空气压缩机气体出口温度异常原因分析及处理措施

高 威，贾 丹，李艳芳，郭韶华

(河南能源开祥精细化工有限公司，河南 义马 472300)

0 前言

开祥精细化工是2005年引进的KDONAr-28000/10000/1000型空分设备。采用深度冷冻法全低压生产工艺进行空气分离制取氧、氮、氩气体。装置将空气压缩机提供的加压空气，经预冷、纯化，利用膨胀制冷原理提供的冷量使空气液化，在精馏塔内根据各组分的沸点不同进行精馏，从而获得所需的氧、氮、氩产品。由于空压机组位于本流程的源头，它的运行好坏直接影响到整个装置的安全稳定，是保证整个生产装置稳定的关键所在。

本厂空气压缩机是由汽轮机进行驱动的离心式压缩机，简称空压机。空压机型号为RIK100-4(1+1+1+1)，由陕西鼓风机厂制造。空气经过四级压缩，三段冷却(内置冷却器)后，将加压空气送至空分装置。空压机气体出口温度设计97 ℃，自2016年开始空压机气体出口温度经常发生超温现象，最高达到110 ℃左右。运行期间由于空压机气体出口温度频繁超温，出现过空压机平衡盘泄漏量增大、出口压力低、气量小，造成系统无法高负荷运行的情况。历年检修对空压机拆检也发现过空压机平衡盘金属软密封(材质为巴氏合金)融化变形的情况，严重影响系统负荷及机组安全运行。

1 超温事件经过及原因分析

本厂空压机气体出口温度设计97 ℃，冬季正常运行期间，空压机气体出口温度能够控制在97 ℃以下，但夏季环境温度高，经常性发生超温现象。2021年1月11—15日，空压机气体出口温度由97 ℃上升至107.7 ℃。当时大气环境温度-2～2 ℃，6台循环水泵和9台风机运行，空压机气体出口温度仍然出现严重超温。冬季循环水系统正常启动5台泵7台风机，在相同负荷下与同期进行对比，发现此工况明显异常。现对影响空压机气体出口温度的因素进行分析，主要有以下几个方面。

1.1 内置冷却器翅片老化

2016年4月，空压机的气体出口温度上升至104 ℃。同年5月大修期间，空压机拆开后发现内置冷却器翅片老化严重，出现大量脱落现象。换热器翅片间夹杂着大量粉末状物质，严重影响换热器换热效果。其中二、三级内置冷却器翅片老化最为严重，对其更换后空压机气体出口温度降至94 ℃左右。空压机共设有6个内置冷却器，目前已更换了其中5个。一级南侧换热器未更换，换热效果较差，一定程度上影响空压机气体换热。

1.2 内置冷却器水侧存在气体

空压机换热主要依靠内置冷却器循环水进行换热，如果内置冷却器水侧存在气体，则影响换热效果。对换热器水侧进行排气后，气体出口温度未发生明显变化。同时对换热器进行了查漏，也未发现漏气现象。本次空压机气体出口温度快速上升，排除换热器水侧存在气体的情况。

1.3 换热器列管堵塞

根据历年换热器拆开清洗情况，发现经常出现塑料袋、塑料片、水垢等杂物堵塞内置冷却器循环水进口列管的情况，造成进水量较小，影响换热器换热效果。由于机组运行期间，换热器无法进行检查和清洗，此次气体出口超温不排除换热器进口堵塞的可能。

1.4 仪表问题

空压机气体出口温度采用的是远传温度进行监控，信号在传输中可能受到干扰或线头氧化，导致信号传输错误。经电仪人员现场检查和测温，排除仪表故障。

1.5 换热器循环水阀门故障

空压机内置冷却器直排循环水池管线需进行检修，工艺人员将三级内置冷却器回水切至循环水总管。由于回水阀门是球阀，长时间未进行操作，开关比较困难，在操作过程中工作人员存在暴力开关的情况。当三级内置冷却器回水再次切为直排循环水池管线后，空压机气体出口温度未发生下降情况，怀疑阀门开关不到位。中控人员观察气体出口温度，现场人员对三级回水球阀进行检查。经过排查发现此阀门指示全开，而实际未全开。将此球阀恢复全开后，空压机气体出口温度下降了1.5 ℃。由此可看出，循环水阀门开关不到位，也是影响换热的因素之一。

1.6 空压机负荷大

经过对比近2个月空压机数据，发现负荷对换热器的换热效果影响较小。自2021年1月11日开始，在同等负荷及气量下，气体进口温度和循环水温均下降，而气体出口温度不降反升，并呈逐步升高趋势，同时凝汽器真空升高比较明显。凝汽器和内置冷却器循环水为同一根总管，两个换热效果同时下降，说明是循环水或换热器的问题，排除空压机负荷大、气量高对换热器的影响。

1.7 循环水问题

空压机换热主要依靠循环水进行换热，循环水温度、压力及水质对内置冷却器换热效果影响比较大。需要对换热器换热数据进行分析，对水温、水压及水质进行排查。

由于空压机操作画面未设有循环水压力监控点，无法判断循环水压力是否有明显变化。在6台水泵正常运行的情况下，再启动1台循环水泵，提高循环水压力，增大流速，观察换热器换热效果。经过实际观察，循环水压力提高后，换热效果未发现好转，排除循环水压力低对换热器的影响。

现场实测换热器循环水的上水温度在21 ℃左右，循环水温度正常。通过对比循环水温差，发现换热器温差略微下降，特别是三级内置冷却器下降比较明显。从循环水温差上可以判断出，换热器换热效果下降，存在换热器列管结垢的情况。数据对比见表1。

表1 换热器循环水数据分析

从表1可以看出，内置冷却器和凝汽器真空均是从2021年01月11日开始出现换热效果差，气体出口温度快速上升的情况。结合历年出现过循环水水质差，造成换热器列管附有一层黑色黏稠状物质，换热器换热效果差，基本上可判断出循环水水质存在问题，造成两台不同的换热器出现换热能力下降的情况。

2 针对空压机气体出口超温采取的措施

根据上述研究和分析，基本可以确认造成空压机气体出口温度超温的原因是循环水水质问题。水质恶化造成换热器列管结垢，换热效果差，引起空压机气体出口超温。空压机出口温度已达107.5 ℃，如果温度持续上涨，则很容易造成空压机零部件损坏，空压机被迫停车大修。如果停车处理，对公司生产经营影响较大。

针对这一情况，采取措施如下：①打开空压机内置冷却器回水就地直排导淋，降低循环水回水压力，增大上回水压差，提高换热效果，降低空压机气体出口温度。②对空压机内置冷却器进行在线反洗。将空压机内置冷却器循环水的上水阀门快速关闭，然后立即打开内置冷却器循环水的上水阀后就地导淋。利用循环水回水对内置冷却进行反冲洗，将内置冷却器内杂物和水垢从就地导淋处冲洗出来。如果换热器上水管线无就地导淋，可以联系专业在线开孔队伍进行带压开孔。③根据水垢及循环水分析指标，合理地调整循环水药剂的配方，加强杀菌力度，提高水垢剥离效果，减少微生物对换热器的影响。本次主要添加的药剂为非氧化杀菌灭藻剂、黏泥剥离剂，将循环水中的黏泥和菌藻分解和剥离。1月16日加药后循环水电导率和浊度明显增加，剥离效果较好，余氯含量逐渐上升。避免大量细菌的滋生，日常必须控制好余氯的含量，建议余氯的含量>0.2 mg/L。循环水数据对比如表2所示。

表2 2021年1月循环水水质指标对比

3 结果验证

通过对空压机内置冷却器进行在线反洗，换热器排出大量黑色黏稠状物质和少量塑料。空压机出口温度由105.8 ℃立即下降至97.6 ℃，效果明显。通过对污垢进行分析，发现主要是微生物过多产生的黑色粘泥。这些粘泥沉积在换热器的列管表面，影响了传热效果。

在对循环水系统添加阻垢剂和剥离剂后，空压机气体出口温度呈逐渐下降趋势，达到设计值97 ℃以下。通过以上方法，验证了因循环水水质问题造成换热器换热效果差的情况，找出了空压机气体出口超温的原因，证实了处理措施的及时有效性，保证了机组和生产系统的稳定运行。

4 结束语

空压机气体出口温度超标，不仅影响空压机负荷，同时易造成设备零部件损坏，严重制约生产系统安全稳定运行。工作人员必须做好日常数据收集，对出现的异常情况能及时分析原因，有针对性地排查处理，保证系统安全稳定运行。