大型空分設(shè)備安裝及機(jī)械故障維修方法探討

蔡華明 廖燕

摘要：工業(yè)設(shè)備的安裝對(duì)于企業(yè)生產(chǎn)安全和生產(chǎn)效益有著密切影響。只有確保設(shè)備安裝質(zhì)量，及時(shí)診斷和解決好設(shè)備故障，才能確保企業(yè)生產(chǎn)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。本文圍繞大型空分設(shè)備安裝方法和設(shè)備機(jī)械故障維修方法進(jìn)行了探討，提出了大型空分設(shè)備安裝質(zhì)量控制措施，供相關(guān)人士參考。

關(guān)鍵詞：大型空分設(shè)備;設(shè)備安裝方法;設(shè)備機(jī)械故障;安裝質(zhì)量控制

引言

大型空分設(shè)備是石油化工項(xiàng)目中應(yīng)用較多的設(shè)備，其在化工生產(chǎn)中可以為工藝流程提供氧氣、氮?dú)夂蜌鍤?。大型空分設(shè)備主要由空氣壓縮系統(tǒng)、空氣預(yù)冷系統(tǒng)、空氣凈化系統(tǒng)、膨脹冷卻系統(tǒng)、冷箱和分餾系統(tǒng)構(gòu)成。

一、大型空分設(shè)備工作原理

1.大型空分設(shè)備工作原理

空氣經(jīng)過空氣過濾器，過濾去除掉空氣中的灰塵及其他雜質(zhì)，然后進(jìn)入到多級(jí)離心主空壓機(jī)中進(jìn)行壓縮，再進(jìn)入到冷卻塔中進(jìn)行清洗，冷卻后輸送到吸附器中去除二氧化碳、水蒸氣、碳?xì)浠衔?，最終得到潔凈空氣。經(jīng)過凈化的空氣部分直接進(jìn)入到冷箱主換熱器中，空氣和返流產(chǎn)品進(jìn)行熱交換，經(jīng)過熱交換的空氣進(jìn)入到中壓塔底部進(jìn)行分離。還有一部分凈化后的空氣被輸送到膨脹機(jī)中，經(jīng)過膨脹機(jī)增壓后進(jìn)入到冷箱系統(tǒng)，在冷箱的主換熱器中進(jìn)行液化，然后再進(jìn)入到液體膨脹機(jī)中膨脹，之后進(jìn)入到中壓塔和低壓塔。經(jīng)過增壓機(jī)增壓后的凈化空氣在主換熱器中冷卻后被抽出，經(jīng)過膨脹機(jī)膨脹后被送到中壓塔，然后得到液氮產(chǎn)品，從低壓塔得到液氧，頂部得到污氮。

2.大型空分設(shè)備的選型

大型空分設(shè)備中，冷箱的設(shè)計(jì)溫度應(yīng)滿足最低溫達(dá)到-196℃，實(shí)現(xiàn)深度冷卻的工藝需求。因此設(shè)備選型中應(yīng)保證冷箱的材料具有良好的抗低溫性能。通常采用的抗低溫材料是鋁鎂合金或者不銹鋼材料。在板式換熱器中，通常采用鋁鎂合金作材料，其他的設(shè)備組件中采用不銹鋼材料。

大型空分設(shè)備可根據(jù)動(dòng)靜特征分為動(dòng)設(shè)備和靜設(shè)備兩類。動(dòng)設(shè)備主要包括空氣冷卻裝置、壓縮機(jī)、機(jī)泵、膨脹機(jī)，空氣冷卻裝置采用變頻節(jié)能風(fēng)機(jī)，降低運(yùn)行能耗。靜設(shè)備包括換熱器、空氣過濾器、消聲器、塔器。塔器采用直接接觸的方式降低循環(huán)水的能耗，同時(shí)利用冷卻水的汽化熱提高換熱效率。中壓塔和低壓塔采用規(guī)則形狀，降低介質(zhì)通行的阻力，降低空壓機(jī)的壓力?？諝鈨艋到y(tǒng)采用立式雙層吸附，減少設(shè)備占地面積，降低系統(tǒng)阻力，提高凈化效率。

超大型設(shè)備組件需要考慮到體積因素，很多大型組件整體運(yùn)輸限制，因此要分散運(yùn)輸，在現(xiàn)場(chǎng)再進(jìn)行組裝。如空冷塔、水冷塔、吸附器等大型設(shè)備，在現(xiàn)場(chǎng)焊接后組裝。吸附器組裝后再填充分子篩等材料。

冷箱系統(tǒng)包括中壓塔、低壓塔、主換熱器、主冷凝蒸發(fā)器、過冷器、高壓換熱器、汽液分離器等主要設(shè)備。中壓塔、低壓塔、汽液分離器的主體材料為不銹鋼，主換熱器、主冷凝蒸發(fā)器、過冷器、高壓換熱器主體材料為鋁鎂合金。冷箱系統(tǒng)主換熱器和高壓換熱器采用板式，有利于降低傳熱的不可逆性，減少換熱溫差，降低換熱能耗。低溫液體泵采用變頻節(jié)能技術(shù)，降低電耗。大功率泵采用兩用一備，保證生產(chǎn)持續(xù)性，節(jié)約設(shè)備投資。

空氣壓縮機(jī)是大型空分設(shè)備系統(tǒng)能耗較大的設(shè)備，因此在選型的環(huán)節(jié)應(yīng)以能夠節(jié)約能耗為考量目標(biāo)，同時(shí)考慮到安全性?？諝膺^濾器采用自動(dòng)控制技術(shù)，可以根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的參數(shù)自動(dòng)啟動(dòng)清潔功能，更好地保證空氣過濾質(zhì)量。在空氣過濾器的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，應(yīng)考慮空壓機(jī)的能力，減少過濾器和空壓機(jī)的正常壓差，降低系統(tǒng)運(yùn)行能耗?？諝鈮嚎s機(jī)、增壓機(jī)均采用多級(jí)離心增壓方式，提高增壓效率。蒸氣輪機(jī)先采用空冷全凝式，比抽凝式驅(qū)動(dòng)效率更高，可代替水冷器，因此節(jié)約能耗的同時(shí)可以節(jié)約水資源。液體膨脹機(jī)采用帶制動(dòng)發(fā)電機(jī)，代替高壓液空節(jié)流閥，提高膨脹效率。

二、大型空分設(shè)備安裝方法

冷箱的安裝：冷箱的尺寸較大，重量較重，在安裝時(shí)采用吊裝的方式，兩臺(tái)吊車同時(shí)作業(yè)，通過雙機(jī)抬吊將設(shè)備吊送到安裝基礎(chǔ)上。在吊裝前首先要進(jìn)行科學(xué)計(jì)算，確定吊裝路線，保證吊裝受到的阻力最小，時(shí)間最短。還要制定相應(yīng)的吊裝質(zhì)量保障措施，在吊裝前做好各項(xiàng)保護(hù)措施，避免安裝事故發(fā)生。在設(shè)備組件運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)前，要對(duì)運(yùn)輸路線，組件的放置位置，吊裝作業(yè)區(qū)域進(jìn)行合理規(guī)劃設(shè)計(jì)，對(duì)路面進(jìn)行填實(shí)，確保運(yùn)輸安全高效。吊裝作業(yè)區(qū)域的地面要進(jìn)行支撐負(fù)荷的檢測(cè)，確保吊裝作業(yè)滿足實(shí)際稱重要求。吊裝設(shè)備進(jìn)入到現(xiàn)場(chǎng)，各項(xiàng)施工材料、用具、組件等準(zhǔn)備到位，將設(shè)備和材料的位置擺放正確開始進(jìn)行吊裝。成立吊裝作業(yè)小組，設(shè)置總指揮員，配備技術(shù)人員，至少應(yīng)確保吊裝作業(yè)小組有兩名經(jīng)驗(yàn)豐富的起重工。在冷箱安裝前，工作人員需要對(duì)基礎(chǔ)施工部分的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行復(fù)測(cè)，記錄數(shù)據(jù)信息，檢查設(shè)備底板螺栓孔的大小尺寸，檢查地腳螺栓的位置、螺栓的數(shù)量等，確保基礎(chǔ)施工質(zhì)量符合冷箱安裝要求。冷箱的吊裝順序是先掉裝粗氫塔的下段，然后再吊裝主塔的下塔，之后吊裝粗氫塔的上段，精氫塔，主塔的上段。將抱箍和纜風(fēng)繩安裝在塔器上，抱箍和塔器接觸部位用膠皮墊進(jìn)行保護(hù)，然后吊裝塔器，安裝到位后將纜風(fēng)繩固定就位。

增壓機(jī)、空壓機(jī)、氮壓機(jī)、氧壓機(jī)的安裝：這些回轉(zhuǎn)設(shè)備的安裝首先應(yīng)做好底座安裝。在安裝底座時(shí)需要安裝墊板，采用流動(dòng)性灌漿方式一次成型，安裝好墊板，這種一次成型的方式可以避免墊板發(fā)生空鼓，保證墊板的安裝質(zhì)量，節(jié)約設(shè)備安裝時(shí)間。在設(shè)備單機(jī)安裝完成后對(duì)每個(gè)設(shè)備進(jìn)行檢驗(yàn)，同時(shí)對(duì)設(shè)備組合進(jìn)行檢驗(yàn)，檢查設(shè)備組件的同心度。對(duì)設(shè)備機(jī)身和聯(lián)軸器先進(jìn)行粗定心，進(jìn)行粗調(diào)之后再進(jìn)行細(xì)調(diào)。定心前工作人員要對(duì)設(shè)備部件的尺寸進(jìn)行測(cè)量，保證尺寸的準(zhǔn)確性，使定心達(dá)到安裝質(zhì)量要求。聯(lián)軸器對(duì)中采用激光對(duì)中儀，保證對(duì)中精度，提高對(duì)中效率。

儲(chǔ)罐的安裝：儲(chǔ)罐貯槽主要是用于制氧產(chǎn)品剩余產(chǎn)品的貯存，由于介質(zhì)是低溫產(chǎn)品因此需要儲(chǔ)罐材質(zhì)具備耐低溫性能，能夠滿足-196℃溫度需求。安裝過程中，包裝儲(chǔ)罐的密封性十分重要。焊接工藝要滿足焊接技術(shù)要求，同時(shí)焊接完后進(jìn)行焊接工藝評(píng)定。焊接的方法采用單面焊接雙面成形的方法。施工時(shí)，先將儲(chǔ)罐的圍板進(jìn)行組對(duì)，對(duì)準(zhǔn)后從縱縫外側(cè)進(jìn)行焊接，提升再進(jìn)行環(huán)縫電焊，縱縫內(nèi)側(cè)清根，之后再進(jìn)行環(huán)縫外側(cè)焊接和縱縫內(nèi)側(cè)焊接、最后進(jìn)行環(huán)縫內(nèi)側(cè)焊接。焊接完后利用起升系統(tǒng)將儲(chǔ)罐降落到初始位置，放松脹圈，最后對(duì)未焊接的部位進(jìn)行補(bǔ)焊。在擴(kuò)充脹圈壁板組對(duì)時(shí)，要在每個(gè)壁板留一道活口，這樣可以對(duì)縱縫焊接進(jìn)行校正，校正后再進(jìn)行切割和點(diǎn)焊定位。

對(duì)設(shè)備儀表進(jìn)行測(cè)試：大型空分設(shè)備中自動(dòng)化控制系統(tǒng)在硬件安裝完后進(jìn)行控制系統(tǒng)的調(diào)試。氧氣系統(tǒng)采用集散型的控制系統(tǒng)，檢測(cè)該系統(tǒng)在產(chǎn)品質(zhì)量控制、負(fù)荷跟蹤、生產(chǎn)控制、生產(chǎn)管理方面的性能是否良好。對(duì)控制系統(tǒng)中的主要設(shè)備操作模塊、顯示模塊、報(bào)警模塊等進(jìn)行性能檢測(cè)。對(duì)操作室內(nèi)的操作鍵盤和監(jiān)控裝置進(jìn)行性能檢測(cè)，滿足設(shè)備對(duì)整個(gè)機(jī)組的監(jiān)控和綜合運(yùn)行管理需求。

三、大型空分設(shè)備機(jī)械故障維修方法

空分設(shè)備中的零件發(fā)生磨損變形。這類故障主要發(fā)生在設(shè)備的齒輪部位、承重部件以及箱體運(yùn)行的零部件。設(shè)備在運(yùn)行的過程中消耗大功率的電能，因一些特殊的情況而導(dǎo)致設(shè)備部件發(fā)生磨損變形。一旦發(fā)生這類故障，如果故障是設(shè)備的核心部位，一旦部件發(fā)生磨損變形很難修補(bǔ)，勉強(qiáng)修補(bǔ)后很容易短期恢復(fù)正常，但是過一段時(shí)間又出現(xiàn)二次故障，因此在核心部位發(fā)生設(shè)備部件的磨損變形后，及時(shí)進(jìn)行更換。如果故障是在設(shè)備的外殼部位，沒有涉及到核心部位，可進(jìn)行修補(bǔ)，通過焊接法、截取法進(jìn)行修補(bǔ)。通過焊接裁取相同材料對(duì)零件的磨損變形部位進(jìn)行修復(fù)，如采用低碳含量的材料作為補(bǔ)充材料進(jìn)行修復(fù)。注意焊接過程中的施工質(zhì)量，焊接技術(shù)要保證連接處的精密度滿足焊接工藝要求，通過靈活調(diào)節(jié)不同層次的焊接溫度，保證焊接質(zhì)量合格。對(duì)大型空分設(shè)備的零件磨損或變形故障進(jìn)行修復(fù)后，在故障部位的表面噴涂保護(hù)層，通過噴涂外保護(hù)層將維修的部位進(jìn)行進(jìn)一步加固處理。造成設(shè)備部件出現(xiàn)磨損或變形的故障主要原因是零件松動(dòng)或接觸故障。因此對(duì)設(shè)備零件進(jìn)行緊固度的檢查，同時(shí)檢查是否存在接觸故障。在零件上捆綁一個(gè)鈴鐺，敲打鈴鐺聽聲音，如果零部件的緊固度和連接零件出現(xiàn)松動(dòng)，那么聲音會(huì)低沉，發(fā)現(xiàn)聲音比正常情況低沉說(shuō)明存在零部件緊固度不合格的情況，需要用專業(yè)工具進(jìn)行緊固。在緊固時(shí)注意用力適中，避免過大過小，保證零部件緊固度滿足設(shè)備安裝工藝需求。

大型空分設(shè)備在運(yùn)行中出現(xiàn)噪音過大的情況?？赡艿脑蚴窃O(shè)備連接部位存在問題。檢查設(shè)備運(yùn)行波紋連接位置是否存在部件磨損或變形的情況。大型空分設(shè)備安裝的要求是每個(gè)結(jié)構(gòu)部件連接位置的縫隙必須在0.8mm，如果縫隙過大或過小都會(huì)引發(fā)故障。對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)連接位置的縫隙進(jìn)行檢查，將0.8mm厚度的鐵片插入到設(shè)備故障部位，如果存在孔隙過大或過小的情況，就說(shuō)明設(shè)備部件之間的縫隙不合格。采用焊接的方式對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)部件連接位置的縫隙進(jìn)行調(diào)節(jié)，確定設(shè)備連接位置部件嚴(yán)格對(duì)中，消除設(shè)備運(yùn)行時(shí)噪音過大的故障。

大型空分設(shè)備存在漏氣、漏油的故障。一般這類故障發(fā)生在設(shè)備內(nèi)部的細(xì)縫處。檢測(cè)是否存在細(xì)縫的方法是通過聽聲音進(jìn)行判斷，采用計(jì)算機(jī)對(duì)聲音進(jìn)行識(shí)別，判斷是否聲波存在異常。然后用肥皂水涂到設(shè)備的細(xì)縫位置，如果存在漏氣故障則肥皂水產(chǎn)生氣泡。如果空分設(shè)備沒有找到漏氣、漏油的具體原因，可對(duì)設(shè)備零件進(jìn)行更換，同時(shí)對(duì)設(shè)備連接部位的連接面進(jìn)行清理，以免灰塵進(jìn)入，為后續(xù)故障發(fā)生埋下隱患。

四、大型空分設(shè)備安裝質(zhì)量控制措施

大型空分設(shè)備內(nèi)表面進(jìn)行嚴(yán)格脫脂處理。在設(shè)備安裝后的調(diào)試環(huán)節(jié)，對(duì)空分設(shè)備中與空氣介質(zhì)相接觸的表面進(jìn)行脫脂處理。通過對(duì)設(shè)備中與介質(zhì)想接觸的表面進(jìn)行脫脂處理，保證空分設(shè)備運(yùn)行安全穩(wěn)定，避免發(fā)生爆炸事故，同時(shí)防止低溫介質(zhì)附著在設(shè)備內(nèi)表面，從而對(duì)設(shè)備熱量交換帶來(lái)不利影響，降低生產(chǎn)效率。

大型空分設(shè)備的分子篩進(jìn)行有序安裝。分子篩的主要目的是對(duì)空氣中的雜質(zhì)進(jìn)行去除，保證進(jìn)入到設(shè)備的空氣潔凈度。大型空分設(shè)備中的分子篩主要是采用氧化鋁來(lái)吸附空氣中的各種雜質(zhì)，包括一氧化碳、水蒸氣、二氧化碳等。二氧化碳在低溫狀態(tài)下會(huì)凝結(jié)，凝結(jié)后的二氧化碳一旦進(jìn)入到設(shè)備中，容易堵塞管道，從而增加生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，提高生產(chǎn)能耗。因此去除二氧化碳是十分重要的。在安裝分子篩環(huán)節(jié)，應(yīng)注意分子篩填料的順序，不得混亂，同時(shí)注意每層填料應(yīng)填密實(shí)填充實(shí)，保證分子篩分層均勻、有序。

大型空分設(shè)備的空壓機(jī)、膨脹機(jī)安裝應(yīng)注意密封氣滿足要求。在空壓機(jī)和膨脹機(jī)啟動(dòng)前，潤(rùn)滑系統(tǒng)和氣室之間依靠壓縮空氣來(lái)阻隔。當(dāng)空壓機(jī)和膨脹機(jī)啟動(dòng)后，設(shè)備本體的空氣壓力滿足生產(chǎn)系統(tǒng)氣壓的要求。當(dāng)空壓機(jī)和膨脹機(jī)停車后，應(yīng)及時(shí)阻隔潤(rùn)滑油侵入到氣室，保證密封氣運(yùn)行可靠。

大型空分設(shè)備應(yīng)注意耐冷保冷質(zhì)量。在超低溫狀態(tài)下，設(shè)備的保冷性能十分重要?？辗炙捎玫牟牧媳仨毦邆淞己玫哪屠浔＠湫阅?，主要是采用珍珠巖，在安裝時(shí)應(yīng)注意對(duì)珍珠巖的比重、粒徑、含水情況進(jìn)行檢驗(yàn)，保證各項(xiàng)指標(biāo)滿足質(zhì)量要求。冷箱、真空管、液體儲(chǔ)罐的外層保護(hù)材料應(yīng)確保密閉性，避免空氣進(jìn)入在設(shè)備表面結(jié)冰。在冷箱和主塔的結(jié)合部位填充粒狀棉，保證填充密實(shí)度，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。

大型空分設(shè)備安裝注意做好防火措施。氧氣站內(nèi)設(shè)置防火墻，防火墻的材料應(yīng)選用不銹鋼材料。在氧氣站運(yùn)行的過程中一旦發(fā)現(xiàn)漏氣應(yīng)及時(shí)檢查，緊固漏氣部件。為了避免引發(fā)火災(zāi)，氧氣站內(nèi)的防火墻螺栓采用銅材質(zhì)，漏氣檢修的緊固用具采用有色金屬材質(zhì)，降低火災(zāi)發(fā)生概率。

五、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，大型空分設(shè)備安裝不僅僅要注意設(shè)備安裝的安全性和穩(wěn)定性，同時(shí)還要注意設(shè)備安裝的節(jié)能性和經(jīng)濟(jì)性。為此，在大型空分設(shè)備安裝前，應(yīng)結(jié)合工程項(xiàng)目的實(shí)際情況合理選擇設(shè)備材質(zhì)，選用降低能耗的工藝。通過對(duì)大型空分設(shè)備的安裝技術(shù)和安裝規(guī)范進(jìn)行分析總結(jié)，保證設(shè)備安裝的質(zhì)量，使大型空分設(shè)備開車一次成功，為工程項(xiàng)目的后續(xù)運(yùn)行奠定可靠保障。另一方面，通過對(duì)設(shè)備安裝關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行梳理，便于完善設(shè)備安裝工藝規(guī)范，為大型空分設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造部門提供信息支持。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐建平.大型空分設(shè)備國(guó)產(chǎn)化現(xiàn)狀與展望[J].通用機(jī)械，2016（8）：15-18.