空分主冷换热器堵塞事故分析及处理措施

空分主冷换热器堵塞事故分析及处理措施

本文着重讲述KDN-8000制氮装置主冷换热器堵塞导致换热效率下降，引起空分系统临时停工，分析原因为珠光砂泄漏进入主冷换热器，在深冷状态下，珠光砂遇到水或CO2，变成块状的混合物质，堵塞换热器，导致换热效率下降。空分装置精馏塔产氮气产量从正常的8000～8500m?/h逐渐降至7000～7500m?/h，最低降至4000～5000m?/h，无法满足全厂装置运行需求。

标签：主冷换热器；珠光砂；措施；堵塞

1 空分装置工艺流程简介

海南炼化KDN-8000型空分制氮设备，配置有液氮贮存系统和氮气压缩机及氮气球罐减压系统，同时配有供系统开工用的自备循环水系统。空分设备采用深度冷冻及低温精馏的方法，把原料空气分离成压力产品氮气和液氮。通过单级精馏、废气膨胀循环，由空压机压缩空气、分子筛吸附净化气、透平膨胀机提供装置所需冷量。产品氮气压力0.85MPa、流量8000m3/h，氧气含量<5ppm。

纯化器出来的空气进入冷箱内的主冷换热器与逆流的产品氮气和废气换热后，被冷却至液化温度-168℃左右，然后进入精馏塔底部，进行精馏分离，空气经纯氮塔精馏后，在下塔获得纯氮气、液空、纯液氮，产品氮气抽出进入0.85 MPa 氮气管网，液空经节流后进入主冷凝蒸发器作为冷液冷凝纯氮塔气氮，从主冷凝蒸发器顶部抽出废氮气，进入主冷换热器复热后从主冷换热器中部抽出进入膨胀机膨胀后返回主冷换热器冷端经主冷换热器复热21℃后出冷箱。

2 主冷换热器堵塞处理情况

2.1 运行故障情况

2016年6月17日，海南炼化空分装置由于生产工艺等原因，需要将1#膨胀机切换至3#膨胀机运行，并对1#膨胀机进行加温吹除备用。当日操作如下：10：02启动3#膨胀机，10：07开机正常；10：07停运1#膨胀机，并对其进行加温吹除。

切换后出现以下情形：①氮气出分馏塔温度持续降低，由13.63℃开始降低至零度以下，膨胀机去预冷系统温度变化趋势与氮气出分馏塔温度相似；②2#膨胀机进气和排气温度升高了约为10℃～12℃、排气压力增加了10～20kPa；③比对3台膨胀机出口压力曲线见图1，发现从1#膨胀机停机到加温吹除的整个过程，其出口压力高于2#、3#膨胀机时后者有明显上升趋势，1#膨胀机加温吹除时关闭紧急切断阀，2#、3#膨胀机出口压力明显增加。

于是对1#膨胀机的出口手阀卡紧，从而降低1#膨胀机加温吹除气压力，并对1#膨胀机加温吹除至露点合格（≤-60℃），复热后将3#膨胀机切换至1#膨胀

机运行。但是切换后，精馏塔产氮气从正常的8000～8500m3/h降至仅能保供7000～7500m3/h，系统冷量损失趋于平缓，氮气出精馏塔最低温度维持在-6～-7℃，系统冷量损失趋势仍未见好转，精馏塔上下塔液位的持续降低，冷损愈加明显，直至19日18：15，精馏塔产氮气降至仅能保供4000～5000m3/h，氮气出精馏塔最低温度维持在-6～-7℃。

2.2 故障原因分析

根据精馏塔出口氮气温度下降等情形分析，可以认为该起事故是主冷换热器堵塞导致热效率降低引起的。而事故发生在1#和3#膨胀机切换过程中，认为问题是出现在1#或者3#膨胀机的进出口位置上，且1#膨胀机加温吹除时关闭紧急切断阀，2#、3#膨胀机出口压力明显增加，初步判断主冷换热器堵塞原因与1#膨胀机排气阀内漏有关。1#膨胀机加温吹除时吹除气进入膨胀机出口总管，并且加温吹除气中含有CO2和H2O，通过排气阀窜到膨胀机出口总管，遇深冷的膨胀机排气气体结冰，吹入并堵塞主冷换热器管道。其他工艺参数皆正常。但是通过现场吹除气管线的检查，吹除气总管管壁温度与纯化器来吹除气管线温度基本一致，而仪表风来吹除气管线温度明显高很多，推断吹除气绝大部分为CO2和H2O含量很低的纯化气，排气阀的泄漏不至于堵塞如此严重，且事故发生后对吹除气的气袋采样分析证实了该推断，吹除气中CO2含量低于仪器检测下限。因此，空分做临时停工处理，对空分系统全面加温吹除后再开工，投运1#膨胀机，进而对3#膨胀机进出口端进行检查。检查发现3#膨胀机膨胀端泄漏，珠光砂从泄漏点倒吸至出口管道里，开机时带入主冷换热器里，且珠光砂粒径小，干燥、常温状态下，应能被风带走，不会造成换热器堵塞，但深冷状态下，珠光砂流动性变差，从膨胀机出口管进入主冷换热器后，由于流速大幅降低而堆積堵塞换热器流道，又因其具有导热系数低的特点，导致主冷换热器换热效率大幅降低。

3 小结

膨胀机切换过程要对每一环节的数据变化、操作加以确认，以便发生事故时对故障原因做清晰判断。由于空分装置为单系列运行，发生故障时，难以立即停车处理。所以对于平时空分设备的检维修要保质保量，再小的问题也要找到原因并及时处理，往往小故障会造成事故的发生。