陕西咸阳化学工业有限公司两套43000Nm3/h空分设备由杭州杭氧股份有限公司提供, 采用全低压分子筛净化、增压透平膨胀机制冷、内压缩工艺、规整填料上塔和全精馏无氢制氩流程。1#空分装置于2009年11月完成试车工作, 2#空分装置于2010年7月完成试车工作, 装置运行各项指标均能达到或接近设计指标, 装置运行良好。
2015年4月23日, 1#空分装置在连续运行的情况下, 出现主冷液位不正常的下降趋势, 并且液位持续下降, 工艺操作随即加大装置膨胀机空气量, 力求主冷液位稳定;此时, 观察到高压换热器中部三个温度显示值也在下降, 高压空气压力出现上升趋势, 为确保高压空气压力, 并开大高压空气节流阀, 经过这些调整后系统运行状况稍有好转, 但是变化甚微。随着后期主冷液位和高压换热器温度持续下降, 对运行参数进行分析后, 初步判断为高压换热器堵塞, 导致换热器堵塞的原因是高压空气以及膨胀空气进塔加工气量不足, 无法满足生产用量需求。
按照装置流程走向, 对高压换热器堵塞原因进行排查和分析, 打开分子筛进口管线导淋, 确认残留少量凝液;打开分子筛再生污氮气出口管线进行检查, 确认无带水现象。各专业和管理部门完成确认后, 未见泄漏和相应的异常。原因不明, 待后查。按照生产管理要求对装置进行加温操作, 由于装置堵塞情况不是过于严重, 属于可控情况下, 计划对高压换热器进行局部加温处理或是作为重点加温部位, 同时对高压换热器堵塞原因进行进一步排查。
(1) 按照操作规范, 停高压液氧泵, 隔离, 静置并进行加温操作。停膨胀机, 隔离, 静置并进行加温操作。同时进行系统排液操作, 待系统逐步排液和退气操作完成, 装置进入加温操作阶段。
(2) 高压空气通道加温:考虑到高压换热器温度较低, 加温速度不宜过快, 在编制方案时, 采取隔离高压空气管线的方法, 关闭高压空气节流阀 (6") 和增压机三段外送阀门 (10") , 开低压空气到高压空气管网连通阀 (2") , 高压空气管线吹除阀 (1") , 由于进气管线直径大于出口管线直径, 起初加温操作必须缓慢进行, 合理控制气量, 防止出现超压或加温速率过快所造成的危害问题滋生, 逐步调整高压换热器高压空气管线通道的加温操作, 最终实现高压空气通道的加温效果。
(3) 膨胀空气管线通道加温:打开膨胀机进口阀 (10") 和低压空气到中压空气管网连通阀 (2") 和膨胀机吹出阀 (21/2") , 对膨胀空气管线通道进行加温处理操作;此时高压换热器中部温度三个温度测点分别显示为-62.64℃/-8.9℃/-102.37℃, 三个测点温差较大, 温度越低的一组换热器说明堵塞最为严重, 温差的不断拉大表明进气量偏少, 随后采取关闭低压空气到中压空气管网连通阀 (2") , 打开增压机三段外送阀旁通阀 (4") , 用高压空气对高压空气管网开始加温, 同时打开高压空气到高压氧管网充压阀 (2") , 及高压氧管网吹除阀 (1") 开始对高压氧管线加温。整个加温工作持续近20小时, 直到高压换热器中部三个温度显示依次为为25.3℃/25.8℃/25.4℃, 认为加温合格, 停止对高压换热器加温, 逐步恢复现场各手动阀门的状态, 开始高压换热器导气, 进行启动膨胀机和高压氧泵, 系统恢复生产, 此时高压换热器中部温度保持-113℃, 并且各自之间温差相差不到1℃。
系统已经恢复生产, 对于泄露的原因还是没有查清, 泄露原因还在排查中。
系统进入正常运行一周后, 纯化器出口二氧化碳显示值严重超标, 这次加大对纯化系统的排查, 经过多次排查, 最终在冷吹阶段时发现蒸汽加热器后污氮气排污阀 (1/2") 有少量凝结水排出, 确定为蒸汽加热器泄漏, 纯化系统在整个加热再生阶段均会造成再生气将少量蒸汽凝结水分带入分子筛内的问题, 致使纯化器填料出现解析过程不彻底的隐患, 导致纯化器出现“带病”运行进入下一个吸附周期, 从而出现系统运行的恶性循环, 进而扩大至整个分馏装置, 导致系统运行堵塞故障。
最后, 1#空分装置紧急停车, 对蒸汽加热器进行紧急消漏, 采取割除封头的方式予以查漏, 最终确认为凝液侧的换热器组发生泄漏, 并进行消漏处理。经过近20小时的紧急处理, 蒸汽加热器消漏工作结束。系统恢复开车, 机组冲转, 当运行至投运纯化系统蒸汽加热器时, 对蒸汽加热器进行特别检查, 发现蒸汽加热器后污氮气排污阀 (1/2") 有少量凝结水排出, 系统暂停开车, 经确定为前期蒸汽加热器泄漏时残余凝结水, 用大量干燥空气吹除后无水排出;联系质检, 中心配合, 采取一切办法对蒸汽加热器后的加热再生气做露点分析, 最后露点结果为-62.5℃, 确认蒸汽加热器无泄漏现象。装置继续进行后续开车工作, 待纯化系统正常投运后, 对分子筛进行特殊再生操作, 尽可能确保处于未饱和床层的填料恢复自身原有的性能, 保证纯化系统正常运行, 待纯化系统特殊再生结束后, 精馏塔开始导气, 后续启动膨胀机和高压氧泵, 系统逐步恢复生产。
切换式换热器最容易发生泄漏的地方是焊缝, 特别是封头和管道连接处。造成泄漏的原因多是属于制造、安装质量问题, 也与后期维护、保养有关。因此, 在制造、安装时要严格保证焊接质量。安装完毕, 开车以前, 必须进行严格的检漏和试压, 发现问题要及时处理, 以免开车后造成被动。切换式换热器的工作条件较差, 不仅受交变气流的冲击, 而且气流温度变化很大, 在长期运转中, 薄弱的部位就容易产生疲劳, 进而引发泄漏。在后期使用过程中, 操作人员也需对各自参数之间的变化和参数之间的联系进行深入的研究和剖析, 在参数间找到各自的联系, 力求快而准的解决出现的问题。
判断泄漏的部位后要进行补焊。如果是个别通道内漏, 可把该通道封死。严重泄漏而无法解决时, 需要换该换热器单元。这次蒸汽加热器的泄露仅仅是凝液测一组换热器个别管束出现泄露, 采取直接封死的方式即可, 而本次整个事件的判断过于大费周折, 延误了事故处理的最佳时机。
现就对本次整个判断过程, 结合装置运行实际进行分析, 导致本次事故的主要原因是泄漏点确认太晚, 致使较大量的水进入分子筛, 直到纯化系统出口二氧化碳超标时才恍然大悟。
对于整个过程处理如此缓慢, 我个人认为有以下几点:
(1) 初期装置表现为主冷下降、膨胀机加不上负荷、膨胀机进口温度上涨, 下塔压力下降、分子筛运行末期二氧化碳上涨但是时间很短, 通过以上现象表现, 得出的第一反应就是主换热器堵塞了, 主塔进气量太小, 需要对高压换热器进行加温处理。
(2) 为什么开始都对高压换热器加温了, 还不怀疑分子筛有问题呢?
首先, 不是没有怀疑, 而是怀疑了没有发现泄漏。该换热器在施工时用保温材料包扎的严严实实的, 同时工艺人员根本就没有该换热器的结构图纸, 裸露在保温外的几个阀都是蒸汽侧, 没有污氮气侧, 要想判断是否是蒸汽加热器泄漏, 只能从加热器后1米处的污氮气管道吹除阀进行判断, 在加热阶段污氮气温度185℃, 泄漏出的少量冷凝液会瞬间蒸发, 185℃时, 想要从1/2"的吹除导淋看出是否带水, 根本就是不可能的事。
(3) 前期对泄露进行排查时, 没有检查蒸汽加热器后吹除阀吗?
明确的说, 冷吹阶段时进行了检查, 没有水。为什么水侧已经泄漏了冷吹时温度又低还是没发现呢?因为泄漏量非常小, 加热时全部气化了, 冷吹时蒸汽加热器污氮气进口阀关闭, 其内部污氮气不流动, 泄漏到壳程的水聚集在了蒸汽加热器底部, 蒸汽加热器底部到污氮气管道下沿的高度至少有2.5米, 因此污氮气管道没有水。
(4) 为什么最终还是在吹除口看到了水滴?
对于DN1000mm的污氮气管道, 想从1/2"吹除阀能带出水滴, 说明这部分水是在DN15的吹除管道内冷凝的蒸汽。要想在1/2"吹除阀这么小的管道内看到大量冷凝液体, 说明蒸汽加热器泄漏量相对较大。但后来判断是蒸汽加热器的凝液侧泄漏而不是气侧, 所以管道内的大量水蒸汽就冷凝液气化后产生。
冷凝液气化有两个途径, 第一、泄漏后由于高温直接气化;第二是凝液泄漏至蒸汽加热器底部, 与高温蒸汽换热后气化。发现泄漏后, 在检查壳程底部盲板时, 发现有少量水排出, 说明当时泄漏至壳程底部的水通过换热后变成蒸汽进入了到了纯化系统吸附筒。因此, 要通过DN15吹除阀发现泄漏就必须等到两个条件, 一是必须在冷吹阶段。二是有大量蒸汽, 当然如果泄漏量足够大时, 在加热时也能出现水滴。
换热器加热时, 分子筛出口二氧化碳、水份只是在末期短暂超标。吸附末期出现上涨趋势对于本装置来说, 特别是4月份以后出现分析数值超标已经不是第一次, 而是自2012年以后一直都存在的问题, 因此检查时有意识的避开了这方面的考虑, 特别是在初期对纯化系统出口导淋和加热器污氮气出口导淋检查后一切正常的情况下, 更是深信换热器一切正常。
前期本装置还出现过由于系统加温不彻底, 造成高低压换热器堵塞, 导致开工后换热器温差大, 对生产造成严重的影响, 有了上次的成功经验, 在遇到类似问题时, 首先想到的就是用同样的方法进行处理, 等处理完毕后才发现问题的根源没有找到。
(5) 在线分析表不能正常运行也是一项重要原因
在线分析长期无法正常投用, 早期仪表人员以仪表取样气源压力过低 (小于10k Pa) 为由, 不予理会;经过多次沟通后, 仪表专业按照要求加装了两台增压泵, 但是在增压泵安装到位后, 仍然强调无法测量, 迟迟不予解决。
(6) 要想对分子筛有效保护, 需要从以下几方面同时入手。投用露点分析仪表, 这是最重要的手段, 用在线仪表进行监测。
更换蒸汽加热器, 通过与厂家沟通, 该类型换热器是20世纪90年代设计的产品, 20年内没有进行技术更新, 而且泄漏现象频繁, 一般使用3-7年就需更新, 但未做强制要求。
目前, 纯化系统运行正常, 在后期运行过程中, 加热时间缩短了40%, 冷吹峰值竟然比正常运行时还高, 再生峰值为113~119℃。在加热阶段, 蒸汽带入的热量能够满足纯化系统填料解析所消耗的热量, 满足再生要求, 然而再生末期二氧化碳依然出现上涨趋势, 但处于可控范围, 后期计划对纯化器填料进行更换。
生产运行中出现故障, 不管是工艺还是设备管理人员, 必须保持冷静, 仔细查找事故的真正原因, 及时有效的解决, 确保装置长周期稳定运行。
加强人员业务技能培训必不可少, 特别注意提升人员的应急处置能力、分析能力、实际处理事物的能力, 不可一味的依靠经验解决问题。
摘要：由于蒸汽加热器长期处于规律性的冷热温差介质交替中, 致使部分换热器列管焊接点出现机械疲劳, 导致换热器出现泄漏, 影响了蒸汽加热器的安全运行。
关键词：蒸汽加热器,泄漏,处理
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