空分停车事故分析总结 -

空分停车事故分析总结

【摘要】本文结合空分装置试车及投运生产实践，对停车事故原因进行了详细分析研究，并介绍了相应的处理措施。

【关键词】停车统计原因分析采取措施

本空分装置设计能力为制氧量40000Nm3/h，该装置是日产1000t合成氨装置的配套工程。生产的氧气和氮气作为原料送给合成氨装置,此外还生产少量的液氧和液氮产品。主要技术特点如下：①采用共轴压缩机，其运行可靠，能耗低；②采用多层卧式分子筛吸附器，净化除去H2O、CO2和C n H m等杂质；③采用高压空气膨胀，透平膨胀机的冷量调节采用进口可调喷嘴调节，用膨胀增压机回收膨胀输出功，提高了经济循环性；④采用液体泵加压输送产品的内压缩流程，提高了运行安全性；⑤采用DCS控制，自动化程度高。

该装置于2000年11月首次裸冷试车，消缺后2001年元月份开始正式试车，7月26日~ 7月29日通过性能考核。2002年9月由于合成氨装置停车而停运；随着气化原料改造工程的完工，2005年11月底空分重新投运。本文将结合装置试车投运以来的生产实践，对装置停车事故原因进行分析总结。

1．装置投运以来停车原因及分类

从装置长期运行情况来看，空分装置跳车一般有工艺、外部、机电仪及大气环境等影响因素。其中工艺原因包括：工况调整、误操作、工艺指标的控制、停车处理等；外部原因包括：水、电、汽等公用工程，及上下游工序的联系；机电仪包括设备、阀门、仪表等；大气环境主要有二氧化碳等其它杂质。具体停车原因及分类见表1。

2．试车期间的停车情况

根据上述表格统计2000年11月装置试车投运至2002年9月停运期间，因工艺、外部、设备阀门、仪表、电气等原因引起装置停车次数占总停车次数的百分比分别为：32.1%、10.7%、21.4%、21.4%和10.7%；从统计数据可以看出试车期间工艺原因对装置停车的影响较大，因此岗位操作人员、技术人员及其它参与试车人员必须经过严格培训；对工艺操作十分熟悉，掌握空分装置操作要领，不断提高操作技能，是空分长周期稳定运行的可靠保证。机、电、仪的可靠性和完备性是确保系统稳定生产的关键因素之一；外部公用工程提供的稳定条件和上下游工序间的联系协调性在生产中也不容忽视。

从表1中可以看出，试车期间有多次跳车的过程中伴随着设备事故的发生和问题的出现。这主要是由于新装置必然存在设计缺陷、仪表逻辑控制不完善、施工质量不过关、阀门选型不当等因素造成的；另外，工艺操作人员对装置性能特点还未完全熟悉了解。这些事故在空分装置运行过程中具有一定的典型性，很有必要对这些停车事故进行详细分析总结，作为以后生产运行的借鉴。

2．1氨冷器冰堵

试车初期曾出现氨冷器氨侧压力降到120kPa(G)左右，水侧流量无指示。经分析氨冷器在上次停运后，水侧的积水没有及时排掉，由于氨侧压力控制较低，温度过低导致水结冰并冻裂一根水管；2002年的运行过程中也曾发生过一起类似事故，其原因是由于空分装置膨胀机跳车，导致整个合成氨全部跳车，合成工序倒换冰机造成氨总管压力过低，此时氨冷器气氨出口压力调节阀处于自调状态，阀门动作滞后，使得氨冷器氨侧压力一直下降，水侧温度降至冰点，操作人员未及时发现，最终导致氨冷器冰堵。

对此采取了如下措施：⑴第一次事故，先用氮气将氨冷器氨侧置换，并恢复至常温，然后依次用少量低压蒸汽和热水于水侧通堵，水侧疏通后，在氨冷器管板处将冻裂的水管焊死进行堵漏；第二次事故，由于堵塞不严重，先将氨侧用热水预热，然后用少量低压蒸汽于水侧直接通堵；⑵根据表2中所列数据，当氨侧压力低于335kPa（G）时，温度将低于0℃，有结冰堵塞的危险，为此要求严格监控氨侧压力，一旦低于335kPa（G），可短时关闭气氨出口压力调节阀；⑶氨冷器停运后，及时将氨冷器水侧残留的水排放干净。

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2001年9月初现场发生解冻排放支管与总管断裂，且解冻总管“U”型卡松动，其中有2个排放阀的迫根压盖螺栓脱，2个排放阀的手轮震脱。原因分析认为，装置加温干燥时现场解冻排放阀的开度太大，加温干燥气流速太快以致对总管产生强烈的冲击，另外，总管本身也存在设计缺陷，导致总管振裂。

对此采取措施如下：（1）增大排放总管的直径；（2）在受损管线排放阀的下游增设限流孔板，并规定在除霜和冷却过程中将这些阀门完全打开，由增设的限流孔板控制这些管线中的流量。

2．3污氮塔液位计冻堵

2001年1月FIC1708出现显示为0的现象，导致备用泵G171A自启动，（工艺流程见图1）。污氮塔C171出水温达96℃（正常为8℃左右），LV1700开度为0%，液位显示为41%，现场打开C171排污阀，发现无水排出，且空冷塔出口温度上涨，由此判断液位计已冻堵，41%为假信号。G171A/B处于空转状态，没有水打出。最后导致G171A泵处的机械密封漏水，由于发现及时，没引起大的危害。

原因分析认为：当天夜里环境温度骤降至-6℃，液位计有电伴热，但未保温，从而使得液位计冻结。

对此采取了以下措施：在液位计处增加保温，以满足防冻要求。为了避免同类事故的发生，对空冷塔的液位计也做了相同处理。

图1 工艺流程

2．4冷箱内管子振裂

2001年1月S401冷箱面板发现一较大冰球，后此冰球处出现一裂缝，喷出大量珠光砂。停车检查发现高压氮换热器的高压空气温度调节阀TV2016附近的管子裂，另一低温法兰严重变形。

原因分析认为：（1）TV2016阀选型不合，造成装置在预冷状态时，通过该阀处的气体流速过快，高速流动的气体与管道产生共振；（2）TV2016阀附近的过渡接头焊接质量不过关：该过渡接头的材质为铝——不锈钢，这两种材质的线性膨胀系数分别为铝：2.34×10-5~ 2.38×10-5℃-1；不锈钢：1.66×10-5℃-1；两者相差较大，在低温下铝的收缩比钢大，焊接有一定的难度，而施工单位的焊接工具和技术水平受到限制，使得焊接质量难以达到要求，在装置施工验收时，我们就注意到此不锈钢——铝过渡接头的焊接温标的递减均匀度不很理想，但这已是施工单位的最佳水平。

对此事故的处理及措施是：（1）根据专家测振结果对该高压空气温度调节阀重新选型更换；（2）考虑到冷箱内有69个与TV2016处的过渡接头相似，从国外引进一批焊接好的不锈钢——铝过渡接头，将冷箱内原有的69个此种接头全部更换，以避免同类事故发生；（3）装置除霜，冷却期间严格控制高压空气温度调节阀TV2016和TV2038的开度不超过35%，当装置达到正常操作温度-170℃左右时，它们的开度才允许超过35%，以防管道内的空气流速过快，造成管道振裂；（4）严格控制降温速率在30℃/h以下，避免冷却不均匀产生应力损坏管道或设备。

2．5分子筛吸附器床层冲翻

2001年5月分子筛吸附器发生翻床事件。停车检查，发现A床吸附剂3、4层混在一

起，且中间出现一大凹坑；扒出相混的吸附剂后，2、3层之间的金属丝网有破损。B床层出现的凹坑较小，吸附剂未出现相混现象，情况好于A床。

原因分析认为：（1）间接原因：程控阀泄漏；（2）直接原因：吸附器程序运行出错。试车人员投用TSA前，给其中一台吸附器充压，由于程控阀的泄漏导致另一台吸附器压力偏高，为使吸附器状态达到程序启动的允许条件，必须卸掉另一台吸附器的压力，便手动将程序步进至卸压步骤，但由于外方仪表调试人员的失误，程序运行出错，致使吸附器在床层压差较大的状况下运行（设计要求压差小于35kpag），床层受到气体的强烈冲击，吸附剂受到挤压破碎，丝网被冲破；同时吸附剂上下跳动使得床层高度不一致，出现大凹坑。最终影响到吸附剂的吸附效果。

采取了以下措施：（1）由于程控阀经检修后效果不大，便给吸附器的两个卸压阀分别增加一手动控制器，方便开车投用TSA前卸压不受程序控制；（2）将A床相混严重的吸附剂用真空泵抽出，全部更换为13X，并修补破损的丝网；（3）严格完善TSA程序控制；（4）TSA运行时，要密切注意吸附器的切换程序，切换压差是否正常。如遇故障，要及时处理。

2．6空压机喘振

2001年7月空压机发生喘振现象，DCS显示空压机进口导叶开度已由58%左右自动关闭到38%，喘振距为0，但防喘阀PV1112仍处于自动全关状态。后手动开PV1112至40%，喘振停止，才避免发生严重后果。

原因分析认为：（1）装置运行处于性能测试期间，外方专家为使装置达到最佳运行状态，进行优化调节时，误将空压机K111导叶流量控制器的设定值220000Nm3/h设定为22000Nm3/h，导致导叶迅速关小，使压缩机流量进入喘振区；（2）从控制逻辑上分析，当喘振距为2%时，PV1112应自动开至75%，但由于此逻辑控制存在问题，未能及时打开PV1112，导致空压机喘振。

为此采取了以下措施：（1）进一步完善DCS控制系统；（2）通过控制逻辑限定空压机进口导叶流量控制器的最小设定值为180000Nm3/h，若想人为设定低于180000Nm3/h，DCS将拒绝执行，避免误操作带来严重危害。

2．7膨胀机出现的故障跳车

2．7．1膨胀机进口导叶卡涩

导叶卡涩第一次发现是2001-06-25，在K261B运行转速到“非运行区”时，进行开导叶提转速调节时，膨胀量不见增大，导致K261B跳车，经总控现场分别确认，导叶实际不动作，对此外方专家的解释是K261B解冻加温不彻底，造成导叶冰堵。改换A台启动，K261B重新加温解冻，解冻的时间约5hr，再调试FY2612B导叶控制器，发现在＜20%的开度时，现场基本不动作，继续加温。第二次发现K261B导叶卡涩是在2001年6月29日11:10时，启动K261B约6min跳车，后查明仍然是FY2612B实际只能开到约30%，无法提高转速引起的。因此判定FY2612B卡涩根本原因不是冰堵，可能是导叶的执行机构装配有问题。对此采取的应急措施是于现场用扳手将导叶开大以维持正常生产。第三次，我们再次发现K261A的导叶也存在类似问题：2001-07-13在给K261A加负荷时，发现DCS显示导叶开度达75%时，其膨胀量仅为38000~40000Nm3/h左右，显然实际开度与显示开度不相符合。因此，在以后的开车过程中，用扳手强行将导叶开大；后又发现在进口导叶不受压或受压较小情况下，可以很自如地打开，就采取先开大进口导叶，再用快速切断阀控制膨胀量作正常方法操作。

2．7．2入口滤网堵

在K261A/B运行过程中经常出现进口过滤器堵塞的现象，从而产生膨胀量下降，导致A、B两膨胀机的开停倒换较为频繁，对正常生产的安全、稳定、经济性有较大的影响。对此现象分析认为过滤器选型不合，因为在TSA吸附器后的工艺指标完全达到要求CO2

＜1ppm的情况下，仍出现过滤器堵塞的情况，类似情况在陕西省渭河化肥厂的空分装置也曾出现过一年多，后来他们的改造措施是将过滤器的粗滤部分去掉，保留细滤网，投运证明效果较好。借鉴他们的经验，我们将滤网由原来的100目改为40目。但从实际情况分析，其经常堵塞，可能另有一原因：即过滤器前堵有矿渣棉屑。在2002年9月份停车后检修发现空气增压机K131进口过滤器堵有一大块矿渣棉，膨胀机拆检后，也发现两台膨胀增压机进口过滤器较脏，附有许多矿渣棉屑，而膨胀端进口过滤器虽然较干净，但据估计可能是由于膨胀端过滤器在运行过程中曾加温解冻吹扫过几次，脏屑可能已被吹扫气带出。所以矿渣棉屑是过滤器常堵可能原因之一。K131，K261工艺气流程如图2。

（1）（2）（3）均为过滤器

图2 K131，K261工艺气流程

3．气化原料改造后空分装置主要停车事故原因及处理

2005气化原料改造后因外部、大气环境、设备阀门、仪表、电气等因素引起装置停车次数占总停车次数的百分比分别为：16.7%、13.3%、13.3%、30%、13.3%（详情见表1）。与试车期间相比，影响因素有了较大变化，主要体现在：1）试车期间未出现的大气影响因素，在2005年气化原料改造后却出现了13.3%的比例。2）仪表故障成为停车的主要原因；工艺方面对停车几乎未造成影响。

3．1大气环境造成空分停车的原因及处理措施

随着气化原料改造，2005年空分对氧管线进行了相应更改，并进行了部分消缺整改。年底装置恢复投用后，系统本身运行状况良好。但由于尿素装置的停产，合成氨净化装置大量CO2产品气（CO2摩尔含量：98.91%；产品量：59t/h）及富含CO2尾气（CO2摩尔含量：75.29%；尾气量：43t/h）无处可去，只能排放到大气中。造成空压机进口大气中CO2含量偏高，有时甚至高达10000ppm，远远超出原始空气质量设计的要求值（CO2含量<500ppm），导致TSA系统频繁发生CO2穿透事故。

2006年3月净化装置恢复投产后，表1中显示发生了两起TSA系统CO2穿透事故造成停车，且恢复开车时间较长。由于空分处于合成氨的最上游，较长的恢复时间很大程度地影响到整个合成氨装置的经济运行。2007年初，根据TSA运行要求，净化装置针对CO2放空问题作了一些改造。在距离空压机进口较远的江边火炬处增设一CO2产品气排放管线；富含CO2尾气压力较低，无法送至火炬，仍保留在原位置排放。第三季度和第四季度初仍然发生了两起TSA穿透事故。2007年底又再一次增设CO2产品气和富含CO2产品尾气直接进入大气的排放点，以便风向变化时有更多的排放点选择。

经过净化装置CO2产品气和富含CO2尾气排放点改造，从2008年空分上半年运行情况看，空分附近空气质量有了较大改善。虽然有时发生大气中CO2含量偏高现象，在采取适当的切换排放点或减负荷的措施后，到目前为止整个空分装置运行未受到大的影响。

3．2仪表和工艺影响因素的变化

从统计分析数据看，气化原料改造后，仪表故障引起空分跳车的次数较多，占总停车次数的百分比为30%，是影响最大的一个因素。可能是DCS控制室内温度、湿度等环境不好，容易造成仪表卡件等的损毁；同时该DCS控制系统已使用多年，部分元件发生老

化；从而发生多起故障。本年度的大修，空分的DCS系统将进行改造，更好地完善仪表控制，将有利于装置长期稳定的运行。

由于工艺操作人员相对于试车期间，已对装置性能特点了解较多，同时积累了一定的经验，操作过程中基本上未出现什么失误。

另外，2005年装置恢复运行后，停车情况有一较大特点：虽然停车次数较多，但绝大部分的停车未伴随设备事故的发生和问题的出现；因此，在装置跳停后均能较快恢复正常生产。

4．结语

综上所述，装置自试车投运以来，由于诸多因素的影响，停车次数较多，并出现许多运行事故，对安全运行影响较大。就装置本身而言，基本上显示了它本身的特点，操作的适应性较大，未发生过大的设备事故，运行安全可靠。对于空分装置来讲，厂址所在地的选择在原始设计时要考虑系统所在地周围大气质量，当附近生产装置的发生工艺变更可能导致大量的有害杂质排放至大气中时，要有恰当的对应措施。