大型制氧機(jī)建設(shè)與運(yùn)行

新鋼集團(tuán)氣體廠摘要

本文介紹新鋼氣體廠五套空分設(shè)備建設(shè)和運(yùn)行中存在問題及應(yīng)對(duì)措施，以供同行共享。所涉及的內(nèi)容主要有空壓機(jī)運(yùn)行與維護(hù)、空氣過濾器運(yùn)行中問題與選型、英格索蘭氮壓機(jī)氣體冷卻后溫度偏高問題與處理、氧透進(jìn)口過濾器沖破事故的分析及教訓(xùn)等。1、工程設(shè)計(jì)2×25000Nm3/h制氧機(jī)存在如下問題：*配電室及主廠房內(nèi)電纜溝內(nèi)截面過小，電纜布置過多，電纜溫度偏高，電纜表面溫度高達(dá)75℃；*主廠房內(nèi)通風(fēng)換氣次數(shù)不足，夏季室內(nèi)溫度達(dá)45℃，主要未考慮三臺(tái)中壓氮壓機(jī)和一臺(tái)循環(huán)氮壓機(jī)因電機(jī)排風(fēng)的熱量。*主廠房內(nèi)中壓氮壓機(jī)和循環(huán)氮壓機(jī)進(jìn)出口管道布置不合理，不得不廠房內(nèi)設(shè)置許多管架，使主廠房的空間較擁擠，檢修空間較?。?、工程設(shè)計(jì)*中控室與主廠房僅靠24墻間開，中控室的噪聲偏高。DCS柜電纜的進(jìn)出口端未封堵，2009年發(fā)生了因老鼠進(jìn)入DCS柜中，電器短路，導(dǎo)致空壓機(jī)停機(jī)事故。1、工程設(shè)計(jì)*由于總圖紅線內(nèi)地形的限制，總圖布置不合理；配電室、主廠房、膨脹機(jī)室、空分塔、液體貯存應(yīng)急系統(tǒng)應(yīng)布置同一軸線上更為合理。1、工程設(shè)計(jì)24000Nm3/h制氧機(jī)存在如下問題：*循環(huán)冷卻塔與空壓機(jī)空氣過濾器的距離布置太近，而且是下風(fēng)向，使空氣過濾器長期吸入濕度偏高的空氣，濾筒使周期短。1、工程設(shè)計(jì)*充瓶區(qū)布置在區(qū)最里邊，運(yùn)行氣瓶車輛較多并經(jīng)過主生產(chǎn)區(qū)，帶來交通安全隱患。*空壓機(jī)放空閥組布置在排氣管的下方，而且處于最低處，壓縮空氣中的水被冷凝，放空閥處長期積水，經(jīng)常因銹蝕或被垃圾卡死，多次放空閥不能打開。2、空氣過濾器的選型與運(yùn)行空氣中含有大量的塵埃，空氣透平壓縮機(jī)長期的運(yùn)行中，若空氣中粉塵隨空氣進(jìn)入，將造成空壓機(jī)的葉輪和葉片等部件的磨損、結(jié)垢、腐蝕，這樣會(huì)縮短機(jī)器的使用壽命、降低運(yùn)行效率，所以必須在空氣進(jìn)入機(jī)器前設(shè)置空氣過濾器，清除空氣中的粉塵。過濾精度和過濾阻力是衡量空氣過濾兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，若過濾精度差，空氣中灰塵粘結(jié)于空壓機(jī)葉輪表面（由于空氣經(jīng)壓縮后相對(duì)顯度高，再加上溫度高，在葉輪上會(huì)產(chǎn)生結(jié)垢），必將影響空壓機(jī)的運(yùn)行壽命：2、空氣過濾器的選型與運(yùn)行（1）粘結(jié)空壓機(jī)擴(kuò)壓器等處，降低空壓機(jī)的效率；（2）影響葉輪工作效率，嚴(yán)重時(shí)，破壞轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡；（3）粘結(jié)在冷卻器的翅片，使冷卻效率下降，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致空壓機(jī)喘振?？辗衷峡諌簷C(jī)使用的空氣過濾器從其結(jié)形式上分類，大體上有：干帶式過濾器、袋式過濾器、自潔式過濾器。2、空氣過濾器的選型與運(yùn)行自潔式過濾器是目前空分設(shè)備最普遍選用的過濾器。2、空氣過濾器的選型與運(yùn)行新鋼氣體公司有18000m3/h、24000m3/h各一套，分別是2003年和2005年投產(chǎn)，二套25000m3/h制氧于2009年投產(chǎn)，空壓機(jī)進(jìn)口過濾器均為自潔式過濾器，經(jīng)過多年的使用，過濾器存在許多問題，有選型制造、使用維護(hù)、過濾器元件等問題，主要問題有：*濾筒的使用周期短，18000m3/h空氣過濾器使用過程中都存在濾筒使周期短的原因，使用到7~8個(gè)月，過濾器的阻力由于300Pa上升到報(bào)警值1200Pa，2、空氣過濾器的選型與運(yùn)行2#25000m3/h制氧空氣過濾器使用周期為10個(gè)月左右，存在上述問題原因一般有：①濾筒的過濾精度過高；②空氣濕度過大，過濾空氣濕度過大，其灰塵將粘在過濾筒濾紙上，并粘結(jié)在一起成塊；③濾筒的材質(zhì)耐濕性差；④反吹系統(tǒng)的效果差。2、空氣過濾器的選型與運(yùn)行*運(yùn)行時(shí)的噪聲偏大。24000m3/h制氧空壓機(jī)空氣過濾器一投產(chǎn)就存在噪聲偏大的問題，運(yùn)行時(shí)過濾器出風(fēng)口處的噪聲為92.8dB（A）,對(duì)于空氣過濾器來說，機(jī)器噪聲通過管道傳遞及氣流經(jīng)過過濾器時(shí)流速過大是產(chǎn)生噪聲主要原因。經(jīng)分析是由于空氣過濾器集風(fēng)管截面積過小，使空氣流速過大所致。*空氣過濾效果差。每臺(tái)空壓機(jī)配有葉輪在線水沖洗系統(tǒng)，原來每15天沖洗一次，沖洗水有明顯的污濁。調(diào)整為每周沖一次，不理想。更換濾筒后，上述問題基本解決。2、空氣過濾器的選型與運(yùn)行2008年新建2×25000m3/h制氧機(jī)時(shí)，根據(jù)18000m3/h和24000m3/h制氧機(jī)使用存在的問題，進(jìn)行認(rèn)真分析，在2×25000m3/h制氧機(jī)選型過程中作了改進(jìn)，主要有：（1）使用木漿聚酯混合纖維濾紙的濾筒；（2）濾筒高度由一般的900mm縮短為700mm，滿足了氣體反吹的有效高度；2、空氣過濾器的選型與運(yùn)行（3）采用1.5英寸（原來為1英寸）的脈沖式電磁閥，大大增加了反沖氣流量；（4）反沖單元由原來一吹五改成一吹三，即一個(gè)電磁閥管三個(gè)濾筒；（5）程序控制器可調(diào)節(jié)電磁閥的打開時(shí)間，當(dāng)反吹氣量不足時(shí)，也可以延長電磁閥打開時(shí)間來解決；2、空氣過濾器的選型與運(yùn)行（7）反吹氣體管路設(shè)置管道過濾器，防止管道中垃圾帶入過濾器中造成污染；（8）原來過濾器的反吹氣源采用空分的儀表空氣，氣源壓力為0.45~0.50MPa左右,改用中壓氮?dú)鉁p壓到0.60~0.70MPa進(jìn)行反吹；（9）凈氣室采用不銹鋼板作內(nèi)襯，防止進(jìn)空壓機(jī)的空氣被二次污染。3、空壓機(jī)選型及維護(hù)大型空分的原料空壓機(jī)作為空分重要部機(jī)，其性能否達(dá)到高效、穩(wěn)定的運(yùn)行，直接關(guān)系到空分裝置正常生產(chǎn)。因此，空氣透平壓縮機(jī)選擇原則是在

滿足長期穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，盡量使用效率高、調(diào)節(jié)性能好的設(shè)備。目前空分空壓機(jī)主要型式有多軸齒輪式多級(jí)離心壓縮機(jī)和單軸多級(jí)離心式壓縮機(jī)。

3、空壓機(jī)選型及維護(hù)

3.1兩種機(jī)不同特點(diǎn)多軸齒輪壓縮機(jī)3、空壓機(jī)選型及維護(hù)單軸等溫壓縮機(jī)3、空壓機(jī)選型與維護(hù)

多軸葉輪與轉(zhuǎn)速的良好匹配且單級(jí)壓縮比可以比較高一根小軸上最多帶兩個(gè)葉輪，軸向長度短，有利于機(jī)器布置及轉(zhuǎn)子、臨界轉(zhuǎn)速的提高。另外小軸上的兩個(gè)葉輪屬背靠背形式，轉(zhuǎn)子的軸向力能部分抵消。單軸主軸上安裝了四只同方向的各級(jí)葉輪，每級(jí)葉輪的轉(zhuǎn)速相同；前段葉輪的線速度高，后面段線速度低，因而導(dǎo)致每級(jí)壓縮比要小一些。單軸壓縮機(jī)各級(jí)葉輪均朝一個(gè)方向，各葉輪的軸向力互相疊加，軸向力很大，只能靠加平衡盤來平衡軸向力，且對(duì)止推軸承要求很高3、空壓機(jī)選型與維護(hù)多軸葉輪與主軸的聯(lián)接，采用端面齒（HIRTH）聯(lián)接，這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是緊固力大，葉輪可拆卸，對(duì)齒輪的加工精度要求非常高單軸采用熱套，屬不可拆卸結(jié)構(gòu)，對(duì)今后的轉(zhuǎn)子維修很不利對(duì)齒輪的加工精度要求高3、空壓機(jī)選型與維護(hù)3.2空壓機(jī)常故障振動(dòng)值偏高轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡：轉(zhuǎn)軸有永久的變形；葉片被不均勻磨損或腐蝕、損壞；轉(zhuǎn)子上的零件松動(dòng)，轉(zhuǎn)子本身不平衡。3、空壓機(jī)選型與維護(hù)機(jī)組中心不正：聯(lián)軸器本身缺陷；安裝找中心時(shí)，轉(zhuǎn)子中心沒調(diào)整好；以致產(chǎn)生中心不正共振。緊固件有松動(dòng)：軸承座與基礎(chǔ)臺(tái)板貼合不緊；基礎(chǔ)和基礎(chǔ)臺(tái)板的貼合不緊。轉(zhuǎn)動(dòng)部分與靜止部分的摩擦：葉輪與擴(kuò)壓器摩擦，輪蓋與密封的摩擦；軸封間隙過小。潤滑系統(tǒng)不正常：潤滑油供給不足，造成油膜不穩(wěn)或破壞；軸瓦間隙太大，使油膜建立不起來；油品不好，含雜質(zhì)或水，或有皂化、乳化等。18000空壓機(jī)運(yùn)行七年后，檢查軸瓦3、空壓機(jī)選型與維護(hù)排氣量下降電壓不足或電網(wǎng)頻率低;進(jìn)氣溫度高;進(jìn)氣壓力的影響;海拔為2260m，比海海拔為60m，空氣量下降近30%RIK80COOPER3MSGEP-25/15RIK90

11000m3/h91000Nm3/h

128000Nm3/h102000m3/h80000Nm3/h

108000Nm3/h3、空壓機(jī)選型與維護(hù)冷卻水溫、冷卻水量及中間冷卻器效率對(duì)空氣量的影響；當(dāng)冷卻水溫度升高15℃時(shí)，相當(dāng)于空氣量下降4.2%;冷卻器水側(cè)結(jié)垢或氣側(cè)損壞;密封間隙大；葉輪結(jié)垢、結(jié)灰，降低了葉輪的工作效率。3、空壓機(jī)選型與維護(hù)

某鋼廠氣體公司運(yùn)行不到五年的RIK80空壓機(jī)冷卻器情況3、空壓機(jī)選型與維護(hù)RIK90空壓機(jī)運(yùn)行五年左右冷卻器情況3、空壓機(jī)選型與維護(hù)RIK90運(yùn)行五年左右的氣封情況3、空壓機(jī)選型與維護(hù)18000制氧COOPER空壓運(yùn)行七年葉輪情況3、空壓機(jī)選型與維護(hù)空壓機(jī)的喘振吸入端阻力過大。如導(dǎo)葉開度過小，過濾器阻力過大?？諌簷C(jī)排氣管路有堵塞。空壓機(jī)內(nèi)部流道不暢通。如新鋼6000空分空壓機(jī)增風(fēng)改造，只改一級(jí)葉輪；濟(jì)鋼RIK80更換冷卻器后（增加卻器換熱面積，把冷卻管加粗，使用冷卻器流通面積減小，阻力增大），當(dāng)導(dǎo)葉開大到一定開度出現(xiàn)喘振。喘振控制不完善。如放風(fēng)線離喘振線過近。3、空壓機(jī)選型與維護(hù)3.3空壓機(jī)的維護(hù)空壓能運(yùn)行周期與機(jī)型、日常的維護(hù)以及安裝、定修的質(zhì)量有著密切的關(guān)系。多軸機(jī)型的空壓機(jī)對(duì)動(dòng)平衡要求高，若是開式葉輪（美國COOPER公司MSG機(jī)型）對(duì)進(jìn)口空氣要求高度的潔凈，特別運(yùn)行中因機(jī)殼、機(jī)間管內(nèi)壁腐蝕脫落的鐵銹，可致葉輪破損，如國內(nèi)出現(xiàn)了多例此類型事故。單軸機(jī)型空壓機(jī)一般采用閉葉輪，轉(zhuǎn)速較低，運(yùn)行要平穩(wěn)，尤其是等溫型壓縮機(jī)，其運(yùn)行效率比多軸型要高，但氣封的易磨損，輪蓋密封磨損后會(huì)造成同級(jí)的氣流短路，而軸封的磨損會(huì)導(dǎo)致級(jí)間的氣流短路，這些問題都會(huì)致空壓機(jī)的效率下降。潤滑油，潤滑油應(yīng)定期檢測，一般一年做一次鐵譜分析，一季做一次常規(guī)檢測，不合格堅(jiān)決給更換，普通潤滑油使用周期一般為一年半到二年要更換；油溫應(yīng)控制在45℃左右，新鋼18000Nm3/h空壓機(jī)這次檢修中發(fā)現(xiàn)軸瓦結(jié)碳厲害，原因是運(yùn)行中油溫偏高，常年處在在56℃（顯示為51℃，測溫探頭誤差偏低5℃）。3、空壓機(jī)選型與維護(hù)

冷卻出氣側(cè)冷凝水的排放要暢通，冷凝水的排放極其重要，冷凝水的積蓄，不僅影效率，而且，易造成轉(zhuǎn)子結(jié)垢、積灰、流道和冷卻器翅片的腐蝕，尤其是靠煉鋼和冶煉廠近的，因大氣中含有SO2、H2S等酸性氣體，極易腐蝕流道和冷卻器翅片?？諌簷C(jī)啟動(dòng)過程是對(duì)空壓機(jī)軸承的一次沖擊，盡量減少停開機(jī)次數(shù)。空機(jī)運(yùn)行3～４年應(yīng)做一次揭蓋檢查，重點(diǎn)檢查冷卻器、軸承、氣封、葉輪（清洗）。4、英格索蘭氮壓機(jī)氣體冷卻后溫度偏高4.1氮壓機(jī)基本情況

機(jī)型排氣量（Nm3/h）排氣壓力（bar）臺(tái)數(shù)投產(chǎn)時(shí)間5C150MX5N2241002552004年投產(chǎn)一臺(tái)，2009年投產(chǎn)三臺(tái)，在建一臺(tái)3C70MX5N2110002512003年4、英格索蘭氮壓機(jī)氣體冷卻后溫度偏高最大的問題是冷卻器極易結(jié)垢造成冷卻器排氣溫度超過聯(lián)鎖值，2004年投產(chǎn)的一臺(tái)，從投產(chǎn)到2007年之間，前先后經(jīng)過七次解體，對(duì)冷卻器抽心用第奧克斯98酸洗劑進(jìn)行浸泡，也就是說，每5～6個(gè)月,對(duì)冷卻器抽心清洗一次。4、英格索蘭氮壓機(jī)氣體冷卻后溫度偏高4.2冷卻器的特點(diǎn)X

冷卻器為內(nèi)置在機(jī)殼中,外形尺寸上受限制,使換熱之間距離小;X換熱管內(nèi)翅片的結(jié)構(gòu)型式,水走殼程,氣走管程;X水、氣的行程都短；4、英格索蘭氮壓機(jī)氣體冷卻后溫度偏高X對(duì)水質(zhì)要求苛刻

水垢是由于水中原有的Ca（HCO3）2及Mg（HCO3）2遇熱分解而生成的，又由于CaCO3和MgCO3較為特殊，溫度越高在水中的溶解度卻越小，從而導(dǎo)致其在溫度落差較大處（即換熱器及周邊管道）以沉淀的形式析出。而英格索蘭氮壓機(jī)對(duì)水質(zhì)有較苛刻的要求，要求冷卻水總硬度須小于100mg/L（以CaCO3計(jì)），PH值在6.0～8.5之間，懸浮物顆粒不得超過50mg/L，朗格利爾指數(shù)在+0.5～+1.0之間，4、英格索蘭氮壓機(jī)氣體冷卻后溫度偏高4.3應(yīng)對(duì)措施藥劑水處理藥劑水處理分為阻垢、緩蝕、殺菌滅藻三種方法，通常三種方法組合使用，不僅阻止冷卻器結(jié)垢，以防止水冷系統(tǒng)設(shè)備管道腐蝕。阻垢緩蝕劑改用一種耐高溫，抗氧化性，不易分解等特點(diǎn)的產(chǎn)品。ZT-305A（適合180℃以下）改用ZT-305C（在1000℃以下時(shí)不會(huì)分解，穩(wěn)定非常好）。4、英格索蘭氮壓機(jī)氣體冷卻后溫度偏高

保持適當(dāng)?shù)淖韫妇徫g劑，2×25000Nm3/h制氧工程配套三臺(tái)氮壓機(jī)，于2009年投產(chǎn)，2011年初出現(xiàn)冷卻器溫差偏高問題，通過提高冷水量和降低水中PH值等措施，并未得到有效控制。,根據(jù)同行業(yè)經(jīng)驗(yàn),總堿度200-300mg/L之間總磷應(yīng)為2-3mg/L,通過增加阻垢緩蝕劑劑量的措施，冷卻器溫差增大的趨勢得到了控制，并逐漸下降。4、英格索蘭氮壓機(jī)氣體冷卻后溫度偏高3月和9月三臺(tái)氮壓機(jī)最高溫差比較時(shí)間2#機(jī)四級(jí)3#機(jī)四級(jí)1#機(jī)一級(jí)措施前（3月）17.3℃16.4℃13.5℃措施后（9月）8.9℃7.4℃6.8℃4、英格索蘭氮壓機(jī)氣體冷卻后溫度偏高x降低循環(huán)冷卻水溫

24000m3/h空分循環(huán)冷卻水系統(tǒng)使用兩臺(tái)噴霧冷卻塔，處理水量3000t/h，夏季運(yùn)行時(shí)給水溫度達(dá)36.5℃。對(duì)兩臺(tái)噴霧冷卻塔進(jìn)行改造：①兩臺(tái)冷卻塔各加裝一臺(tái)190000m3/h風(fēng)量的冷卻風(fēng)機(jī)；②塔內(nèi)增加厚1000mm的聚丙烯波紋填料。通過改造，夏季給水溫度保持在32℃以下。

地因此,在2×25000Nm3/h制氧工程中,冷卻塔選型時(shí)，處理水量定為用水量的1.5倍。4、英格索蘭氮壓機(jī)氣體冷卻后溫度偏高改善冷卻器的傳熱效果

改善冷卻器的傳熱效果，有效降低冷卻管水側(cè)的溫度，2007年6月，三、四級(jí)全部更換更高效冷卻器（由國內(nèi)廠商制造，這種冷卻器采用了高效換熱管，有效換熱面積增加了20%以上）至今，運(yùn)行四年多,排氣溫度與給水溫差仍在3℃~4℃左右。5、氧透事故及故障5、氧透事故及故障事故一：誤操作噴氮閥門引起過濾器濾網(wǎng)破損

2008年4月15日，因高壓倒電，要將18000m3/h制氧機(jī)的氧氣通過低壓氧聯(lián)通管倒入24000m3/h制氧機(jī)的氧透壓縮。在導(dǎo)氣過程中，操作人員發(fā)現(xiàn)因抽氣過快導(dǎo)致18000m3/h制氧機(jī)氧透的進(jìn)口壓力迅速下降，有可能形成負(fù)壓。操作人員希望通過打開氮?dú)庠囓嚵髀返恼{(diào)壓閥PIC8116和PCV1301（直徑為25mm）氮?dú)鈦硌a(bǔ)充氧透的進(jìn)口壓力。由于操作的失誤，錯(cuò)把噴氮閥FCV1301（直徑為200mm）打開，瞬間大量0.5MPa的氮?dú)馔ㄟ^進(jìn)口過濾器進(jìn)入氧透本體。氧透停機(jī)后檢查發(fā)現(xiàn)進(jìn)口過濾器的過濾網(wǎng)一塊約Φ200mm被撕裂，膨脹節(jié)也出現(xiàn)了變形錯(cuò)位。5、氧透事故及故障事故二：出口止回閥故障引起高壓氧氣倒回致使進(jìn)口過濾器沖壞手動(dòng)停機(jī)做法是：先慢慢打開回流閥，并降壓（分級(jí)逐步往下設(shè)定），等壓力基本卸完,再關(guān)送氧閥，然后全開放空閥，最后停電機(jī)，一直以來,沒有出現(xiàn)任何問題，但2010年2月4日，18000m3/h制氧機(jī)的氧透準(zhǔn)備停機(jī)，打開中壓回流閥HCV1300和高壓回流閥FCV1303時(shí)，機(jī)組壓力無法卸掉，而且空分的氧氣產(chǎn)量急劇下降，5、氧透事故及故障操作人員在機(jī)組壓力沒有卸完的情況下立即將氧透停下來，且立即將氧氣入口閥FCV1300關(guān)閉，此時(shí)樓下過濾器處出現(xiàn)轟轟的氣流響聲，氧透一層一片灰蒙蒙的，強(qiáng)烈的氣流將地上的灰塵吹起，當(dāng)時(shí)情況危險(xiǎn)，由于泄漏的是氧氣，一旦有個(gè)火源后果不堪設(shè)想。當(dāng)時(shí)操作室人員初步判斷可能是高壓氧氣倒流，立即關(guān)閉了出口送氧閥Hcv1302，打開了放空閥，此時(shí)氣流聲才噶然而止，事后檢查發(fā)現(xiàn)進(jìn)口過濾器頂部壓蓋法墊沖破，過濾網(wǎng)撕裂，各級(jí)進(jìn)口膨脹節(jié)嚴(yán)重變形，檢查氧透出口止回閥（翻板式）發(fā)現(xiàn)翻板孔與軸間