儀表空氣露點升高原因分析及故障處理

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(錦西天然氣化工有限責任公司，遼寧 葫蘆島 125001)

錦西天然氣化工有限責任公司為一家大型化肥企業(yè)，年產(chǎn)氨30萬t，尿素52萬t，合成氨和尿素裝置分別采用美國布朗工藝和意大利斯納姆工藝。裝置工藝復雜，自動化程度高，采用的氣動設備多。裝置正常運行中，全廠的儀表空氣主要通過水氣裝置空分系統(tǒng)提供，同時從合成裝置空氣壓縮機100C1四級出口抽出一部分作為補充，在主裝置檢修期間，還可通過2臺備用的活塞壓縮機提供。

儀表空氣作為氣動設備動力源，保證其潔凈、干燥非常重要，一旦帶水，將影響氣動設備的正?？刂坪头€(wěn)定調節(jié)，特別是在冬季，儀表空氣帶水可能造成管線凍堵，使氣動設備失去控制，從而影響裝置的安全穩(wěn)定運行。為保證儀表空氣的潔凈干燥，必須設置專門的處理系統(tǒng)進行空氣的過濾、凈化和干燥，合成裝置空氣處理系統(tǒng)采用了冷凍式干燥機(冷干機)與無熱再生干燥器串聯(lián)布置的除水干燥方式，保證露點≤-40 ℃(0.70 MPa(g)，下同)，并將露點作為平時重點分析監(jiān)控指標，嚴防儀表空氣帶水。儀表空氣露點分析指標趨勢見圖1。

圖1 儀表空氣露點分析指標趨勢

2016年8月14日，合成儀表空氣總管露點分析達-28 ℃，之后連續(xù)幾天的分析指標也都未能達到-40 ℃的合格值，為裝置進入冬季運行留下了生產(chǎn)隱患。

1 合成裝置儀表空氣系統(tǒng)流程

冷干機與無熱再生干燥器串聯(lián)布置工藝流程見圖2。來自空氣壓縮機100C1四級出口的壓縮空氣經(jīng)過循環(huán)水空氣冷凝器100E100冷卻后進入儀表空氣系統(tǒng)進行過濾、冷卻及干燥處理。經(jīng)過初步過濾后的壓縮空氣進入冷干機，通過降溫結露原理冷卻降溫，其中的水蒸氣凝結成液滴，經(jīng)自動排水系統(tǒng)排出，從而達到降低含濕量的目的。此外，壓縮空氣經(jīng)過冷干機后，其中3 μm及以上的固體塵粒被過濾，氣源品質初步達到清潔、干燥要求[1]。

圖2 冷干機與無熱再生干燥器串聯(lián)布置工藝流程

經(jīng)過冷干機冷卻干燥后的空氣進入2臺并聯(lián)的無熱再生分子篩干燥器中進一步吸水干燥，保證露點≤-40 ℃，之后再通過2臺并聯(lián)設置的分子篩后，過濾器再次過濾，進入儀表空氣總管，與水氣空分裝置的儀表空氣混合，為全廠提供干燥、潔凈的儀表空氣。

2 儀表空氣露點升高的原因分析及排查

根據(jù)設計，裝置正常運行中，采用冷干機與無熱再生干燥器串聯(lián)布置可以為全廠各裝置氣動設備提供合格的儀表空氣。分析露點指標升高的主要原因，有分析儀表錯誤、壓縮空氣帶水量大、儀表空氣系統(tǒng)的冷干機或再生干燥器運行故障等，按照先易后難、先簡后繁的原則，逐步進行研究分析和確認。

2.1 分析儀表及分析過程不準確

儀表空氣露點分析具有固定的分析取樣過程和固定的地點，由固定的人員手持式分析儀器進行。采用相同的分析儀器對其他不同地點進行多次分析，結果都大致相同，因此確認了分析結果的準確性，即排除了分析原因造成露點升高的因素。

通過對來自水氣空分裝置的儀表空氣進行分析，更進一步確認了合成裝置儀表空氣處理系統(tǒng)運行異常是引起儀表空氣露點升高的原因。

2.2 壓縮空氣夾水量大

合成裝置的儀表空氣來自空氣壓縮機100C1四級出口，是經(jīng)過儀表空氣冷凝器100E100降溫后的飽和空氣，如果這部分空氣分離排水不好，夾帶水分量過大，會造成儀表空氣系統(tǒng)冷卻干燥負荷過大，使儀表空氣露點升高。

儀表空氣冷凝器疏水系統(tǒng)工藝流程見圖3。在檢查中發(fā)現(xiàn)儀表空氣冷凝器及其冷凝水側疏水器運行正常，為了防止空氣帶水過大，又將疏水器旁路閥保持小開度。但經(jīng)過分析露點指標，仍然沒有任何改善，因此也排除了壓縮空氣夾水量過大造成露點升高的因素。

圖3 儀表空氣冷凝器排水系統(tǒng)工藝流程圖

2.3 再生分子篩干燥器運行異常

儀表空氣系統(tǒng)采用冷干機串聯(lián)無熱再生分子篩干燥器的除水方式，分子篩干燥器在空氣脫除水分的過程中發(fā)揮著關鍵作用。干燥器共有2臺，內裝具有良好吸水性能的分子篩，1臺在線吸收干燥空氣，另1臺再生備用。2臺干燥器通過PLC邏輯控制自動切換，每4分鐘1次，循環(huán)使用。

為了保證干燥器的正常脫水，分子篩干燥劑每年都要進行更換，此次儀表空氣露點升高前3個月才更換，分子篩也是之前一直運行良好的同一產(chǎn)品，應不存在吸水性能的差異，檢查干燥器運行狀況也未發(fā)現(xiàn)異常狀況，因此可以基本排除分子篩干燥器運行異常的因素，同時也基本斷定是因為冷干機運行故障而引起儀表空氣露點升高。

2.4 冷干機運行故障

冷干機是冷凍式干燥機的簡稱，是采用降溫結露原理，對壓縮空氣進行干燥的設備。錦西天然氣化工有限責任公司的儀表空氣系統(tǒng)，采用的是杭州漢業(yè)氣源凈化設備有限公司的水冷標準型冷干機，主要由熱交換系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)3部分組成。來自100C1的壓縮空氣經(jīng)過100E100及冷干機進出口預冷器冷卻后，進入冷媒蒸發(fā)器與制冷劑進行熱交換，溫度降至2～10 ℃后進入汽水分離器，使空氣中的水分及雜質顆粒在此溫度下析出，通過自動排水器一起排出機外。干燥的低溫空氣再經(jīng)過進出口預熱器與熱空氣進行熱交換，溫度升高后輸出，防止管路結露、結霜，熱氣旁通閥能根據(jù)負荷變化的要求自動調節(jié)冷媒的通過量。

冷干機在儀表空氣系統(tǒng)中擔負著初步干燥除水的作用，一旦工作異常，會使分子篩干燥器負荷加大，無法滿足保持壓縮空氣干燥的需要，造成儀表空氣露點升高。

2.4.1 冷卻水系統(tǒng)故障

冷干機通過水冷器為制冷壓縮機出口氣體進行降溫冷凝，為蒸發(fā)器提供冷量。如果冷卻水系統(tǒng)出現(xiàn)故障，冷媒氣體無法正常冷凝，會造成蒸發(fā)氣體溫度升高，無法滿足壓縮空氣的冷卻需要，造成空氣露點升高。在以前的生產(chǎn)運行中，由于冷卻水流量調節(jié)閥故障及冷卻水管線堵塞，幾次造成了冷干機運行故障。在采取手動調整水量調節(jié)閥加大冷卻水量、用溫度更低的工廠水取代循環(huán)水提供冷卻、清理上水過濾器等措施后，仍沒有改變空氣露點偏高的問題。

2.4.2 制冷劑不足

冷干機采用的制冷劑為氟利昂R22，正常工作壓力0.4～0.5 MPa(g)。如果因泄漏等原因造成損耗，而使蒸發(fā)器內冷量不足，會由于無法滿足為壓縮空氣降溫的需要，從而引起儀表空氣露點升高。

在檢查確認過程中，冷干機蒸發(fā)壓力在0.30 MPa(g)左右運行已經(jīng)有一段時間，可能存在冷媒介質不足的問題。因此，專業(yè)人員現(xiàn)場補充氟利昂R22，并對冷媒流程進行仔細地查漏，但未發(fā)現(xiàn)明顯的泄漏點。重新啟動冷干機，并調整熱力膨脹閥，運行一周后露點指標仍沒有改善跡象。

2.4.3 壓縮機運行故障

制冷壓縮機是為冷干機運行提供制冷動力的的關鍵設備，一旦發(fā)生故障，勢必影響空氣的換熱冷卻。但由于采用的是全封閉式活塞壓縮機，排氣量是固定的，正常工作中壓縮機的工況也基本不變，檢查難度很大。

在加注了制冷劑R22，并對熱力膨脹閥、熱氣旁通閥及水量調節(jié)閥進行反復調整后，仍沒能改善空氣露點偏高的問題。但在調整閥門的過程中，發(fā)現(xiàn)調整度大大偏離原位置，壓縮機本體溫度仍然較高，時常造成因溫度保護而停機，而且冷凝壓力不足，因此，可以斷定是由于壓縮機的問題引起冷干機運行故障，從而引起空氣露點偏高。

3 處理措施

經(jīng)過多日排查，確定為冷干機制冷壓縮機運行故障造成了儀表空氣露點偏高，但由于冷干機壓縮機采用的是全封閉式活塞壓縮機，進行檢查維護十分困難，只能更換。

(1)2016年9月1日，整體更換制冷壓縮機，重新調整熱力膨脹閥、熱氣旁通閥及水量調節(jié)閥，儀表空氣露點達到-40 ℃的合格指標，經(jīng)過進一步的調整優(yōu)化冷干機運行狀況，9月5日后，儀表空氣處理系統(tǒng)恢復到正常運行，露點指標穩(wěn)定在合格范圍內，徹底排除了儀表空氣運行隱患。

(2)解體檢查故障壓縮機，進一步確認故障發(fā)生點。解體后發(fā)現(xiàn)壓縮機2個氣缸入口閥片都有不同程度的斷裂泄漏情況，其中1個氣缸中的活塞曲軸連桿折斷，因此造成壓縮機功率嚴重下降，無法滿足制冷需要。制冷壓縮機斷裂的曲軸見圖4。

圖4 制冷壓縮機曲軸連桿折斷

(3)加強了冷干機運行維護。發(fā)現(xiàn)異常及時解決，并每天檢查壓縮機運行工況，防止因結霜而發(fā)生“液壓縮”或過熱損壞，防止故障擴大化。

4 結語

儀表空氣露點升高，為裝置安全運行埋下隱患，在檢查處理過程中，采取先易后難、先簡后繁的原則，確認冷干機制冷壓縮機損壞，并進一步確認壓縮機活塞閥片部分斷裂、曲軸連桿折斷，影響了冷干機冷卻干燥效果。此次故障得以圓滿處理，且未造成嚴重后果，但仍提醒我們，在日常生產(chǎn)運行維護中，應注意細節(jié)，精細操作，提早發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)隱患，保護設備運行安全，減少故障損失，保證裝置安全、連續(xù)、穩(wěn)定運行。