空气预冷系统设备结垢分析和处理 刘晋生 （山西华晋冶铸厂制氧车间，山西省绛县０４３６０５） 摘要：６０００ ｍ ／ｈ空分设备空气预冷系统中冷水机组的冷凝器、水冷塔和空冷塔结垢，冷却 效率下降，进入分子筛纯化系统的空气温度超标，使水和二氧化碳等杂质进入空分设备低温系统 并冻结，导致空分设备运行工况恶化，被迫停车。清洗冷水机组的冷凝器、蒸发器以及水冷塔和 空冷塔后，空分设备恢复正常运行。介绍故障经过和原因，阐述处理过程和采取的预防措施。 关键词：空分设备；空气预冷系统；结垢；清洗；水处理 中图分类号：ＴＢ６５７．９ 文献标识码：Ｂ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｓｃａｌｅ ｏｆ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｏｆ ａｉｒ ｐｒｅ・ｃｏｏｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ Ｌｉｕ Ｊｉｎｓｈｅｎｇ （Ｏｘｙｇｅｎ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ，Ｈｕａｊｉｎ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ Ｆｏｕｎｄｒｙ，Ｊｉａｎｇｘｉａｎ Ｃｏｕｎｔｙ ０４３６０５， Ｓｈａｎｘｉ，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｓｃａｌｅ ｏｆ ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ，ｗａｔｅｒ ｃｏｏｌｉｎｇ ｔｏｗｅｒ ａｎｄ ａｉｒ ｃｏｏｌｉｎｇ ｔｏｗｅｒ ｏｆ ｃｈｉｌｌｉｎｇ ｕｎｉｔ ｏｆ ６０００ ｍ ／ｈ ａｉｒ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｐｌａｎｔ ａｉｒ ｐｒｅ—ｃｏｏｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ ｃｏｏｌｉｎｇ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｄｒｏｐｓ，ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ａｉｒ ｅｎｔｅｒｉｎｇ ｔｈｅ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｓｉｅｖｅ ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｅｘｃｅｅｄｓ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉｆｉｅｄ ｖａｌｕｅ ａｎｄ ｉｎ ｔｕｒｎ ｗａｔｅｒ ａｎｄ ｃａｒｂｏｎ ｄｉｏｘｉｄｅ ｅｎｔｅｒ ｔｈｅ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ａｉｒ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｐｌａｎｔ ａｎｄ ａｒｅ ｆｒｏｚｅｎ ｔｈｅｒｅ．Ｔｈｅ ｃａｓｅ ｏｆ ａｉｒ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｐｌａｎｔ ｉｓ ｗｏｒｓｅｎｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｌａｎｔ ｉｓ ｆｏｒｃｅｄ ｔＯ ｓｈｕｔｄｏｗｎ．Ａｆｔｅｒ ｃｌｅａｎｉｎｇ ｏｆ ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ ａｎｄ ｅｖａｐｏｒａｔｏｒ ｏｆ ｔｈｅ ｃｈｉｌｌｉｎｇ ｕｎｉｔ，ａｎｄ ｗａｔｅｒ ｃｏｏｌｉｎｇ ｔｏｗｅｒ ａｎｄ ａｉｒ ｃｏｏｌｉｎｇ ｔｏｗｅｒ，ｔｈｅ ａｉｒ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｐｌａｎｔ ｉｓ ｒｅｃｏｖｅｒｅｄ ｔｏ ｎｏｒｍａｌ ｒｕｎ．Ｈｅｒｅ，ｔｈｅ ｃｏｕｒｓｅ ａｎｄ ｃａｕｓｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒｏｕｂｌｅ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｐｒｅｖｅｎｔｉｖｅ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｗａｒｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ａｉｒ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｐｌａｎｔ；Ａｉｒ ｐｒｅ—ｃｏｏｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ；Ｓｃａｌｉｎｇ；Ｃｌｅａｎｉｎｇ；Ｗａｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ 山西某钢厂制氧分厂于２００２年底建成投产的 况恶化，被迫停车。 １套６０００ ｍ。／ｈ空分设备，由开封空分集团有限公 ｌ故障经过 司提供，采用分子筛吸附净化、全精馏无氢制氩的 ２００２年底６０００ ｍ ／ｈ空分设备投产后，氧、 外压缩流程。空冷塔、水冷塔采用散堆填料，水冷 氮产量和纯度均达到设计要求。但由于空分设备的 塔用氮气、污氮气来冷却水。２００２年底投产至今， 循环水系统没有采取任何除垢措施，自２００３年５ 空分设备总体运行稳定。由于此前没有同类设备的 月以来，空气预冷系统的冷水机组总是因为制冷剂 操作经验，发生了一起较严重的空气预冷系统整体 排气压力过高而跳车。 结垢故障，导致空气预冷系统冷却效率下降，温度 冷水机组共设置３立的制冷压缩机，设定 超标的空气进入分子筛纯化系统，进而使水和二氧 出水温度后，冷水机组会自动跟踪设定温度，自动 化碳等杂质进入低温系统并冻结，空分设备运行工 决定制冷压缩机的启停台数。空冷塔出口气体温度 收稿日期：２０１０—１０—２２ 作者简介：刘晋生，男，１９７６年生，制氧技师，毕业于山西兵器工业大学，现为山西华晋冶铸厂制氧车间主任。 ・ ６２ ・ 要求控制在８℃～ｌ０℃。 由于即将进入６月，环境气温已达到２５℃左 右，因此将冷水机组出水温度设定为６℃，此时需 要启动２～３台制冷压缩机才能达到设定温度。但 右波动。氧气产量也只能维持在５０００ ｍ ／ｈ以下， 稍一加量，主冷液氧液位就无法维持在工艺要求的 范围。 ２故障原因分析 当启动第二台或第三台制冷压缩机时，经常发生因 制冷剂排气压力过高而跳车的情况，致使冷冻水出 水温度只能达到１０℃左右，空冷塔出口气体温度 升高到ｌ２℃～１４℃，分子筛吸附器进口气体温度 为１３℃～１４℃、出口气体温度为１５℃～１７℃， 大大超过了工艺要求值。 当时分析认为是冷水机组冷凝器堵塞导致出现 上述现象。检修人员打开冷凝器端盖后，发现结垢 严重（冷凝器流路为水走管程），在冷凝器管端面 附着很厚的一层灰白色物质，很硬。检修人员先是 使用很长的铜管清理每根冷凝器换热管，然后采用 第奥克斯清洗剂对冷凝器进行闭式回路循环处理， ４小时后清洗完毕。恢复后空分设备开车，冷水机 组制冷剂排气压力过高的问题得到解决。 但是，冷水机组的正常工作只持续了一个星期 就再次出现因制冷剂排气压力过高而跳车的现象。 检修人员只能再次清洗冷凝器，但是过不了几天， 故障再次出现，反复几次后，由于担心频繁清洗冷 凝器会损坏设备，没有再次清洗冷凝器，继续维持 生产。此时，空冷塔出口气体温度在１３℃～１４℃ 之间，分子筛吸附器进口气体温度在１４℃～１５℃之 间，出口气体温度达到了ｌ７℃～１８℃，出口气体中 二氧化碳含量达到０．８×１０ （正常时在０．２Ｘ １０ －０．３ Ｘ １０ 之间）。但此时氧、氮产量只是略有 减少，于是维持运行到７月。 进入７月后，空分设备运行工况持续恶化。随 着环境温度的升高，循环水的温度达到了３０℃， 而冷水机组常常只能运行１台制冷压缩机，如果强 制启动２台就会因制冷剂排气压力过高而跳车。此 时，空冷塔出口气体温度达到了ｌ４℃以上，分子 筛吸附器出口气体温度也达１９℃左右，出口气体 中二氧化碳含量居高不下。氧、氮、污氮３个主换 热器的热端温差较大。工况正常时３个主换热器的 热端温差一直控制在３℃左右，现在无论怎么调 整，热端温差总在５℃上下。另外，膨胀机转速正 常工况时在２８０００ ｒ／ｍｉｎ左右，现在也明显下降。 虽然采取了开大喷嘴阀门、加温并切换膨胀机的方 法，但效果均不理想，转速经常在２５０００ ｒ／ｒａｉｎ左 分析认为，故障原因是冷水机组不能正常工作 导致冷冻水温度过高，使得空冷塔出口气体温度长 期超标。由于进分子筛吸附器的空气温度过高，携 带的水分就会增多。由于空气中水分含量超标，加 重了分子筛的工作负荷，使分子筛表面吸附了较多 的水分，其对二氧化碳、乙炔等碳氢化合物的吸附 能力下降，致使较多的水分、乙炔、二氧化碳等杂 质进入主换热器、精馏塔、膨胀机等，并在其内冻 结。因此出现主换热器温差加大，膨胀机转速下降 等现象。由于主换热器热端温差较大，必然使系统 内的冷损加大。由于主换热器被水分、二氧化碳等 杂质堵塞，致使热端温差变大，热交换不完全冷损 加剧，使空分设备冷量不足；再加上膨胀机也被堵 塞，制冷效率下降，最终使氧气产量下降，主冷液 氧液位不能维持在工艺要求的范围内，只能停车 检修。 ３故障处理 ２００３年８月２日，空分设备全系统停车、排 液，排放出来的液氧中有白色的二氧化碳颗粒。对 空冷塔和水冷塔进行常规检查。打开水冷塔的上、 下人孔后，发现散堆填料表面附着了很厚的灰白色 物质，用手去抠填料却无法抠动，填料和水垢已经 黏结在一起。只好用８号铁丝制作了多个耙子进行 清理。打开空冷塔人孔，情况也和水冷塔类似，但 程度较轻。当即将空冷塔、水冷塔内的填料全部扒 出，进行清洗。将所有填料倒入一个水池中，用盐 酸进行浸泡，当填料与水垢分离后将填料捞出，再 用清水冲洗干净，重新装入空冷塔、水冷塔。同时 再次清洗了冷水机组的冷凝器、蒸发器。 ２００３年８月６日，启动空压机对空分系统进 行加温、吹扫。４８小时后各个吹除口气体露点温 度均达到一５５℃，启动膨胀机冷却塔体。３０小时 后氧、氮产量均达到６０００ ｍ０／ｈ，纯度也达标。主 换热器热端温差保持在３℃左右，膨胀机转速 ２８０００ ｒ／ｍｉｎ，主冷液氧液位２８００ ｍｍ，空冷塔出 口气体温度１１℃，其他所有运行参数也正常。 ４预防措施 由于空分设备所在地的水质很好，且因为机组 ・ ６３ ・ 结垢而影响正常生产的情况从未发生过，循环水系 统基本上也是每月加药１次，且药量很小，所以对 水质以及水处理的重要性没有足够的认识。 加药的剂量、加药时间、排水量和排水时间等。 通过一段时间的试运行，冷水机组再未出现因 制冷剂排气压力过高而停车的现象，空分设备所有 技术指标正常。 这次故障使空分设备停车时间较长，给后续生 产带来很大影响，因此，决定对循环水和本地补充 水进行加药处理，并加强监控。 请水处理厂家技术人员对循环水、本地补充水 ５结束语 此次故障的教训深刻，今后在分析和处理故障 时，不能只局限于表面，而应该尽量考虑故障发生 的各项指标进行了详细分析，制定了各项指标的控 制范围，并确定了加药的种类、型号。同时，制氧 车间成立了化验室，请水处理厂家技术人员为员工 授课，详细讲解化验方法，以及根据水质指标控制 的深层次原因，以点带面，把故障点放入整个系统 中去考虑，只有这样才会少走甚至不走弯路，尽量 减少故障造成的损失，为空分设备安全、稳定运行 创造条件。 ※ ※ ※ 第五届中国国际流体机械展览会在北京举行 ２０１０年１０月１３ １３，第五届中国国际流体机械展览会 中国通用机械工业协会副会长、秘书长张雨豹主持。 于北京展览馆隆重开幕。出席开幕式的有国家能源局能源 节约和科技装备司黄鹂副、中国机械工业联合会薛一 平执行副会长、中国通用机械工业协会隋永滨会长，以及 德国曼透平公司、加拿大威兰公司、美国通用电气公司、 日本巴蝶阀门公司、瑞典阿特拉斯公司、１３本荏原、沈鼓 本届展览会以“精英汇集、精品荟萃”为主题，数百 家参展商集中盘点与展示国内外泵、风机、压缩机、阀门 等流体机械最新的产品和技术，并且在展览会期间同时举 办了多场国际性行业高峰论坛，促进国内外、供需间及产 学研各方的合作。 集团、陕鼓集团、凯泉泵业等数十家企业代表，开幕式由 本刊 ２０ １ ０年第１ ２届中国国际气体技术、设备与应用展览会在成都举行 ２０１０年１１月１０—１２日，第１２届中国国际气体技术、 设备与应用展览会在成都世纪城新国际会展中心５号馆隆 请了国内外多位行业内的重量级专家出席，共同探讨了包 括工业气体、天然气、氢能源及气体安全管理等方面的最 新技术和行业趋势。 重举行，同期举办了第二届中国国际天然气、加气站及氢 能技术、设备与应用展览会。本次展会规模达到１００００多 平方米，展商数量达到２２０家，开幕首日即有来自３０个国 家和地区的近３０００名观众参观采购，３天参观者累计５０００ 多人。 １１月１１日，还举办了中国气体行业ＲＦＩＤ与物联网应 用论坛，汇聚了ＲＦＩＤ、压力容器生产、工业气体生产等领 域的权威专家，并有幸请到全国气瓶标准化技术委员会黄 强华秘书长、中国ＲＦＩＤ产业联盟欧阳宇秘书长及多个省 市安监局和质监局相关领导，上海华申、川大科鸿、四川 本届展会代表了中国工业气体产业发展的主流方向， 并为中外工业气体厂商搭建了一个良好的交流平台。同期 举办的第二届中国国际天然气、加气站及氢能技术、设备 与应用展览会，更是成为瞩目的焦点，众多行业友人慕名 前来，采购设备、交流技术，现场气氛十分活跃。 此外，展会同期还举办了２０１０中国气体展会论坛，邀 润智兴、成都厚普等企业的嘉宾出席并发言。对我国在工 业气体安全生产及运输领域中运用ＲＦＩＤ和物联网技术做 了深入讨论，并提出完善的解决方案。 本刊 ・６４・
