔。当空压机和膨胀机启动后，设备本体的空气压力满足生产系统气压的要求。当空压机和膨胀机停车后，应及时阻隔润滑油侵入到气室，保证密封气运行可靠。

大型空分设备应注意耐冷保冷质量。在超低温状态下，设备的保冷性能十分重要。空分塔采用的材料必须具备良好的耐冷保冷性能，主要是采用珍珠岩，在安装时应注意对珍珠岩的比重、粒径、含水情况进行检验，保证各项指标满足质量要求。冷箱、真空管、液体储罐的外层保护材料应确保密闭性，避免空气进入在设备表面结冰。在冷箱和主塔的结合部位填充粒状棉，保证填充密实度，延长设备使用寿命。

大型空分设备安装注意做好防火措施。氧气站内设置防火墙，防火墙的材料应选用不锈钢材料。在氧气站运行的过程中一旦发现漏气应及时检查，紧固漏气部件。为了避免引发火灾，氧气站内的防火墙螺栓采用铜材质，漏气检修的紧固用具采用有色金属材质，降低火灾发生概率。

五、结语

综上所述，大型空分设备安装不仅仅要注意设备安装的安全性和稳定性，同时还要注意设备安装的节能性和经济性。为此，在大型空分设备安装前，应结合工程项目的实际情况合理选择设备材质，选用降低能耗的工艺。通过对大型空分设备的安装技术和安装规范进行分析总结，保证设备安装的质量，使大型空分设备开车一次成功，为工程项目的后续运行奠定可靠保障。另一方面，通过对设备安装关键点进行梳理，便于完善设备安装工艺规范，为大型空分设备的设计和制造部门提供信息支持。

参考文献：

[1]徐建平.大型空分设备国产化现状与展望[J].通用机械，2016（8）：15-18.