大型空分建设与运行

大型制氧机建设与运行

新钢集团气体厂摘要

本文介绍新钢气体厂五套空分设备建设和运行中存在问题及应对措施，以供同行共享。所涉及的内容主要有空压机运行与维护、空气过滤器运行中问题与选型、英格索兰氮压机气体冷却后温度偏高问题与处理、氧透进口过滤器冲破事故的分析及教训等。1、工程设计2×25000Nm3/h制氧机存在如下问题：*配电室及主厂房内电缆沟内截面过小，电缆布置过多，电缆温度偏高，电缆表面温度高达75℃；*主厂房内通风换气次数不足，夏季室内温度达45℃，主要未考虑三台中压氮压机和一台循环氮压机因电机排风的热量。*主厂房内中压氮压机和循环氮压机进出口管道布置不合理，不得不厂房内设置许多管架，使主厂房的空间较拥挤，检修空间较小；1、工程设计*中控室与主厂房仅靠24墙间开，中控室的噪声偏高。DCS柜电缆的进出口端未封堵，2009年发生了因老鼠进入DCS柜中，电器短路，导致空压机停机事故。1、工程设计*由于总图红线内地形的限制，总图布置不合理；配电室、主厂房、膨胀机室、空分塔、液体贮存应急系统应布置同一轴线上更为合理。1、工程设计24000Nm3/h制氧机存在如下问题：*循环冷却塔与空压机空气过滤器的距离布置太近，而且是下风向，使空气过滤器长期吸入湿度偏高的空气，滤筒使周期短。1、工程设计*充瓶区布置在区最里边，运行气瓶车辆较多并经过主生产区，带来交通安全隐患。*空压机放空阀组布置在排气管的下方，而且处于最低处，压缩空气中的水被冷凝，放空阀处长期积水，经常因锈蚀或被垃圾卡死，多次放空阀不能打开。2、空气过滤器的选型与运行空气中含有大量的尘埃，空气透平压缩机长期的运行中，若空气中粉尘随空气进入，将造成空压机的叶轮和叶片等部件的磨损、结垢、腐蚀，这样会缩短机器的使用寿命、降低运行效率，所以必须在空气进入机器前设置空气过滤器，清除空气中的粉尘。过滤精度和过滤阻力是衡量空气过滤两个关键参数，若过滤精度差，空气中灰尘粘结于空压机叶轮表面（由于空气经压缩后相对显度高，再加上温度高，在叶轮上会产生结垢），必将影响空压机的运行寿命：2、空气过滤器的选型与运行（1）粘结空压机扩压器等处，降低空压机的效率；（2）影响叶轮工作效率，严重时，破坏转子的动平衡；（3）粘结在冷却器的翅片，使冷却效率下降，严重时可能导致空压机喘振。空分原料空压机使用的空气过滤器从其结形式上分类，大体上有：干带式过滤器、袋式过滤器、自洁式过滤器。2、空气过滤器的选型与运行自洁式过滤器是目前空分设备最普遍选用的过滤器。2、空气过滤器的选型与运行新钢气体公司有18000m3/h、24000m3/h各一套，分别是2003年和2005年投产，二套25000m3/h制氧于2009年投产，空压机进口过滤器均为自洁式过滤器，经过多年的使用，过滤器存在许多问题，有选型制造、使用维护、过滤器元件等问题，主要问题有：*滤筒的使用周期短，18000m3/h空气过滤器使用过程中都存在滤筒使周期短的原因，使用到7~8个月，过滤器的阻力由于300Pa上升到报警值1200Pa，2、空气过滤器的选型与运行2#25000m3/h制氧空气过滤器使用周期为10个月左右，存在上述问题原因一般有：①滤筒的过滤精度过高；②空气湿度过大，过滤空气湿度过大，其灰尘将粘在过滤筒滤纸上，并粘结在一起成块；③滤筒的材质耐湿性差；④反吹系统的效果差。2、空气过滤器的选型与运行*运行时的噪声偏大。24000m3/h制氧空压机空气过滤器一投产就存在噪声偏大的问题，运行时过滤器出风口处的噪声为92.8dB（A）,对于空气过滤器来说，机器噪声通过管道传递及气流经过过滤器时流速过大是产生噪声主要原因。经分析是由于空气过滤器集风管截面积过小，使空气流速过大所致。*空气过滤效果差。每台空压机配有叶轮在线水冲洗系统，原来每15天冲洗一次，冲洗水有明显的污浊。调整为每周冲一次，不理想。更换滤筒后，上述问题基本解决。2、空气过滤器的选型与运行2008年新建2×25000m3/h制氧机时，根据18000m3/h和24000m3/h制氧机使用存在的问题，进行认真分析，在2×25000m3/h制氧机选型过程中作了改进，主要有：（1）使用木浆聚酯混合纤维滤纸的滤筒；（2）滤筒高度由一般的900mm缩短为700mm，满足了气体反吹的有效高度；2、空气过滤器的选型与运行（3）采用1.5英寸（原来为1英寸）的脉冲式电磁阀，大大增加了反冲气流量；（4）反冲单元由原来一吹五改成一吹三，即一个电磁阀管三个滤筒；（5）程序控制器可调节电磁阀的打开时间，当反吹气量不足时，也可以延长电磁阀打开时间来解决；2、空气过滤器的选型与运行（7）反吹气体管路设置管道过滤器，防止管道中垃圾带入过滤器中造成污染；（8）原来过滤器的反吹气源采用空分的仪表空气，气源压力为0.45~0.50MPa左右,改用中压氮气减压到0.60~0.70MPa进行反吹；（9）净气室采用不锈钢板作内衬，防止进空压机的空气被二次污染。3、空压机选型及维护大型空分的原料空压机作为空分重要部机，其性能否达到高效、稳定的运行，直接关系到空分装置正常生产。因此，空气透平压缩机选择原则是在

满足长期稳定运行的前提下，尽量使用效率高、调节性能好的设备。目前空分空压机主要型式有多轴齿轮式多级离心压缩机和单轴多级离心式压缩机。

3、空压机选型及维护

3.1两种机不同特点多轴齿轮压缩机3、空压机选型及维护单轴等温压缩机3、空压机选型与维护

多轴叶轮与转速的良好匹配且单级压缩比可以比较高一根小轴上最多带两个叶轮，轴向长度短，有利于机器布置及转子、临界转速的提高。另外小轴上的两个叶轮属背靠背形式，转子的轴向力能部分抵消。单轴主轴上安装了四只同方向的各级叶轮，每级叶轮的转速相同；前段叶轮的线速度高，后面段线速度低，因而导致每级压缩比要小一些。单轴压缩机各级叶轮均朝一个方向，各叶轮的轴向力互相叠加，轴向力很大，只能靠加平衡盘来平衡轴向力，且对止推轴承要求很高3、空压机选型与维护多轴叶轮与主轴的联接，采用端面齿（HIRTH）联接，这种结构的特点是紧固力大，叶轮可拆卸，对齿轮的加工精度要求非常高单轴采用热套，属不可拆卸结构，对今后的转子维修很不利对齿轮的加工精度要求高3、空压机选型与维护3.2空压机常故障振动值偏高转子质量不平衡：转轴有永久的变形；叶片被不均匀磨损或腐蚀、损坏；转子上的零件松动，转子本身不平衡。3、空压机选型与维护机组中心不正：联轴器本身缺陷；安装找中心时，转子中心没调整好；以致产生中心不正共振。紧固件有松动：轴承座与基础台板贴合不紧；基础和基础台板的贴合不紧。转动部分与静止部分的摩擦：叶轮与扩压器摩擦，轮盖与密封的摩擦；轴封间隙过小。润滑系统不正常：润滑油供给不足，造成油膜不稳或破坏；轴瓦间隙太大，使油膜建立不起来；油品不好，含杂质或水，或有皂化、乳化等。18000空压机运行七年后，检查轴瓦3、空压机选型与维护排气量下降电压不足或电网频率低;进气温度高;进气压力的影响;海拔为2260m，比海海拔为60m，空气量下降近30%RIK80COOPER3MSGEP-25/15RIK90

11000m3/h91000Nm3/h

128000Nm3/h102000m3/h80000Nm3/h

108000Nm3/h3、空压机选型与维护冷却水温、冷却水量及中间冷却器效率对空气量的影响；当冷却水温度升高15℃时，相当于空气量下降4.2%;冷却器水侧结垢或气侧损坏;密封间隙大；叶轮结垢、结灰，降低了叶轮的工作效率。3、空压机选型与维护

某钢厂气体公司运行不到五年的RIK80空压机冷却器情况3、空压机选型与维护RIK90空压机运行五年左右冷却器情况3、空压机选型与维护RIK90运行五年左右的气封情况3、空压机选型与维护18000制氧COOPER空压运行七年叶轮情况3、空压机选型与维护空压机的喘振吸入端阻力过大。如导叶开度过小，过滤器阻力过大。空压机排气管路有堵塞。空压机内部流道不畅通。如新钢6000空分空压机增风改造，只改一级叶轮；济钢RIK80更换冷却器后（增加却器换热面积，把冷却管加粗，使用冷却器流通面积减小，阻力增大），当导叶开大到一定开度出现喘振。喘振控制不完善。如放风线离喘振线过近。3、空压机选型与维护3.3空压机的维护空压能运行周期与机型、日常的维护以及安装、定修的质量有着密切的关系。多轴机型的空压机对动平衡要求高，若是开式叶轮（美国COOPER公司MSG机型）对进口空气要求高度的洁净，特别运行中因机壳、机间管内壁腐蚀脱落的铁锈，可致叶轮破损，如国内出现了多例此类型事故。单轴机型空压机一般采用闭叶轮，转速较低，运行要平稳，尤其是等温型压缩机，其运行效率比多轴型要高，但气封的易磨损，轮盖密封磨损后会造成同级的气流短路，而轴封的磨损会导致级间的气流短路，这些问题都会致空压机的效率下降。润滑油，润滑油应定期检测，一般一年做一次铁谱分析，一季做一次常规检测，不合格坚决给更换，普通润滑油使用周期一般为一年半到二年要更换；油温应控制在45℃左右，新钢18000Nm3/h空压机这次检修中发现轴瓦结碳厉害，原因是运行中油温偏高，常年处在在56℃（显示为51℃，测温探头误差偏低5℃）。3、空压机选型与维护

冷却出气侧冷凝水的排放要畅通，冷凝水的排放极其重要，冷凝水的积蓄，不仅影效率，而且，易造成转子结垢、积灰、流道和冷却器翅片的腐蚀，尤其是靠炼钢和冶炼厂近的，因大气中含有SO2、H2S等酸性气体，极易腐蚀流道和冷却器翅片。空压机启动过程是对空压机轴承的一次冲击，尽量减少停开机次数。空机运行3～４年应做一次揭盖检查，重点检查冷却器、轴承、气封、叶轮（清洗）。4、英格索兰氮压机气体冷却后温度偏高4.1氮压机基本情况

机型排气量（Nm3/h）排气压力（bar）台数投产时间5C150MX5N2241002552004年投产一台，2009年投产三台，在建一台3C70MX5N2110002512003年4、英格索兰氮压机气体冷却后温度偏高最大的问题是冷却器极易结垢造成冷却器排气温度超过联锁值，2004年投产的一台，从投产到2007年之间，前先后经过七次解体，对冷却器抽心用第奥克斯98酸洗剂进行浸泡，也就是说，每5～6个月,对冷却器抽心清洗一次。4、英格索兰氮压机气体冷却后温度偏高4.2冷却器的特点X

冷却器为内置在机壳中,外形尺寸上受限制,使换热之间距离小;X换热管内翅片的结构型式,水走壳程,气走管程;X水、气的行程都短；4、英格索兰氮压机气体冷却后温度偏高X对水质要求苛刻

水垢是由于水中原有的Ca（HCO3）2及Mg（HCO3）2遇热分解而生成的，又由于CaCO3和MgCO3较为特殊，温度越高在水中的溶解度却越小，从而导致其在温度落差较大处（即换热器及周边管道）以沉淀的形式析出。而英格索兰氮压机对水质有较苛刻的要求，要求冷却水总硬度须小于100mg/L（以CaCO3计），PH值在6.0～8.5之间，悬浮物颗粒不得超过50mg/L，朗格利尔指数在+0.5～+1.0之间，4、英格索兰氮压机气体冷却后温度偏高4.3应对措施药剂水处理药剂水处理分为阻垢、缓蚀、杀菌灭藻三种方法，通常三种方法组合使用，不仅阻止冷却器结垢，以防止水冷系统设备管道腐蚀。阻垢缓蚀剂改用一种耐高温，抗氧化性，不易分解等特点的产品。ZT-305A（适合180℃以下）改用ZT-305C（在1000℃以下时不会分解，稳定非常好）。4、英格索兰氮压机气体冷却后温度偏高

保持适当的阻垢缓蚀剂，2×25000Nm3/h制氧工程配套三台氮压机，于2009年投产，2011年初出现冷却器温差偏高问题，通过提高冷水量和降低水中PH值等措施，并未得到有效控制。,根据同行业经验,总碱度200-300mg/L之间总磷应为2-3mg/L,通过增加阻垢缓蚀剂剂量的措施，冷却器温差增大的趋势得到了控制，并逐渐下降。4、英格索兰氮压机气体冷却后温度偏高3月和9月三台氮压机最高温差比较时间2#机四级3#机四级1#机一级措施前（3月）17.3℃16.4℃13.5℃措施后（9月）8.9℃7.4℃6.8℃4、英格索兰氮压机气体冷却后温度偏高x降低循环冷却水温

24000m3/h空分循环冷却水系统使用两台喷雾冷却塔，处理水量3000t/h，夏季运行时给水温度达36.5℃。对两台喷雾冷却塔进行改造：①两台冷却塔各加装一台190000m3/h风量的冷却风机；②塔内增加厚1000mm的聚丙烯波纹填料。通过改造，夏季给水温度保持在32℃以下。

地因此,在2×25000Nm3/h制氧工程中,冷却塔选型时，处理水量定为用水量的1.5倍。4、英格索兰氮压机气体冷却后温度偏高改善冷却器的传热效果

改善冷却器的传热效果，有效降低冷却管水侧的温度，2007年6月，三、四级全部更换更高效冷却器（由国内厂商制造，这种冷却器采用了高效换热管，有效换热面积增加了20%以上）至今，运行四年多,排气温度与给水温差仍在3℃~4℃左右。5、氧透事故及故障5、氧透事故及故障事故一：误操作喷氮阀门引起过滤器滤网破损

2008年4月15日，因高压倒电，要将18000m3/h制氧机的氧气通过低压氧联通管倒入24000m3/h制氧机的氧透压缩。在导气过程中，操作人员发现因抽气过快导致18000m3/h制氧机氧透的进口压力迅速下降，有可能形成负压。操作人员希望通过打开氮气试车流路的调压阀PIC8116和PCV1301（直径为25mm）氮气来补充氧透的进口压力。由于操作的失误，错把喷氮阀FCV1301（直径为200mm）打开，瞬间大量0.5MPa的氮气通过进口过滤器进入氧透本体。氧透停机后检查发现进口过滤器的过滤网一块约Φ200mm被撕裂，膨胀节也出现了变形错位。5、氧透事故及故障事故二：出口止回阀故障引起高压氧气倒回致使进口过滤器冲坏手动停机做法是：先慢慢打开回流阀，并降压（分级逐步往下设定），等压力基本卸完,再关送氧阀，然后全开放空阀，最后停电机，一直以来,没有出现任何问题，但2010年2月4日，18000m3/h制氧机的氧透准备停机，打开中压回流阀HCV1300和高压回流阀FCV1303时，机组压力无法卸掉，而且空分的氧气产量急剧下降，5、氧透事故及故障操作人员在机组压力没有卸完的情况下立即将氧透停下来，且立即将氧气入口阀FCV1300关闭，此时楼下过滤器处出现轰轰的气流响声，氧透一层一片灰蒙蒙的，强烈的气流将地上的灰尘吹起，当时情况危险，由于泄漏的是氧气，一旦有个火源后果不堪设想。当时操作室人员初步判断可能是高压氧气倒流，立即关闭了出口送氧阀Hcv1302，打开了放空阀，此时气流声才噶然而止，事后检查发现进口过滤器顶部压盖法垫冲破，过滤网撕裂，各级进口膨胀节严重变形，检查氧透出口止回阀（翻板式）发现翻板孔与轴间