制氧機(jī)內(nèi)置液體泵跳停故障分析與改進(jìn)

蔣小林，袁 苑

（安徽馬鋼氣體科技有限公司，安徽馬鞍山 243000）

前言

低溫液體泵在制氧機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行中，是重要的運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備之一，其運(yùn)行狀態(tài)是否良好，直接影響制氧機(jī)的運(yùn)行安全。

1 低溫液體泵現(xiàn)狀分析

某單位現(xiàn)有4套制氧機(jī)，其中1套屬外壓縮，內(nèi)置氬循環(huán)泵運(yùn)行方式采用2 臺(tái)同時(shí)運(yùn)行，其它3套為內(nèi)壓縮制氧機(jī)液體泵運(yùn)行方式是一開一備模式，3套制氧機(jī)液體泵切換模式略有不同。

1.1 20 000 m3/h制氧機(jī)內(nèi)置泵運(yùn)行模式

20 000 m3/h 制氧機(jī)組有氧產(chǎn)品泵和氬循環(huán)泵，均采用一開一備（即一高速一低速冷備）。切換模式是：主泵跳機(jī)時(shí)，冷備泵變頻器自動(dòng)加載到85%，回流閥自動(dòng)關(guān)到0%,切換成功后，操作員小幅調(diào)整即可。

1.2 30 000 m3/h制氧機(jī)內(nèi)置泵運(yùn)行模式

30 000 m3/h 制氧機(jī)組有液氧泵和氬循環(huán)泵，液氧泵采用一開一備，聯(lián)鎖自動(dòng)切換模式，液氬循環(huán)泵采用手動(dòng)切換模式，即:主泵跳停時(shí)，操作員立即手動(dòng)加載變頻器功率至70%，并逐步關(guān)閉回流閥至18%，每次人工切換時(shí)，需對泵前后壓差變化及時(shí)調(diào)整。

1.3 40 000 m3/h制氧機(jī)內(nèi)置泵運(yùn)行模式

40 000 m3/h 制氧機(jī)組有液氧泵和2 組氬循環(huán)泵，均采用一開一備，聯(lián)鎖自動(dòng)切換模式，即：主泵故障跳停時(shí)，備用泵自動(dòng)跟蹤工藝條件運(yùn)行。

2 案例分析及改進(jìn)措施

2.1 事故經(jīng)過

2020 年3 月26 日06∶10，因 電網(wǎng)波動(dòng)，導(dǎo) 致30 000 m3/h 制氧機(jī)組2#循環(huán)粗氬泵變頻器因直流低電壓保護(hù)跳泵，系統(tǒng)聯(lián)鎖切換至1#循環(huán)粗氬泵低速運(yùn)行。

06∶12 空分機(jī)組當(dāng)班人員緊急調(diào)整，手動(dòng)加載1#循環(huán)粗氬泵負(fù)荷（低速冷備1 541.5 r/min，出口壓力0.278 MPa），并檢查機(jī)組其他設(shè)備均運(yùn)行正常。

06∶16 緩慢加載1#循環(huán)粗氬泵至0.607 MPa，出口壓力突降，轉(zhuǎn)速保持在2 306.7 r/min。

06∶22 粗氬Ⅱ塔底部液位漲至3 068 mm（餾份進(jìn)料口2 500 mm），氬餾份流量突降至37 000 m3/h。同時(shí)，主冷液位下降。

06∶26 初步排查故障并進(jìn)行相關(guān)復(fù)位操作后，啟動(dòng)2#循環(huán)粗氬泵。此時(shí)，氬餾份混合氣進(jìn)料口已淹，主冷液位仍在下降，導(dǎo)致主冷換熱負(fù)荷出現(xiàn)嚴(yán)重惡化。

06∶35 因上塔壓力降低，產(chǎn)品氮?dú)馊〕隽拷档停? 臺(tái)氮透因吸入壓力過低聯(lián)鎖跳停。06∶42 下塔壓力升高，進(jìn)下塔原料空氣由70 651 m3/h 減至40 922 m3/h，空壓機(jī)防喘振閥動(dòng)作，并聯(lián)鎖空壓機(jī)、增壓機(jī)卸載，膨脹機(jī)跳停，液氧泵跳停，空分全系統(tǒng)聯(lián)鎖跳車。

2.2 事故原因分析

（1）外部電網(wǎng)波動(dòng)造成在線運(yùn)行2#循環(huán)粗氬泵變頻器直流母線過電壓故障跳泵，備用泵未及時(shí)正常運(yùn)行，造成空分全系統(tǒng)聯(lián)鎖跳車。

（2）因1#粗氬備用泵手動(dòng)加載過程中，進(jìn)出口液體管存在液體閃蒸現(xiàn)象，造成低溫液體泵氣蝕，未及時(shí)采取排放消除，直接導(dǎo)致粗氬塔工況紊亂，進(jìn)而破壞到主塔的穩(wěn)定。

（3）由于現(xiàn)場設(shè)備大面積跳電，故障排查以及后備系統(tǒng)手動(dòng)啟運(yùn)等因素，影響到循環(huán)粗氬泵的迅速啟運(yùn)時(shí)機(jī)。

2.3 改進(jìn)措施

2.3.1 對比分析

20 000 m3/h、30 000 m3/h 制氧機(jī)液體泵在DCS上只有出口壓力顯示，備用泵是否有氣蝕現(xiàn)象，主要以出口壓力是否波動(dòng)為依據(jù)。

40 000 m3/h 制氧機(jī)液體泵在DCS 上進(jìn)、出口壓力均有顯示，備用泵是否有氣蝕現(xiàn)象，通過進(jìn)、出口壓差為依據(jù)，保證壓差在6～8 kPa，并且每臺(tái)泵有進(jìn)、出口管排氣閥，通過定期排放，來消除泵氣蝕，保證液體泵自動(dòng)切換成功率100%。（如圖1中①的部分）

圖1 液體泵工藝流程和液體管排口圖

2.3.2 現(xiàn)場改造

通過對20 000 m3/h、30 000 m3/h 制氧機(jī)液體泵現(xiàn)場查看，現(xiàn)場均有進(jìn)、出口壓力引管。因壓力引管取口一般為管道上部，通過三通連接，增加一個(gè)可以對外排氣閥門，操作員每日定時(shí)對備用泵進(jìn)、出口管排氣，減少備用泵氣蝕的發(fā)生。

2.3.3 儀控改進(jìn)

經(jīng)3.26事故后，通過分析和調(diào)試，將30 000 m3/h氬循環(huán)泵控制邏輯修改為：當(dāng)主泵運(yùn)行跳停后，備用泵變頻器功率自動(dòng)由30%加載至68%；回流閥自動(dòng)由100%關(guān)至30%，并將2泵投入自動(dòng)切換運(yùn)行模式。在今后運(yùn)行中，繼續(xù)摸索、修正運(yùn)行參數(shù)的合理范圍。

3 保障液體泵有效備用的措施

內(nèi)壓縮流程空分設(shè)備中低溫液體泵為關(guān)鍵工藝設(shè)備，此類設(shè)備如維護(hù)操作不當(dāng)，極易發(fā)生保產(chǎn)或安全事故，保證備用泵運(yùn)行穩(wěn)定性尤為重要。就提高備用泵運(yùn)行穩(wěn)定有效性采用如下措施：

3.1 電氣儀控方面

（1）在每次備用或停機(jī)時(shí)，對電源線絕緣、變頻器等作相應(yīng)的安全檢查，對控制閥門及參數(shù)點(diǎn)位進(jìn)行校驗(yàn)。

（2）為保證電機(jī)軸承潤滑，連續(xù)高速運(yùn)行1 500 h后宜安排加油一次。所加油脂量要進(jìn)行控制，每次加油脂量為軸承油脂容納量的50%，如表1。

表1 低溫液體泵電機(jī)的容積油脂量

（3）低溫液體泵電機(jī)使用的潤滑油脂，保存期不宜超過三年。加油孔要清理干凈，并檢查加油孔頂珠靈活可動(dòng)，加油槍要排掉前端被氧化的油脂。加油脂宜安排在氣溫超過10 ℃的晴好天氣，以避免加油注管內(nèi)被凍油脂擠入軸承引起軸向力突變。

低溫液體泵電機(jī)加油應(yīng)在低速狀態(tài)下進(jìn)行。每臺(tái)泵體加油操作要分3 次以上，每次間隔5 min，禁止一次性快速擠入大量油脂，高壓油脂進(jìn)入將會(huì)對軸承產(chǎn)生軸向位移作用力，與低速惰轉(zhuǎn)產(chǎn)生的軸向力疊加后，會(huì)損傷軸承。

3.2 機(jī)械點(diǎn)檢方面

（1）每日應(yīng)對液體泵運(yùn)行狀態(tài)通過儀器及“五感”等手段，對泵的機(jī)械運(yùn)行狀況進(jìn)行跟蹤，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并解決。

（2）液體泵運(yùn)行周期均達(dá)到15 年左右，泵的軸承和密封器原件存在不同的老化和磨損，需要做好定期專業(yè)檢查及修復(fù)更換。

3.3 工藝操作方面

液體泵通常是2 臺(tái)同型號(hào)泵，運(yùn)行模式是一開一備狀態(tài)，要保障運(yùn)行穩(wěn)定性，對其進(jìn)行科學(xué)維護(hù)極為重要。

（1）為防止空分容器及管路中沉積的顆粒雜質(zhì)，進(jìn)入泵入口過濾器，引起堵塞或摩穿濾網(wǎng)，空分設(shè)備大修時(shí)應(yīng)安排檢查過濾器濾網(wǎng)是否完好。

（2）低溫液體泵初次投用，或大修后初次使用，需在拆除末端風(fēng)罩狀態(tài)下，對泵體預(yù)冷后進(jìn)行手動(dòng)盤轉(zhuǎn)，檢查確認(rèn)裝配間隙是否過小而造成轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活。如發(fā)現(xiàn)有異常，禁止強(qiáng)行啟運(yùn)低溫液體泵，以防意外事故發(fā)生。

（3）低溫液體泵啟運(yùn)前要預(yù)冷徹底，保證最低吸入壓頭，嚴(yán)禁在氣蝕狀態(tài)下強(qiáng)行運(yùn)轉(zhuǎn)泵體，否則氣蝕引起的振動(dòng)會(huì)對泵體密封產(chǎn)生致命傷害。

（4）低溫液體泵運(yùn)行后，要將密封氣壓力調(diào)至合適值。泵側(cè)密封壓力與密封迷宮密封壓差值控制+0.3～+0.8 kPa為最佳。

（5）杜絕加熱氣源閥門關(guān)閉不嚴(yán)竄氣，造成備用泵氣蝕的發(fā)生。

（6）定期切換液體泵，是檢查備用有效的重要手段之一，切換周期為2個(gè)月。

（7）制定2臺(tái)液體泵短時(shí)間內(nèi)無法同時(shí)運(yùn)行的預(yù)案，形成應(yīng)急操作方法:

①及時(shí)將惰轉(zhuǎn)泵變頻調(diào)節(jié)和回流閥手動(dòng)調(diào)整至正常運(yùn)行開度，若泵切換后發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，立即開大回流閥，及時(shí)打開吹除閥排氣消除，再重新加載到正常工作狀態(tài)；

②停運(yùn)故障泵，迅速查找原因，及時(shí)消除并恢復(fù)；

③當(dāng)2 臺(tái)泵短時(shí)間無法正常投運(yùn)，粗氬二塔底部液位接近2 900 mm，則將氬系統(tǒng)退出運(yùn)行，及時(shí)調(diào)整關(guān)閉液空V701 閥，緩慢開啟污氮V2 閥5%～8%，全開粗氬放空閥，關(guān)閉氬系統(tǒng)閥并停止向儲(chǔ)槽送液；

④密切關(guān)注主冷液位、氧氣和氮?dú)饧兌茸兓?，按純度調(diào)整步驟進(jìn)行。

4 總結(jié)

通過以上案例以及低溫液體泵運(yùn)行、維護(hù)情況的分析，發(fā)現(xiàn)要保障制氧機(jī)長周期運(yùn)行，保證內(nèi)置液體泵的有效備用是重點(diǎn)之一。通過精密點(diǎn)檢，高效維護(hù)，持續(xù)改進(jìn)，可以延長低溫液體泵運(yùn)行周期。