霧化空氣壓縮機故障處理與更新改造

李羅真， 孫豐澤

(海洋石油富島有限公司， 海南東方 572600)

中海石油化學股份有限公司海南富島化肥一期尿素裝置，采用意大利斯納姆公司的氨汽提尿素生產(chǎn)工藝以及海德魯流化床大顆粒尿素生產(chǎn)工藝，設計產(chǎn)能為1765 t/d，主要生產(chǎn)粒徑為2.0～4.8 mm的大顆粒尿素。該裝置自1996年10月投產(chǎn)以來已連續(xù)運行近26a，其間霧化空氣壓縮機(K-151)多次出現(xiàn)故障。分析其產(chǎn)生的原因，并提出改進措施和操作優(yōu)化，保證設備的安全穩(wěn)定運行。

1 霧化空氣壓縮機工藝流程

環(huán)境空氣經(jīng)過霧化空氣過濾器濾網(wǎng)后，進入霧化空氣壓縮機，空氣被壓縮后進入霧化空氣加熱器加熱至129～135 ℃，送入每一組霧化空氣噴嘴，使尿液霧化形成極細霧點噴涂到晶種表面。經(jīng)過一定的造粒時間，晶種長大到規(guī)定尺寸[1]。霧化空氣加熱器為翅片管式換熱器，材質(zhì)為碳鋼，殼側走的是空氣，管程走的是蒸汽。正常生產(chǎn)中，采用壓力為2.15 MPa的中壓飽和蒸汽對霧化空氣風機提壓的空氣進行加熱，蒸汽冷凝液通過中壓冷凝液管線回收到蒸汽冷凝液儲槽。霧化空氣壓縮機若發(fā)生故障，直接影響尿液霧化效果，導致尿素結塊，粉塵量增大，水含量升高，造粒系統(tǒng)工況惡化。霧化空氣壓縮機工藝流程示意見圖1。

圖1 霧化空氣壓縮機工藝流程圖

2 故障分析及處理

2.1 霧化空氣壓縮機進口葉片損壞

2007年6月18日23:54，霧化空氣壓縮機振動值上漲，現(xiàn)場確認風機聲音異常，主控指令現(xiàn)場手動停運霧化空氣風機；23:58時，現(xiàn)場手動停霧化空氣風機。經(jīng)停車后解體檢修，確認進口風門葉片斷裂，導致葉輪葉片端部磨損約12 mm，設備被迫解體大修[2]。分析原因如下：

(1) 葉片焊接處應力大，霧化空氣壓縮機進口導葉組件由11套導向葉片圓周均勻分布構成。單片葉片設計成倒扇形，在轉軸中心位置沿軸向開有豎槽，葉片插入豎槽中，采用焊接方式進行連接。轉軸通過連桿鎖緊螺栓固定在風機進口執(zhí)行機構上，導致葉片單面承受風力載荷。從力學角度看為懸臂梁受力，葉片焊接處應力較大。

(2) 葉片和轉軸的材質(zhì)為304不銹鋼，強度較差。

(3) 本裝置處于海洋性氣候地區(qū)，空氣中富含的氯離子對不銹鋼的鈍化膜有較強腐蝕作用。

(4) 本次事故發(fā)生前，霧化空氣壓縮機在風門關閉的狀態(tài)下運行了較長時間，加大了葉片單方面受力。

處理措施：

(1) 把葉片和轉軸的材質(zhì)更換成2Cr13，提高其抗疲勞強度。

(2) 葉片豎槽直邊處加工倒圓角，減少葉片受到的應力。

(3) 風機啟動后，電機電流恢復正常，風門要及時脫離小閥位狀態(tài)，盡量將風門調(diào)整至正常生產(chǎn)位置。嚴禁在風機啟動后長時間關閉風門。

(4) 風機在啟動過程中，主控要聯(lián)系現(xiàn)場崗位確認風機振動情況。

(5) 改造霧化風機防喘振系統(tǒng)控制方式，在造粒機保料運行、排料、返料等情況下，通過手動打開出口放空閥方式控制出口壓力，同時保證入口風門保持一定開度。

經(jīng)過以上措施后，霧化空氣壓縮機進口導葉運行良好。

2.2 霧化空氣加熱器結垢變形

2017年12月，工藝人員發(fā)現(xiàn)霧化空氣換熱器蒸汽控制閥在自控狀態(tài)下逐漸開大。特別是環(huán)境溫度低時，即使蒸汽控制閥在全開狀態(tài)下，仍然不能滿足工藝需求。為了使霧化空氣溫度達到129～135 ℃，工藝人員采取了在蒸汽控制閥全開的情況下，同時開蒸汽控制閥副線閥來調(diào)節(jié)溫度，可以滿足生產(chǎn)需要。1個月后，全開蒸汽主線和副線閥，霧化空氣溫度在白天氣溫升高時可以達標；到晚上環(huán)境溫度下降時，必須開蒸汽冷凝液疏水器副線來提高溫度，導致蒸汽直接進入中壓冷凝液管線中，造成管線帶動蒸汽冷凝液儲槽一起晃動，為裝置安全運行埋下較大隱患。

2018年3月，尿素裝置計劃停車檢修，安排對霧化空氣加熱器檢修。將霧化空氣加熱器吊到地面后，檢查發(fā)現(xiàn)換熱管存在大量結垢現(xiàn)象(見圖2)，導致?lián)Q熱效率嚴重下降，無法滿足工藝需求[3]。分析原因如下：

圖2 霧化空氣加熱器換熱管結垢

(1) 霧化空氣進口濾網(wǎng)破損，空氣中粉塵進入風道中，導致加熱器表面翅片結垢。

(2) 風機進出口管線及進口消音器、過濾器固定殼體材質(zhì)都是碳鋼。由于使用年限過久，表面防腐層脫落后生銹，部分鐵銹脫落后附著在加熱器翅片上。

(3) 該加熱器位于距地面10 m高的位置，沒有觀察孔，日常檢查維護不方便。大修期間用水射流對加熱器進行清洗，清洗不徹底。隨著設備運行時間延長，加熱器結垢情況越來越嚴重，最終導致霧化空氣溫度難以達標。

處理措施：

(1) 將設備吊到地面，先用水射流清洗翅片表面附著物。

(2) 把加熱器放到上方敞口的儲槽內(nèi)，加入公用水和高級空調(diào)設備翅片洗滌劑，浸泡1 h左右，將洗滌液排放到清污分流系統(tǒng)內(nèi)，避免污染環(huán)境，最后用清水將加熱器沖洗干凈。

(3) 加強日常維護，發(fā)現(xiàn)進口濾網(wǎng)故障后及時更換。

(4) 采購新備件，將風機進口消音器、過濾器固定殼體的材質(zhì)更換成不銹鋼。

(5) 更換風機進口空氣過濾器，采用精密度更高的空氣過濾器，進一步減少進入風機的空氣粉塵量。

2018年4月，尿素裝置恢復正常生產(chǎn)，霧化空氣加熱器蒸汽調(diào)節(jié)閥恢復到正常閥位，霧化空氣溫度達標。

2.3 霧化空氣壓縮機油冷器換熱效果差

霧化空氣壓縮機潤滑油系統(tǒng)由油箱、主輔油泵、油冷卻器、油過濾器等組成。其流程為：油箱→油泵(P155/P156)→油冷器→油過濾器→進入各潤滑點。潤滑油系統(tǒng)流程見圖3。

T-155—油箱； P-155—主油泵； P-156—輔油泵； E-154A/B—油冷器； S-154A/B—油過濾器； L-150—造粒機； K-151—霧化空氣壓縮機。

正常情況下，工藝人員控制霧化空氣壓縮機潤滑油溫度為45 ℃。2019年后，潤滑油溫度逐漸超出正?？刂品秶?，最高達到69 ℃，導致霧化空氣壓縮機止推軸承溫度最高達到79 ℃。當止推軸承溫度為110 ℃時，K151聯(lián)鎖跳車。

原因分析：

(1) 裝置停車檢修時，對油冷器(E-154A/B)解體時發(fā)現(xiàn)，列管結垢銹蝕嚴重(見圖4)，導致?lián)Q熱效率嚴重下降，無法滿足工藝需求[4]。

圖4 油冷器換熱管結垢銹蝕

(2) K151油冷器循環(huán)水側處于裝置末端，油冷器冷卻水進出口壓差小，冷卻水流速慢，換熱效率低。

(3) 雖然大修期間用水射流對油冷器進行清洗，但清洗效果不佳，隨著設備運行時間的延長，加熱器結垢情況越來越嚴重。

處理措施：

(1) 當霧化空氣壓縮機止推軸承溫度達到78 ℃時，工藝人員對油冷器循環(huán)水側采用正沖或反沖的方式，加快循環(huán)水流速，提高換熱效率。溫度下降5 ℃時，停止正沖或反沖作業(yè)。

(2) 對油冷器循環(huán)水側進行改造，從循環(huán)水回水總管接一根管線引至附近污水井，當潤滑油溫度高時，采用連續(xù)排放循環(huán)水的方式，提高換熱效率，降低潤滑油溫度。

(3) 加快推進油冷器更新?lián)Q代速度，采購新?lián)Q熱器。

通過以上措施，霧化空氣壓縮機潤滑油溫度處于可控范圍。

3 其它改造

為了進一步保證霧化空氣壓縮機安全穩(wěn)定運行，工藝人員還進行以下改造。

(1) 對電機溫度聯(lián)鎖進行改造，繞組溫度聯(lián)鎖從3選1變成3選2，前后軸溫度從單點聯(lián)鎖變成2選2，避免溫度誤報造成霧化空氣壓縮機跳車。

(2) 對開停方式進行聯(lián)鎖更改，設定為霧化空氣壓縮機停運時出口放空閥自動全開。出口放空閥開度在95%以上時，霧化空氣壓縮機才具備允許啟動條件。

(3) 針對溫度探頭端子容易銹蝕導致誤報情況，將金屬端子更換成陶瓷端子，進一步保證溫度的可控性。

(4) 對霧化空氣壓縮機防護頂棚進行改造，增強防水功能，避免雨水進入潤滑油系統(tǒng)損壞儀表附件；同時將霧化空氣壓縮機開關按鈕移至空曠區(qū)域，方便工藝人員操作。

4 改造效果

經(jīng)過以上相關改造，目前霧化空氣壓縮機運行良好，有效保證了造粒裝置安全穩(wěn)定運行。

5 結語

對霧化空氣壓縮機故障的原因進行分析，并對其進行更新改造。一系列措施對維護好霧化空氣壓縮機有一定的指導意義，進一步保證了裝置的安全穩(wěn)定運行。