空分設(shè)備運行故障原因分析及處理

高顯杰，齊登業(yè)，李克海，朱圣華，田現(xiàn)德

（萊蕪天元氣體有限公司，山東萊蕪271104）

制氧

空分設(shè)備運行故障原因分析及處理

高顯杰，齊登業(yè)，李克海，朱圣華，田現(xiàn)德

（萊蕪天元氣體有限公司，山東萊蕪271104）

介紹了空分設(shè)備運行故障的種類，分別闡述儀電控故障、機械故障、工藝故障的種類，分析了故障產(chǎn)生的原因，提出了排除故障的措施，使空分設(shè)備的運行安全性和穩(wěn)定性得到提高。

儀電控故障；機械故障；工藝故障；原因；措施

1 引言

在制氧機的運行過程中發(fā)生過許多故障，嚴重制約著鋼鐵廠、化工廠等大型企業(yè)生產(chǎn)鏈條的順利運作，給企業(yè)造成的各種損失也是巨大的。因此快速分析解決制氧機運行故障，采取有效措施避免故障的發(fā)生非常重要。

制氧機的運行故障分為儀電控故障、機械故障、工藝故障三大類，這三大類故障是互相聯(lián)系互相影響的，下面單獨闡述各類故障，總結(jié)各類故障的互相影響，從而達到準確分析、判斷、處理故障的目的。

2 儀、電控故障的分類

為了確保制氧機的安全穩(wěn)定運行，儀、電控系統(tǒng)的設(shè)計是非常周到和周密的，所以在一般情況下大多制氧機故障都是由儀電控故障引起的。所以我們在分析故障時首先想到的應(yīng)該是儀電控故障。進而再考慮這種儀、電控故障又會導(dǎo)致怎樣的機械和工藝故障。

2.1 失靈引起的故障

當儀控裝置失靈時，常常會伴隨著機械和工藝故障。例如：2005年7月30日，某氣體公司21000 m3/h制氧機調(diào)試過程中，膨脹機A的后軸瓦損壞故障，是因控制增壓端的旁通閥的儀控失靈，當膨脹機的進口導(dǎo)葉打開時，而旁通閥沒有關(guān)閉，導(dǎo)致膨脹端旋轉(zhuǎn)起來，而增壓端沒有進氣，膨脹端產(chǎn)生的后推力增壓端沒有抵消，轉(zhuǎn)子位移過大，造成膨脹機的后軸瓦損壞。這是一起儀控失靈引起的機械故障。再舉一例儀控故障引起的工藝故障，2010年5月31日前后，某氣體公司21000 m3/h制氧機1#膨脹機轉(zhuǎn)速在DCS上的指示（向下）波動大，最小變?yōu)榱恪Ｍ瑫r膨脹空氣進上塔流量（向下）波動大故障。原因由于儀控故障導(dǎo)致膨脹機導(dǎo)葉失靈造成膨脹量波動，進而影響到進上塔膨脹空氣量波動。使上塔工況受到了影響。

2.2 設(shè)定值引起的故障

儀控設(shè)定值一般在安裝階段根據(jù)制氧機制造廠家資料及運行經(jīng)驗在設(shè)備調(diào)試階段基本確定，沒有特殊情況一般不再修改，往往由于外部條件的改變有些設(shè)定值不再適合，從而它所控制的部件出現(xiàn)異常，導(dǎo)致空分裝置不能正常運行，一般表現(xiàn)為不該停的地方停了，不該開的地方開了，這種情況如果發(fā)現(xiàn)儀控、機械、工藝參數(shù)都沒有異常，就應(yīng)該考慮設(shè)定值是不是大了或小了，例如：2004年夏季，某氣體公司12000 m3/h制氧機空壓機放空閥持續(xù)兩天關(guān)不嚴，造成空氣量大量流失，使空分無法正常工作，原因就是夏季空氣密度小，壓縮后空壓機流量降低，當?shù)偷娇諌簷C防喘振設(shè)定流量值時，放空閥便自動開到一定程度使空壓機后壓力下降以避免喘振，達到保護空壓機安全的目的。將防喘振流量值根據(jù)當時的具體情況適當調(diào)小，閥門便自動關(guān)閉。但到冬天必須將其調(diào)回冬天的設(shè)定值。這種情況2008年夏季,在某氣體公司21000 m3/h制氧機也出現(xiàn)過。

2.3 連鎖故障

設(shè)備的安全保護系統(tǒng)——連鎖系統(tǒng)，是儀控電控共同完成的，儀控提供信號，電控執(zhí)行動作，使設(shè)備停止運轉(zhuǎn)。在運行參數(shù)出現(xiàn)異常情況時，為避免設(shè)備損壞故障發(fā)生，儀控將停運信號傳給電控，電控將所控制的部件停運，起到保護設(shè)備作用。連鎖一旦動作在沒解除的情況下，設(shè)備就不具備開車條件，也就是啟動不起設(shè)備，所以在將設(shè)備正常運轉(zhuǎn)的不利因素消除后，再次啟動設(shè)備時，必須先將儀控電控部件復(fù)位，才能開起設(shè)備來。沒復(fù)位該滅的指示燈沒滅，該亮的指示燈沒亮。電控表現(xiàn)為已跳得閘沒合上，或已動作的繼電器沒復(fù)位等。檢查儀控柜和電控柜將上述該復(fù)位的部件恢復(fù)，設(shè)備才能開啟。例如：2006年,某氣體公司21000 m3/h制氧機發(fā)生的一起電網(wǎng)不穩(wěn)造成的空壓機停機故障，當時由于外部電網(wǎng)電壓不穩(wěn)造成空壓機電機電流波動，從而使轉(zhuǎn)速波動，導(dǎo)致流量波動超出防喘振設(shè)定值，防喘振連鎖動作空壓機停機。在排除停機故障過程中，收集到的報警信號都是電機電網(wǎng)方面的，大家都把注意力放到電機控制上，所有的電控部件復(fù)位后，可電機還是開不起來。就是忽略了儀控的復(fù)位問題，當時儀控的防喘振部件指示燈沒有滅，將儀控防喘振部件復(fù)位，指示燈滅，儀控便解除了送給電控的停電機信號，電機就能順利開啟了。再者，在某氣體公司12000 m3/h制氧機空壓機電控系統(tǒng)改造前，常常出現(xiàn)空壓機跳車后啟動不起來故障，多數(shù)原因都是繼電器沒有復(fù)位造成。

2.4 儀控傳送錯誤信號故障

儀控信號在制氧機行業(yè)一般是電流信號，只有從模塊傳送到計算機的信號是數(shù)字信號。當信號傳送錯誤時，將導(dǎo)致設(shè)備的停運，例如：在以前儀控系統(tǒng)沒有安裝避雷系統(tǒng)時，，每到夏季打雷，設(shè)備停運故障發(fā)生頻繁，原因是打雷時雷區(qū)在制氧機附近，地面就形成一個巨大的磁場，在儀控傳送線路中感應(yīng)出強電流，當電流值超過設(shè)定值上限對應(yīng)的電流值時，線路傳給電控的信號就是停機，這種停機故障與儀控電控以及運行參數(shù)都沒有關(guān)系，完全是由于外部磁場變化造成，將儀控電控系統(tǒng)復(fù)位就可以順利開啟設(shè)備了。此外，在儀控線路附近鋪設(shè)電纜，也會在儀控傳送線路中感應(yīng)出電流。

2.5 部件損壞不傳送信號導(dǎo)致的故障

當儀控部件損壞時也會造成開停機故障，部件損壞，儀控部件就不能將儀控信號傳送給電控，設(shè)備也就不能開停，這種情況一般表現(xiàn)為在儀、電控柜上缺失儀控和電控信號。例如：2008年，某氣體公司12000 m3/h制氧機空壓機在林德公司服務(wù)人員的協(xié)助下進行的大修，修后發(fā)現(xiàn)空壓機開不起來，連續(xù)開了多次都是開車后就自停，當時外接的儀控信號檢測微機沒有信號顯示。原因就是在吊裝空壓機過程中將安裝在電機轉(zhuǎn)軸一端的測速信號感應(yīng)器搗毀，此感應(yīng)器為電磁感應(yīng)器，在電機轉(zhuǎn)軸上安裝有磁鐵，電機軸每轉(zhuǎn)一圈，磁鐵轉(zhuǎn)到感應(yīng)器時，感應(yīng)器便感應(yīng)出電流并傳送到儀控柜模塊中，模塊根據(jù)單位時間收集到的電流信號次數(shù)來運算出電機的轉(zhuǎn)速信號，再將此信號傳送到電控柜，控制電機的軟啟動過程和掛勵磁過程，沒有電機轉(zhuǎn)速信號傳來，軟啟動過程就無法實現(xiàn)，電機當然就啟動不起來。電機掛不上勵磁一般也是儀控信號沒傳過來造成。

3 機械故障的分類

3.1 設(shè)備部件損壞造成的故障

這種故障一般情況有兩種原因造成：儀控部件失靈造成，比如在前面儀控失靈故障中陳述的情況，再一種就是當設(shè)備跳車后，沒有找出跳車原因而解除連鎖進行開車操作造成，這種情況下就會造成設(shè)備機械部件損壞故障，設(shè)備的非正常停運都是儀控電控系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的運行參數(shù)不在安全運行范圍內(nèi)而令設(shè)備停運的一種保護動作，設(shè)備不會無緣無故停運的，當設(shè)備非正常停車時，要仔細查看報警信息，確定設(shè)備可能存在的故障，一一排查，直到將原因找到，故障排除后方可啟動設(shè)備，否則有可能導(dǎo)致嚴重后果，例如：2006年，某氣體公司21000 m3/h制氧機大齒輪損壞故障，原因就是在空壓機運行過程中嚙合在大齒輪上的主油泵齒柱松動后油壓下降到停車值，空壓機油壓控制連鎖動作，空壓機停車，而在沒有排除油泵齒柱松動故障情況下，就解除連鎖開車，結(jié)果主油泵齒柱不固定隨大齒輪轉(zhuǎn)動而擺動，導(dǎo)致大齒輪損壞。

3.2 部件磨損、卡阻、動作不到位造成的故障

3.2.1部件磨損

部件內(nèi)落入鐵銹灰塵或用時間久了，都會造成部件磨損。比如氧壓機的活塞環(huán)，活塞環(huán)的作用是防止活塞和缸壁接觸以及密封而設(shè)置的部件，活塞環(huán)用時間久了就會因磨損而起不到隔離密封作用，當氧壓機進排氣壓力不在規(guī)定范圍以內(nèi)時，或活塞環(huán)磨損報警器報警時，就要及時分析原因，確定活塞環(huán)確實磨損后，即使運行正常也要定期檢修，否則就會造成氧壓機撞缸事故。

3.2.2部件的卡阻

部件的卡阻多數(shù)發(fā)生在閥門，當閥門落入珠光砂，有水分、二氧化碳凍結(jié)生銹等異常情況時，閥門通常表現(xiàn)為開關(guān)不到位。

3.2.3動作不到位或不動作

這種情況一般發(fā)生在某部件通過另一部件傳來的力而完成開關(guān)動作的部件，當傳動系統(tǒng)出現(xiàn)問題時，部件便不能實施開關(guān)動作。例如：薄膜閥是靠氣源壓力來開關(guān)的，當氣源壓力不足時就無法開關(guān)。有傳動部件的當傳動部件出故障時也實現(xiàn)不了開關(guān)動作。例如：2008年，某氣體公司12000 m3/h制氧機大修試車過程中，發(fā)現(xiàn)空壓機流量大幅度波動，原因就是進口導(dǎo)葉轉(zhuǎn)軸空程，轉(zhuǎn)軸無法將薄膜閥傳來的力傳給導(dǎo)葉，導(dǎo)致薄膜閥動作而導(dǎo)葉開度不同步故障。也有儀控設(shè)定值引起的動作不到位故障，比如在前面儀控設(shè)定值故障中提到的某氣體公司12000 m3/h制氧機防空閥關(guān)不嚴故障。

3.3 潤滑油異常造成的故障

油在機械設(shè)備運轉(zhuǎn)過程中起到潤滑、傳遞熱量、密封等作用，當油系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，將導(dǎo)致設(shè)備不能運轉(zhuǎn)或造成機械部件損壞故障。油的故障一般表現(xiàn)為油溫、油質(zhì)、油壓異常引起的故障。

3.3.1油溫、油質(zhì)

油溫高報警時，一般為油冷卻系統(tǒng)效果不佳或油膜不穩(wěn)使設(shè)備的轉(zhuǎn)軸與軸瓦之間產(chǎn)生摩擦放熱太多造成。油溫低開不起車時，是油加熱系統(tǒng)故障。油膜不穩(wěn)一般是設(shè)備振動值超范圍或油質(zhì)下降，油溫升高時油變稀，油的粘度不夠而無力托起轉(zhuǎn)軸從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)軸振動，轉(zhuǎn)軸一振必然引起油膜不穩(wěn)。

3.3.2油壓

油壓的高低與油的加壓系統(tǒng)和油溫分不開的，油過濾器堵塞和油溫升高都會引起油壓降低，油壓低于設(shè)定值時，連鎖系統(tǒng)就會動作使設(shè)備停運。油壓低信號傳遞不暢將導(dǎo)致設(shè)備損壞或無法開啟設(shè)備。例如：2006年,某氣體公司21000 m3/h制氧機空壓機因油泵開不起而導(dǎo)致空壓機開不起故障，當時就是儀控系統(tǒng)的油壓低信號沒有傳遞過來，使輔助油泵電控系統(tǒng)的開關(guān)無法合上，輔助油泵的電機無法通電，導(dǎo)致空壓機無法開機。

4 工藝故障

工藝故障大體由流量、溫度、壓力、濃度不在規(guī)定范圍內(nèi)造成。引起工藝參數(shù)不在正常范圍內(nèi)的原因是多方面的，儀控故障、機械故障都會引起工藝參數(shù)的非正常。一般情況是通過分析參數(shù)的趨勢曲線來確定故障原因以及設(shè)備目前所處的狀況，從而確定處理方案。

4.1 流量

是針對液體和氣流的變化，當介質(zhì)流量發(fā)生變化時，塔器中的工況一定會發(fā)生變化，當流量不在規(guī)定范圍時，將導(dǎo)致設(shè)備故障的發(fā)生，比如在空冷塔中空氣流量大幅度變化時，就會使氣流帶水造成分子篩進水事故。在空分塔中進出氣體流量的波動都會引起精餾工況的波動和惡化，嚴重的導(dǎo)致精餾工況破壞。在壓縮機正常工作的情況下，流量的變化是由流路是否暢通決定的，出問題時要檢查此流路中所有閥門、換熱器、管道是否暢通。例如：2002年，某氣體公司9000 m3/h制氧機投產(chǎn)調(diào)試過程中，產(chǎn)品氮氣放不出故障，原因氮氣產(chǎn)品管路破裂珠光砂進入過冷器堵塞氮氣通道所致。

4.2 溫度

溫度的變化除受外界環(huán)境的變化影響外，多數(shù)與換熱效果和流質(zhì)的流量聯(lián)系在一起，當換熱效果差和介質(zhì)流量變化時，流質(zhì)該升溫的升不起來，該降溫的降不下來，從而破壞工況，溫度非正常情況一般從介質(zhì)流量和換熱效果來考慮，如果流量正常，那么就是換熱效果差。例如：2002年,某氣體公司9000 m3/h制氧機氣氧產(chǎn)品產(chǎn)量不達產(chǎn)故障，此套設(shè)備建成投產(chǎn)后，持續(xù)半年氣氧產(chǎn)量在8000 m3/h左右，與設(shè)計產(chǎn)量8700 m3/h的目標差700 m3/h的量，但是液氧產(chǎn)量多，液氧流量值是1350 m3/h（設(shè)計量650 m3/h），氧純度能達99.8%以上。當時空氣量是44600 m3/h都能吃進塔內(nèi)，根據(jù)空分物料平衡：

K=y氮－y空氮/y氮－y氧氮×M

式中，K——氧產(chǎn)量；

y氮——氮純度11×10-6=99.999%；

y空氮——空氣中的氮純度79.1%；

y氧氮——氧氣中的氮純度1－99.8%=0.2%；

M——加工空氣量44600 m3/h。

K=99.999%－79.1%/99.999－0.2%×44600=9350 m3/h

通過以上計算可知氧產(chǎn)量是9350 m3/h與設(shè)計產(chǎn)量9350 m3/h（液氧+氣氧=650 m3/h+8700 m3/h=9350 m3/h）相符，所以既然44600 m3/h的空氣量都能吃進，產(chǎn)品產(chǎn)量就能達產(chǎn)，只不過生產(chǎn)氣氧量少而液氧量多，此裝置是內(nèi)壓縮流程，氣氧不達產(chǎn)的原因只能是液氧泵流量不足或主換熱器熱負荷不夠，而液氧泵的設(shè)計流量是192 L/min（11.25 m3/h），換算成氣氧量為：11.25×800=9216 m3/h（在標準狀態(tài)下1m3液氧能蒸發(fā)800 m3氣氧），液氧泵的設(shè)計流量足夠壓送8700 m3/h氣氧量，只能是主換熱器熱負荷不夠，在操作上只能是盡量提高增壓壓縮機的排氣量和排氣溫度，來提高主換熱器的熱負荷，盡量多蒸發(fā)液氧提高氣氧產(chǎn)量，經(jīng)過對增壓壓縮機的排氣量和排氣溫度的調(diào)整，此套制氧機達產(chǎn)。

再舉一個換熱效果差導(dǎo)致工況破壞的例子：1999年，某氣體公司6000 m3/h制氧機主換熱器熱端溫差擴大故障，當時制氧機無法運行歷時20多天，原因就是主換熱器內(nèi)有異物影響換熱效果，采取反吹主換熱器措施，吹出大量分子篩粉末和一些石棉板碎片后設(shè)備恢復(fù)正。

此外，對液體輸送系統(tǒng)，液體流量超值，汽化器無法將液體全部汽化，低溫液體就會進入管道導(dǎo)致碳鋼管道遇低溫冷脆炸碎。以前某氣體公司6000 m3/h制氧機和12000 m3/h制氧機在送液氧時液氧閥門開得太大出現(xiàn)過這種情況，這種系統(tǒng)都會安裝報警系統(tǒng)，注意檢查報警系統(tǒng)使其正常工作就能避免類似情況的發(fā)生。閥門開關(guān)盡量采用自動，特殊情況下手動。

換熱效果差還表現(xiàn)在粗氬塔氮塞和精氬塔凍結(jié)等故障，粗氬塔氮塞時粗氬冷凝器的換熱溫差縮小氬蒸汽液化量明顯減少，粗氬塔阻力降低，冷凝器中液空不能被蒸發(fā)而導(dǎo)致液位上漲。這是氬餾分含氮量高使氮聚集在粗氬冷凝器不能液化也沒能隨粗氬進入精氬塔而形成的氮塞，采取以下措施：（1）關(guān)小粗氬塔液空注入閥降低粗氬塔液空液位。（2）減少產(chǎn)品氧取出量，提高氬餾分的含氧量，有利于粗氬冷凝器排氮和提高氬蒸氣溫度，加快液空蒸發(fā)使液空液位盡快回恢正常。（3）打開粗氬塔放空伐進行排氮，一方面可防止氮的集聚，另一方面粗氬流量大可以加強冷凝器換熱，使液空液位降到正常水平。經(jīng)過這幾項措施氮塞故障排除。為避免粗氬塔氮塞的發(fā)生提出預(yù)防措施為：（1）保證氬餾分的含氬在6% ~10%，氧90%~91%。（2）主冷液位避免大幅波動。（3）上塔壓力不能提高過快?？傊魉墓r要穩(wěn)定，不能進行大幅度調(diào)整以確保氬餾分組分在正常值范圍內(nèi)。

4.3 壓力

壓力的變化主要決定流質(zhì)的受阻情況和外力加速狀態(tài)，當壓力超過容器的耐壓最大值時，將導(dǎo)致容器的爆炸事故發(fā)生，因此壓力的變化是不容忽視的，一般氣體容器上都設(shè)有安全閥，超壓時會自動起跳達到降壓目的。壓力對工況的影響主要在空冷塔和分餾塔，壓力低時會造成空冷塔和分餾塔懸液，影響換熱并能造成出塔氣流帶液，嚴重影響正常運行。比如膨脹機機后帶液、分子篩進水多數(shù)是液懸造成。再者，在分餾塔中，氣體分離效果受壓力波動影響，在規(guī)定壓力下氣體分離效果好，提取率就高。

4.4 濃度

濃度變化引起的故障，在制氧機運行中主要表現(xiàn)在，水系統(tǒng)加藥、結(jié)垢和分餾塔中碳氫化合物、氧化亞氮、乙炔、氮窒息、氧氣助燃幾方面。

4.4.1水系統(tǒng)加藥

水系統(tǒng)加藥過量會形成大量泡沫，導(dǎo)致空冷塔工況異常而造成分子篩進水故障，也會造成水泵氯化鋅結(jié)晶，藥量不夠，會導(dǎo)致?lián)Q熱器結(jié)垢、生銹、滋生藻類。例如：2002年，某氣體公司6000 m3/h制氧機螺桿冷凍機結(jié)垢故障，當時冷凍機安裝投運半年后，冷凍機冷凝側(cè)及管路內(nèi)壁都發(fā)現(xiàn)白色結(jié)晶體，取結(jié)晶體進行化驗分析，其主要成分是鈣、鎂離子等沉淀化合物，時間越長，結(jié)晶體越厚，經(jīng)常造成冷凝壓力過高而頻繁跳車，致使出空冷塔氣體溫度高達20℃，使系統(tǒng)無法連續(xù)長周期運行。既然結(jié)晶出的白色晶體是鈣、鎂離子等沉淀化合物，說明這主要是由于水質(zhì)太差，冷凝器結(jié)垢導(dǎo)致?lián)Q熱效果差，降低了冷凍機效率，使冷凍水溫度升高，造成進分子篩空氣溫度急劇升高，由于冷凍機氟利昂液化不完全，汽液混合物被大量吸入壓縮機，致使壓縮機液擊，嚴重時會使設(shè)備損壞。

4.4.2碳氫化合物、氧化亞氮、乙炔

碳氫化合物、氧化亞氮、乙炔超標會造成液氧通道和容器的爆炸事故，所以每天必須檢查化驗，發(fā)現(xiàn)超標及時做排液處理或吸附器加溫再生處理。

4.4.3氮窒息

氮窒息發(fā)生在氮濃度高的地方，以前某氣體公司在檢修3200 m3/h制氧機自動閥箱時，曾發(fā)生過檢修人員氮窒息事故，因此在檢修過程中有氮氣的管道和容器必須先切斷氮氣并置換檢測合格，再進入人員。

4.4.4氧氣助燃

氧氣助燃主要是指動火作業(yè)，必須嚴格檢測氧氣含量低于22%方可動火。

5 結(jié)束語

制氧設(shè)備三大類故障互相聯(lián)系、互相影響。一般情況下，先考慮儀控故障及這種故障將導(dǎo)致的機械和工藝故障。當然很明顯的操作故障，就不用多考慮了。許多問題的思考，都是在過去經(jīng)驗基礎(chǔ)上，再結(jié)合現(xiàn)實情況靈活思考，達到活學活用，才能出現(xiàn)創(chuàng)新思路，固定在舊的模式上思考問題，會影響故障的及時、準確處理。

Analysis and Treatment of Operation Troubles of Air Separation Plant

GAO Xianjie，QI Dengye，LI Kehai，ZHU Shenghua，TIAN Xiande
（LaiwuTianyuanGasesCo.,Ltd.,Laiwu,Shandong,271104China）

The kinds of operation troubles of air separation plant were introduced while all sorts of troubles in electric instrumental control system,machinery and processes were expounded.Causes of the troubles were analyzed and countermeasures were given,which have improved operation safety and stability of the air separation plant.

troubles in electric instrumental control system;mechanic trouble;process trouble;cause;measure

TB657.7

B

1006-6764(2014)02-0024-04

2013-11-12

高顯杰（1968－），女，1990年畢業(yè)于包頭鋼鐵學院，本科學歷，高級工程師，現(xiàn)從事空分技術(shù)工作。