大型空分建設與運行

大型制氧機建設與運行

新鋼集團氣體廠摘要

本文介紹新鋼氣體廠五套空分設備建設和運行中存在問題及應對措施，以供同行共享。所涉及的內容主要有空壓機運行與維護、空氣過濾器運行中問題與選型、英格索蘭氮壓機氣體冷卻后溫度偏高問題與處理、氧透進口過濾器沖破事故的分析及教訓等。1、工程設計2×25000Nm3/h制氧機存在如下問題：*配電室及主廠房內電纜溝內截面過小，電纜布置過多，電纜溫度偏高，電纜表面溫度高達75℃；*主廠房內通風換氣次數(shù)不足，夏季室內溫度達45℃，主要未考慮三臺中壓氮壓機和一臺循環(huán)氮壓機因電機排風的熱量。*主廠房內中壓氮壓機和循環(huán)氮壓機進出口管道布置不合理，不得不廠房內設置許多管架，使主廠房的空間較擁擠，檢修空間較?。?、工程設計*中控室與主廠房僅靠24墻間開，中控室的噪聲偏高。DCS柜電纜的進出口端未封堵，2009年發(fā)生了因老鼠進入DCS柜中，電器短路，導致空壓機停機事故。1、工程設計*由于總圖紅線內地形的限制，總圖布置不合理；配電室、主廠房、膨脹機室、空分塔、液體貯存應急系統(tǒng)應布置同一軸線上更為合理。1、工程設計24000Nm3/h制氧機存在如下問題：*循環(huán)冷卻塔與空壓機空氣過濾器的距離布置太近，而且是下風向，使空氣過濾器長期吸入濕度偏高的空氣，濾筒使周期短。1、工程設計*充瓶區(qū)布置在區(qū)最里邊，運行氣瓶車輛較多并經過主生產區(qū)，帶來交通安全隱患。*空壓機放空閥組布置在排氣管的下方，而且處于最低處，壓縮空氣中的水被冷凝，放空閥處長期積水，經常因銹蝕或被垃圾卡死，多次放空閥不能打開。2、空氣過濾器的選型與運行空氣中含有大量的塵埃，空氣透平壓縮機長期的運行中，若空氣中粉塵隨空氣進入，將造成空壓機的葉輪和葉片等部件的磨損、結垢、腐蝕，這樣會縮短機器的使用壽命、降低運行效率，所以必須在空氣進入機器前設置空氣過濾器，清除空氣中的粉塵。過濾精度和過濾阻力是衡量空氣過濾兩個關鍵參數(shù)，若過濾精度差，空氣中灰塵粘結于空壓機葉輪表面（由于空氣經壓縮后相對顯度高，再加上溫度高，在葉輪上會產生結垢），必將影響空壓機的運行壽命：2、空氣過濾器的選型與運行（1）粘結空壓機擴壓器等處，降低空壓機的效率；（2）影響葉輪工作效率，嚴重時，破壞轉子的動平衡；（3）粘結在冷卻器的翅片，使冷卻效率下降，嚴重時可能導致空壓機喘振?？辗衷峡諌簷C使用的空氣過濾器從其結形式上分類，大體上有：干帶式過濾器、袋式過濾器、自潔式過濾器。2、空氣過濾器的選型與運行自潔式過濾器是目前空分設備最普遍選用的過濾器。2、空氣過濾器的選型與運行新鋼氣體公司有18000m3/h、24000m3/h各一套，分別是2003年和2005年投產，二套25000m3/h制氧于2009年投產，空壓機進口過濾器均為自潔式過濾器，經過多年的使用，過濾器存在許多問題，有選型制造、使用維護、過濾器元件等問題，主要問題有：*濾筒的使用周期短，18000m3/h空氣過濾器使用過程中都存在濾筒使周期短的原因，使用到7~8個月，過濾器的阻力由于300Pa上升到報警值1200Pa，2、空氣過濾器的選型與運行2#25000m3/h制氧空氣過濾器使用周期為10個月左右，存在上述問題原因一般有：①濾筒的過濾精度過高；②空氣濕度過大，過濾空氣濕度過大，其灰塵將粘在過濾筒濾紙上，并粘結在一起成塊；③濾筒的材質耐濕性差；④反吹系統(tǒng)的效果差。2、空氣過濾器的選型與運行*運行時的噪聲偏大。24000m3/h制氧空壓機空氣過濾器一投產就存在噪聲偏大的問題，運行時過濾器出風口處的噪聲為92.8dB（A）,對于空氣過濾器來說，機器噪聲通過管道傳遞及氣流經過過濾器時流速過大是產生噪聲主要原因。經分析是由于空氣過濾器集風管截面積過小，使空氣流速過大所致。*空氣過濾效果差。每臺空壓機配有葉輪在線水沖洗系統(tǒng)，原來每15天沖洗一次，沖洗水有明顯的污濁。調整為每周沖一次，不理想。更換濾筒后，上述問題基本解決。2、空氣過濾器的選型與運行2008年新建2×25000m3/h制氧機時，根據18000m3/h和24000m3/h制氧機使用存在的問題，進行認真分析，在2×25000m3/h制氧機選型過程中作了改進，主要有：（1）使用木漿聚酯混合纖維濾紙的濾筒；（2）濾筒高度由一般的900mm縮短為700mm，滿足了氣體反吹的有效高度；2、空氣過濾器的選型與運行（3）采用1.5英寸（原來為1英寸）的脈沖式電磁閥，大大增加了反沖氣流量；（4）反沖單元由原來一吹五改成一吹三，即一個電磁閥管三個濾筒；（5）程序控制器可調節(jié)電磁閥的打開時間，當反吹氣量不足時，也可以延長電磁閥打開時間來解決；2、空氣過濾器的選型與運行（7）反吹氣體管路設置管道過濾器，防止管道中垃圾帶入過濾器中造成污染；（8）原來過濾器的反吹氣源采用空分的儀表空氣，氣源壓力為0.45~0.50MPa左右,改用中壓氮氣減壓到0.60~0.70MPa進行反吹；（9）凈氣室采用不銹鋼板作內襯，防止進空壓機的空氣被二次污染。3、空壓機選型及維護大型空分的原料空壓機作為空分重要部機，其性能否達到高效、穩(wěn)定的運行，直接關系到空分裝置正常生產。因此，空氣透平壓縮機選擇原則是在

滿足長期穩(wěn)定運行的前提下，盡量使用效率高、調節(jié)性能好的設備。目前空分空壓機主要型式有多軸齒輪式多級離心壓縮機和單軸多級離心式壓縮機。

3、空壓機選型及維護

3.1兩種機不同特點多軸齒輪壓縮機3、空壓機選型及維護單軸等溫壓縮機3、空壓機選型與維護

多軸葉輪與轉速的良好匹配且單級壓縮比可以比較高一根小軸上最多帶兩個葉輪，軸向長度短，有利于機器布置及轉子、臨界轉速的提高。另外小軸上的兩個葉輪屬背靠背形式，轉子的軸向力能部分抵消。單軸主軸上安裝了四只同方向的各級葉輪，每級葉輪的轉速相同；前段葉輪的線速度高，后面段線速度低，因而導致每級壓縮比要小一些。單軸壓縮機各級葉輪均朝一個方向，各葉輪的軸向力互相疊加，軸向力很大，只能靠加平衡盤來平衡軸向力，且對止推軸承要求很高3、空壓機選型與維護多軸葉輪與主軸的聯(lián)接，采用端面齒（HIRTH）聯(lián)接，這種結構的特點是緊固力大，葉輪可拆卸，對齒輪的加工精度要求非常高單軸采用熱套，屬不可拆卸結構，對今后的轉子維修很不利對齒輪的加工精度要求高3、空壓機選型與維護3.2空壓機常故障振動值偏高轉子質量不平衡：轉軸有永久的變形；葉片被不均勻磨損或腐蝕、損壞；轉子上的零件松動，轉子本身不平衡。3、空壓機選型與維護機組中心不正：聯(lián)軸器本身缺陷；安裝找中心時，轉子中心沒調整好；以致產生中心不正共振。緊固件有松動：軸承座與基礎臺板貼合不緊；基礎和基礎臺板的貼合不緊。轉動部分與靜止部分的摩擦：葉輪與擴壓器摩擦，輪蓋與密封的摩擦；軸封間隙過小。潤滑系統(tǒng)不正常：潤滑油供給不足，造成油膜不穩(wěn)或破壞；軸瓦間隙太大，使油膜建立不起來；油品不好，含雜質或水，或有皂化、乳化等。18000空壓機運行七年后，檢查軸瓦3、空壓機選型與維護排氣量下降電壓不足或電網頻率低;進氣溫度高;進氣壓力的影響;海拔為2260m，比海海拔為60m，空氣量下降近30%RIK80COOPER3MSGEP-25/15RIK90

11000m3/h91000Nm3/h

128000Nm3/h102000m3/h80000Nm3/h

108000Nm3/h3、空壓機選型與維護冷卻水溫、冷卻水量及中間冷卻器效率對空氣量的影響；當冷卻水溫度升高15℃時，相當于空氣量下降4.2%;冷卻器水側結垢或氣側損壞;密封間隙大；葉輪結垢、結灰，降低了葉輪的工作效率。3、空壓機選型與維護

某鋼廠氣體公司運行不到五年的RIK80空壓機冷卻器情況3、空壓機選型與維護RIK90空壓機運行五年左右冷卻器情況3、空壓機選型與維護RIK90運行五年左右的氣封情況3、空壓機選型與維護18000制氧COOPER空壓運行七年葉輪情況3、空壓機選型與維護空壓機的喘振吸入端阻力過大。如導葉開度過小，過濾器阻力過大?？諌簷C排氣管路有堵塞。空壓機內部流道不暢通。如新鋼6000空分空壓機增風改造，只改一級葉輪；濟鋼RIK80更換冷卻器后（增加卻器換熱面積，把冷卻管加粗，使用冷卻器流通面積減小，阻力增大），當導葉開大到一定開度出現(xiàn)喘振。喘振控制不完善。如放風線離喘振線過近。3、空壓機選型與維護3.3空壓機的維護空壓能運行周期與機型、日常的維護以及安裝、定修的質量有著密切的關系。多軸機型的空壓機對動平衡要求高，若是開式葉輪（美國COOPER公司MSG機型）對進口空氣要求高度的潔凈，特別運行中因機殼、機間管內壁腐蝕脫落的鐵銹，可致葉輪破損，如國內出現(xiàn)了多例此類型事故。單軸機型空壓機一般采用閉葉輪，轉速較低，運行要平穩(wěn)，尤其是等溫型壓縮機，其運行效率比多軸型要高，但氣封的易磨損，輪蓋密封磨損后會造成同級的氣流短路，而軸封的磨損會導致級間的氣流短路，這些問題都會致空壓機的效率下降。潤滑油，潤滑油應定期檢測，一般一年做一次鐵譜分析，一季做一次常規(guī)檢測，不合格堅決給更換，普通潤滑油使用周期一般為一年半到二年要更換；油溫應控制在45℃左右，新鋼18000Nm3/h空壓機這次檢修中發(fā)現(xiàn)軸瓦結碳厲害，原因是運行中油溫偏高，常年處在在56℃（顯示為51℃，測溫探頭誤差偏低5℃）。3、空壓機選型與維護

冷卻出氣側冷凝水的排放要暢通，冷凝水的排放極其重要，冷凝水的積蓄，不僅影效率，而且，易造成轉子結垢、積灰、流道和冷卻器翅片的腐蝕，尤其是靠煉鋼和冶煉廠近的，因大氣中含有SO2、H2S等酸性氣體，極易腐蝕流道和冷卻器翅片?？諌簷C啟動過程是對空壓機軸承的一次沖擊，盡量減少停開機次數(shù)?？諜C運行3～４年應做一次揭蓋檢查，重點檢查冷卻器、軸承、氣封、葉輪（清洗）。4、英格索蘭氮壓機氣體冷卻后溫度偏高4.1氮壓機基本情況

機型排氣量（Nm3/h）排氣壓力（bar）臺數(shù)投產時間5C150MX5N2241002552004年投產一臺，2009年投產三臺，在建一臺3C70MX5N2110002512003年4、英格索蘭氮壓機氣體冷卻后溫度偏高最大的問題是冷卻器極易結垢造成冷卻器排氣溫度超過聯(lián)鎖值，2004年投產的一臺，從投產到2007年之間，前先后經過七次解體，對冷卻器抽心用第奧克斯98酸洗劑進行浸泡，也就是說，每5～6個月,對冷卻器抽心清洗一次。4、英格索蘭氮壓機氣體冷卻后溫度偏高4.2冷卻器的特點X

冷卻器為內置在機殼中,外形尺寸上受限制,使換熱之間距離小;X換熱管內翅片的結構型式,水走殼程,氣走管程;X水、氣的行程都短；4、英格索蘭氮壓機氣體冷卻后溫度偏高X對水質要求苛刻

水垢是由于水中原有的Ca（HCO3）2及Mg（HCO3）2遇熱分解而生成的，又由于CaCO3和MgCO3較為特殊，溫度越高在水中的溶解度卻越小，從而導致其在溫度落差較大處（即換熱器及周邊管道）以沉淀的形式析出。而英格索蘭氮壓機對水質有較苛刻的要求，要求冷卻水總硬度須小于100mg/L（以CaCO3計），PH值在6.0～8.5之間，懸浮物顆粒不得超過50mg/L，朗格利爾指數(shù)在+0.5～+1.0之間，4、英格索蘭氮壓機氣體冷卻后溫度偏高4.3應對措施藥劑水處理藥劑水處理分為阻垢、緩蝕、殺菌滅藻三種方法，通常三種方法組合使用，不僅阻止冷卻器結垢，以防止水冷系統(tǒng)設備管道腐蝕。阻垢緩蝕劑改用一種耐高溫，抗氧化性，不易分解等特點的產品。ZT-305A（適合180℃以下）改用ZT-305C（在1000℃以下時不會分解，穩(wěn)定非常好）。4、英格索蘭氮壓機氣體冷卻后溫度偏高

保持適當?shù)淖韫妇徫g劑，2×25000Nm3/h制氧工程配套三臺氮壓機，于2009年投產，2011年初出現(xiàn)冷卻器溫差偏高問題，通過提高冷水量和降低水中PH值等措施，并未得到有效控制。,根據同行業(yè)經驗,總堿度200-300mg/L之間總磷應為2-3mg/L,通過增加阻垢緩蝕劑劑量的措施，冷卻器溫差增大的趨勢得到了控制，并逐漸下降。4、英格索蘭氮壓機氣體冷卻后溫度偏高3月和9月三臺氮壓機最高溫差比較時間2#機四級3#機四級1#機一級措施前（3月）17.3℃16.4℃13.5℃措施后（9月）8.9℃7.4℃6.8℃4、英格索蘭氮壓機氣體冷卻后溫度偏高x降低循環(huán)冷卻水溫

24000m3/h空分循環(huán)冷卻水系統(tǒng)使用兩臺噴霧冷卻塔，處理水量3000t/h，夏季運行時給水溫度達36.5℃。對兩臺噴霧冷卻塔進行改造：①兩臺冷卻塔各加裝一臺190000m3/h風量的冷卻風機；②塔內增加厚1000mm的聚丙烯波紋填料。通過改造，夏季給水溫度保持在32℃以下。

地因此,在2×25000Nm3/h制氧工程中,冷卻塔選型時，處理水量定為用水量的1.5倍。4、英格索蘭氮壓機氣體冷卻后溫度偏高改善冷卻器的傳熱效果

改善冷卻器的傳熱效果，有效降低冷卻管水側的溫度，2007年6月，三、四級全部更換更高效冷卻器（由國內廠商制造，這種冷卻器采用了高效換熱管，有效換熱面積增加了20%以上）至今，運行四年多,排氣溫度與給水溫差仍在3℃~4℃左右。5、氧透事故及故障5、氧透事故及故障事故一：誤操作噴氮閥門引起過濾器濾網破損

2008年4月15日，因高壓倒電，要將18000m3/h制氧機的氧氣通過低壓氧聯(lián)通管倒入24000m3/h制氧機的氧透壓縮。在導氣過程中，操作人員發(fā)現(xiàn)因抽氣過快導致18000m3/h制氧機氧透的進口壓力迅速下降，有可能形成負壓。操作人員希望通過打開氮氣試車流路的調壓閥PIC8116和PCV1301（直徑為25mm）氮氣來補充氧透的進口壓力。由于操作的失誤，錯把噴氮閥FCV1301（直徑為200mm）打開，瞬間大量0.5MPa的氮氣通過進口過濾器進入氧透本體。氧透停機后檢查發(fā)現(xiàn)進口過濾器的過濾網一塊約Φ200mm被撕裂，膨脹節(jié)也出現(xiàn)了變形錯位。5、氧透事故及故障事故二：出口止回閥故障引起高壓氧氣倒回致使進口過濾器沖壞手動停機做法是：先慢慢打開回流閥，并降壓（分級逐步往下設定），等壓力基本卸完,再關送氧閥，然后全開放空閥，最后停電機，一直以來,沒有出現(xiàn)任何問題，但2010年2月4日，18000m3/h制氧機的氧透準備停機，打開中壓回流閥HCV1300和高壓回流閥FCV1303時，機組壓力無法卸掉，而且空分的氧氣產量急劇下降，5、氧透事故及故障操作人員在機組壓力沒有卸完的情況下立即將氧透停下來，且立即將氧氣入口閥FCV1300關閉，此時樓下過濾器處出現(xiàn)轟轟的氣流響聲，氧透一層一片灰蒙蒙的，強烈的氣流將地上的灰塵吹起，當時情況危險，由于泄漏的是氧氣，一旦有個火源后果不堪設想。當時操作室人員初步判斷可能是高壓氧氣倒流，立即關閉了出口送氧閥Hcv1302，打開了放空閥，此時氣流聲才噶然而止，事后檢查發(fā)現(xiàn)進口過濾器頂部壓蓋法墊沖破，過濾網撕裂，各級進口膨脹節(jié)嚴重變形，檢查氧透出口止回閥（翻板式）發(fā)現(xiàn)翻板孔與軸間