制氧機(jī)板式換熱器冰堵故障的分析及處理

李 智

（江西銅業(yè)集團(tuán)公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

制氧機(jī)板式換熱器冰堵故障的分析及處理

李 智

（江西銅業(yè)集團(tuán)公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

制氧機(jī)的開(kāi)機(jī)過(guò)程是一個(gè)系統(tǒng)、復(fù)雜的過(guò)程，每個(gè)環(huán)節(jié)必須緊密相連。任何的疏忽都會(huì)造成設(shè)備故障甚至安全事故。介紹制氧機(jī)板式換熱器發(fā)生堵塞及故障排查的經(jīng)過(guò)，分析發(fā)生堵塞的原因，闡述故障的處理過(guò)程，總結(jié)此次故障處理的特點(diǎn)，并為處理類似故障提供相關(guān)的操作經(jīng)驗(yàn)。

制氧機(jī)；板式換熱器；主冷凝蒸發(fā)器；儀表氣；空氣管道；冰堵

1 引言

貴溪冶煉廠動(dòng)力車(chē)間現(xiàn)運(yùn)行有五套制氧機(jī)組，其中有四套機(jī)組采用液化空氣分離原理制取氧氣。空氣分離的基本原理是采用低溫精餾法，將空氣冷凝成液體，然后按各組分蒸發(fā)溫度的不同將空氣分離［1］。其中2#制氧機(jī)為低純低壓制氧機(jī)，于1997年7月建成并正式投產(chǎn)，氧氣純度96%、壓力30kPa，氧設(shè)計(jì)流量10000Nm3/h。

2 故障發(fā)生過(guò)程

2014年8月27日，2#制氧機(jī)按計(jì)劃安排停機(jī)檢修處理空壓機(jī)振動(dòng)傳感器，空壓機(jī)檢修完畢于凌晨3∶25啟動(dòng)空壓機(jī)組并向1#系統(tǒng)閃速爐送氧。14∶00，板式換熱器溫差高報(bào)，高報(bào)值為3℃（正常為0.5℃）；膨脹機(jī)流量3900m3/h，正常為4300m3/h；主冷液位2500mm，正常為3000mm；28日8∶00，板式換熱器溫差上升至滿量程10℃，膨脹機(jī)流量降至3500mm，主冷液位下降至2300mm（見(jiàn)圖一2#制氧機(jī)工況趨勢(shì)圖），班組立即啟動(dòng)兩臺(tái)膨脹機(jī)，但仍無(wú)法減緩主冷液位的下降趨勢(shì)。隨即停運(yùn)膨脹機(jī)、空分系統(tǒng)，查找故障。

圖1 2#制氧機(jī)工況趨勢(shì)圖

3 原因分析

3.1 初步判斷

從故障發(fā)生的現(xiàn)象來(lái)看，換熱效果不佳，空分系統(tǒng)冷損加大，冷量明顯不足，初步判斷是由于板式換熱器出現(xiàn)了堵塞，造成偏流，換熱效果下降，冷損加大［2］。根據(jù)制氧機(jī)檢修后的開(kāi)機(jī)運(yùn)行情況，造成堵塞的主要可能原因有（實(shí)際發(fā)生的原因還有很多種）：

（1）分子篩帶水，水分進(jìn)入板式換熱器；

（2）膨脹機(jī)進(jìn)口過(guò)濾器堵塞；

（3）增壓機(jī)后冷卻器泄露。

3.2 故障排查過(guò)程

隨即對(duì)上述原因一一進(jìn)行排查：

（1）分子篩帶水：

①正流空氣帶水：當(dāng)時(shí)空冷塔液位、冷卻水流量、進(jìn)空冷塔空氣流量、出口壓力均比較穩(wěn)定，無(wú)任何異常波動(dòng)，分子篩再生溫度峰值正常，出分子篩CO2正常，故排除正流空氣帶水。

②再生返流氣體帶水：再生氣出蒸汽加熱器的水份含量正常，蒸汽加熱器無(wú)內(nèi)漏，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)露點(diǎn)正常，分子篩再生溫度峰值正常，故再生返流氣體帶水可以排除［3］。

（2）膨脹機(jī)進(jìn)口過(guò)濾器堵塞：

打開(kāi)膨脹機(jī)進(jìn)口過(guò)濾器，發(fā)現(xiàn)濾網(wǎng)整體已經(jīng)被一層較厚冰霜堵塞，無(wú)任何其它固體雜質(zhì)，可以判定膨脹機(jī)進(jìn)口過(guò)濾器堵塞。

（3）增壓機(jī)后冷卻器漏水：

當(dāng)天對(duì)增壓機(jī)后冷卻器做了密封試驗(yàn)：拆開(kāi)1#/2#增壓機(jī)冷卻器水管，將冷卻器滿水靜止，并通氣升壓至正常工作壓力0.67MPa，檢查其銅管是否存在泄漏，銅管無(wú)明顯氣泡冒出［4］，基本排除增壓機(jī)冷卻器漏水的可能性。

圖2 空氣進(jìn)板式換熱器示意圖

通過(guò)以上三部分逐一的排查，確認(rèn)有水分通過(guò)膨脹機(jī)過(guò)濾器進(jìn)入板式換熱器，但水分來(lái)源不明。為了盡快恢復(fù)生產(chǎn)，隨即對(duì)板式換熱器進(jìn)行反吹（故障處理中有詳細(xì)介紹反吹步驟），反吹8h后關(guān)閉反吹閥并準(zhǔn)備導(dǎo)氣進(jìn)塔，此時(shí)發(fā)現(xiàn)出分子篩空氣中CO2含量由0.5ppm迅速上升至滿量程20ppm，嚴(yán)重超標(biāo)，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)出分子篩后空氣的露點(diǎn)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，露點(diǎn)不合格（檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表一），此時(shí)現(xiàn)場(chǎng)人員發(fā)現(xiàn)動(dòng)力儀表氣閥有操作過(guò)的痕跡，且前截止閥全開(kāi)。

表1 出分子篩后空氣露點(diǎn)取樣分析

3.3 原因確定

隨即針對(duì)儀表氣系統(tǒng)展開(kāi)分析，2#制氧機(jī)儀表氣有自身儀表氣與外界儀表氣（見(jiàn)圖2中儀表氣系統(tǒng)），此次發(fā)現(xiàn)外界儀表氣前截止閥被打開(kāi)，由于外界儀表氣壓力（0.7MPa）高于2#制氧機(jī)分子篩后空氣壓力（0.45MPa），外界儀表氣通過(guò)自身儀表氣閥門(mén)竄入分子篩出口空氣管道，伴隨著系統(tǒng)的開(kāi)機(jī)一直有少量的外界儀表氣通過(guò)空氣進(jìn)塔總閥進(jìn)入板式換熱器。并且此儀表氣含水量較高［5］，從而造成分子篩CO2含量超標(biāo)，隨著板式換熱器溫度的逐步降低，水分在低溫環(huán)境中凍結(jié)，導(dǎo)致冰堵。

4 故障處理及可借鑒的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)

4.1 故障處理

在確定板式換熱器冰堵的原因后，關(guān)閉動(dòng)力儀表氣前后截止閥，于當(dāng)日下午停運(yùn)空分系統(tǒng)，保持空壓機(jī)運(yùn)行，空分塔保持冷態(tài)靜置，空氣憋在進(jìn)塔總閥之前，打通加溫氣管路，利用分子篩后空氣分別對(duì)板式空氣管道和增壓機(jī)后空氣管道進(jìn)行反吹［6］。

具體反吹步驟分以下三個(gè)管路對(duì)冰堵區(qū)域進(jìn)行反吹：

（1）對(duì)分子篩后空氣進(jìn)板式換熱器管道進(jìn)行反吹：空氣進(jìn)下塔管道反吹閥→分子篩后空氣管道→分子篩后空氣管道吹除閥；

（2）對(duì)增壓機(jī)后空氣管道進(jìn)行正吹：增壓機(jī)出口管道正吹閥→膨脹機(jī)進(jìn)口閥→膨脹機(jī)加溫吹除閥；

（3）對(duì)增壓機(jī)后空氣管道進(jìn)行反吹：膨脹機(jī)加溫氣進(jìn)口閥→膨脹機(jī)→膨脹機(jī)進(jìn)口閥→增壓機(jī)出口管道→增壓機(jī)回流閥→分子篩后空氣管道吹除閥。

通過(guò)約12h反吹，2#制氧機(jī)板式溫差正常，膨脹量4300m3/h正常，主冷恢復(fù)正常，空氣出分子篩后CO2含量正常，手工測(cè)量空氣露點(diǎn)正常（見(jiàn)表二），隨即打開(kāi)空氣進(jìn)塔總閥向空分塔導(dǎo)氣，制氧機(jī)恢復(fù)正常生產(chǎn)，于11：30往閃速爐送氧。

表2 空氣出分子篩露點(diǎn)分析

4.2 故障發(fā)生及處理可借鑒的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)

（1）本次板式換熱器反吹過(guò)程系統(tǒng)無(wú)需排液復(fù)熱，空分塔始終保持冷態(tài)靜置，為故障處理結(jié)束后的開(kāi)機(jī)節(jié)約了產(chǎn)氧時(shí)間；

（2）板式換熱器正流管道局部升溫反吹，冰堵區(qū)域能迅速得到加溫，有效減少故障處理時(shí)間；

（3）增壓空氣通道正吹后，再進(jìn)行反向的吹除，確保了重點(diǎn)堵塞管道的加溫效果，徹底清除冰堵故障。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著空分技術(shù)的不斷提高，制氧機(jī)對(duì)設(shè)備的精密程度及人員技能素養(yǎng)要求也越來(lái)越高。制氧機(jī)的開(kāi)機(jī)過(guò)程是一個(gè)系統(tǒng)、復(fù)雜的過(guò)程，各個(gè)專業(yè)之間的聯(lián)系、上下工序之間的銜接，每個(gè)環(huán)節(jié)都必須考慮周全，否則，任何一個(gè)細(xì)節(jié)的疏忽或者一個(gè)漫不經(jīng)心的操作，都可能造成設(shè)備故障甚至安全事故。

［1］毛紹融, 朱朔元, 周智勇. 現(xiàn)代空分設(shè)備技術(shù)與操作原理[M]. 杭州:杭州出版社, 2005:152-153.

［2］湯學(xué)忠, 顧福民. 新編制氧工問(wèn)答[M]. 北京:冶金工業(yè)出版社, 2006:67-69.

［3］李化治. 制氧技術(shù)[M] 北京.冶金工業(yè)出版社, 2009:113-116.

［4］李其倫. 循環(huán)水冷卻器泄露的原因和查漏方法[J]. 廣州化工. 2010(2):165-166.

［5］蔡學(xué)文, 夏小將 ,白林林, 等. 制氧車(chē)間培訓(xùn)教材[Z]. 貴溪.貴冶教培科. 2008:191-193.

［6］張樹(shù)斌. 消除板式換熱器堵塞故障[J]. 科學(xué)之友, 2013(9):138-139.

Analysis and Treatment of Oxygen Generator Heat Exchanger Blocking Accident

LI Zhi
（Guixi Smelt of Jiangxi Copper Corporation, Guixi 335424, Jiangxi, China）

The start-up process of oxygen generator is a complicated process. Each step must be closely linked. Any negligence will cause malfunction of the equipment and even safety accident. In this article, a plate heat exchanger of the oxygen generator blocking occurred and the troubleshooting are introduced. The causes of failure are analyzed, the characteristics of fault handling are summarized and some technical references for dealing with this kind of fault are provided.

oxygen generator；heat exchanger；main evaporator condenser；instrument air；air pipeline；ice blocking

TQ116.11

A

1009-3842（2015）05-0076-03

2015-07-20

李智（1984-），男，廣西北流人，本科，從事制氧生產(chǎn)技術(shù)管理工作。E-mail: 231418388@qq.com