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[摘 要]为了保证深冷空分制氮装置能够安全长周期的稳定运行，从制氮装置的实践经验出发，分别从制氮系统膨胀机、水泵与空压机、电控系统等几个方面分析了制氮装置常见故障原因，并提出了对应的处理策略，对提高深冷空分制氮装置的运行可靠性提供参考。
[关键词]深冷空分 制氮 故障分析
中图分类号：TV85 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）19-0027-01
空分制氮装置是一个功能多、关联子系统繁杂的复杂系统。为了保证空分制氮装置能够安全稳定的长时间运行，需要对系统可能存在的故障问题进行分析，并提前采取对应的预防措施、制定对应的处理预案，以便降低故障发生概率、出现故障时能迅速解决故障。本文从空分制氮装置运行的实际经验出发，分析了装置运行过程中出现的几种典型故障问题，形成了相对完善的深冷空分制氮装置的运维体系，为保证制氮装置安全长周期运行提供参考。
1、制氮系统装置膨胀机运行故障分析
1.1 故障概述
某型气体中压透平膨胀机组采用KZON-120/650型空分装置。工作过程中，透平膨胀机利用压缩空气在膨胀机内形成绝热膨胀，获得冷量之后产生低温，从而为空气的无液压所需要的冷量，并对空分装置运行过程中损失的冷量进行补偿。深冷分离制氮系统工作过程中，所使用的膨胀机为两台（一开一备）。2014年11月将Ⅱ号备用设备启用时，操作人员发现膨胀机冷量不足的问题，从而造成分馏塔的上下塔的液位不能达到要求，而不得不继续使用Ⅰ号膨胀机继续维持制氮系统的生产。
1.2 膨胀机故障检查
为了确定导致膨胀机故障的原因，重新对Ⅱ号设备启用并试车，发现存在这样的故障现象：
① 在投入使用之后，存在着膨胀压力较大的问题，而且出口压力随着运行时间呈现出线性增加的趋势，在持续云心过一段时间之后，出口压力达到峰值，导致膨胀机不能继续工作；② 随着设备运行时间的持续，膨胀机的转速呈现下降趋势；
③ 在启动装置启动初期，Ⅰ号膨胀机降温速度大约为40℃/h，而启用Ⅱ号膨胀机时，降温速率仅仅为10℃/h；
④ 启用Ⅱ号膨胀机时，膨胀机进出口的压力差为0.60 MPa，而正常压差应该达到0.80 MPa以上；
⑤ 与之配套的上下空分塔液位上升速度较慢，甚至难以保持在对应水平，导致制氮速度持续下降。
1.3 故障原分析
根据以上对膨胀机故障检查，可以认定Ⅰ号膨胀机已经出现故障，从而造成整个系统的制冷效率和水平下降。由于制冷量的不足，分馏塔的入口温度、压力持续上升，将造成分馏塔在启动之初出现积液缓慢、液氧液位不能维持的问题，从而导致系统的空分效果不佳，氮气的制成纯度不高。为了进一步确认系统的故障部位，采用排除检查的方法对故障进一步检查。
① 膨胀机的叶轮与壳体之间存在较大的间隙，导致膨胀机气流不能产生有效功，从而降低膨胀作用效果，导致出口温度过高；
② 膨胀机的密封气压盖损坏，密封气体进入膨胀机工作腔之后，导致膨胀后压力增加；
③ 膨胀机的叶轮出现损伤，导致膨胀机的制冷效率降低；
④ 导流器因为工作过程中磨损过大，使得尺寸出现明显偏差，使得喷嘴不能正对叶轮，从而出现气体短路的问题。
根据以上故障分析结果，对导流器压盖进行仔细检查，发现导流器压盖的厚度比标准值小0.90 mm。为了确认该尺寸偏差是否会造成上述故障现象进行分析：当压盖厚度偏小时，导流器因为处于未压紧状态，使得导流器与端盖之间存在一个0.4mm左右的空隙，其在膨胀机出口压力的作用下使得喷嘴不能与叶片对准，从而出现如上④所述的气体短路故障，导致部分气体在没有通过叶片时直接进入到膨胀机的出口，从而降低了膨胀机的做功效率，进而产生制冷量不足的问题。这时，膨胀机的内泄漏量通常比设定值偏大，导致膨胀机出口压力与分馏塔下塔的温度、入口压力等较高，最终造成空分效果不佳，产品质量不受控的问题。基于上述分析，对导流器的压盖进行了更换，重新运行之后膨胀机能够正常工作，而且各项指标参数都达到标准要求，表明膨胀机故障分析和处理方式的正确性。
2、运行过程中水泵、空压机与制冷机等出现运行异常
通常，水泵、空压机与制冷机一般都在生产厂家内进行了联动调试，通常不会出现大的故障，导致上述设备出现异常的原因主要包括这样几种：
（1） 所使用润滑油出现变质的问题。该项问题主要出现在设备从长时间的备用状态再次启用时，因为长期贮存而导致润滑油变质或者出现缺油的问题。由此而造成设备的各个运动部件、轴承等的润滑状态较差，使得轴颈磨损加快，并在运行过程中出现异常声响。因此，在备用设备联机启动之前，必须对设备的润滑油、脂状态以及数量等进行检查，并进行合理的更换与实时补充，这样才能够确保设备正常运转。出现该中故障的设备主要是水泵，因此在启动之前可以先手动将水泵盘动，若能够自如的运转，则应该在水泵的注油口处添加大粘度的机油即可。
（2） 设备固定的地螺钉地松动
对于水箱、空压机等设备都采取地脚螺钉与减震橡胶相匹配的方式进行防震固定。而这部分减震橡胶因为长时间的使用、承压作用下，导致其老化而失去弹性，导致橡胶厚度下降，造成用于设备固定的地脚螺钉出现松动，在设备运行的过程中出现振动异常的问题。同时，在设备固定松动之后，可能会造成设备的驱动轴线出现偏移，从而出现振动异常的问题。另外，当减震橡胶的压缩量过大时，橡胶垫的钢碗会与地板直接接触，从而使得整套设备的抗震状态恶化。因此，在制氮装置開车前应该对各个部件的固定情况进行检查，一旦松动应该拧紧，并确保设备的驱动轴线没有偏移，否则应该进行调整。
3、制氮装置的电控系统故障
电控系统故障造成的一个直接后果即为装置不能正常启动。通常，在设备长期处于备用状态，或者长时间没有进行设备维护之后，容易出现电气接头松动、触点氧化而造成接触不良的问题，而且老鼠咬断线缆也会造成控制线路断开。同时，电控系统中的保护电路相关部件出现故障，例如水量泵的调节螺丝掉落、触点位置变动等都会使得对应的锁定控制装置发生变化。另外，当冷却系统出现堵塞或者漏水故障时，会导致系统的安全保护装置停车，使得相关子系统不能正常启动，或者在启动之后迅速停车。因此，在启动之前必须对电控系统进行检查，确保系统功能正常；同时，在日常的运行过程中，要及时的将系统内的灰尘、油污等清理干净，以免造成系统短路；再次，要检查各个元器件连接、开关和继电器接触是否良好，确保整个电控系统功能正常。
参考文献
[1] 潘冬，张中佑，陈梦. 浅析影响深冷空分制氮装置安全长周期运行故障[J]. 中国石油和化工标准与质量， 2012，32（1）.
[2] 王媛. 中压深冷制氮系统中膨胀机故障的分析与处理[J]. 辽宁化工， 2005，34（3）.
[3] 陈连善. KL-15型制氧制氮车首次使用故障的原因及预防[J]. 深冷技术， 2012（4）.
[关键词]深冷空分 制氮 故障分析
中图分类号：TV85 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）19-0027-01
空分制氮装置是一个功能多、关联子系统繁杂的复杂系统。为了保证空分制氮装置能够安全稳定的长时间运行，需要对系统可能存在的故障问题进行分析，并提前采取对应的预防措施、制定对应的处理预案，以便降低故障发生概率、出现故障时能迅速解决故障。本文从空分制氮装置运行的实际经验出发，分析了装置运行过程中出现的几种典型故障问题，形成了相对完善的深冷空分制氮装置的运维体系，为保证制氮装置安全长周期运行提供参考。
1、制氮系统装置膨胀机运行故障分析
1.1 故障概述
某型气体中压透平膨胀机组采用KZON-120/650型空分装置。工作过程中，透平膨胀机利用压缩空气在膨胀机内形成绝热膨胀，获得冷量之后产生低温，从而为空气的无液压所需要的冷量，并对空分装置运行过程中损失的冷量进行补偿。深冷分离制氮系统工作过程中，所使用的膨胀机为两台（一开一备）。2014年11月将Ⅱ号备用设备启用时，操作人员发现膨胀机冷量不足的问题，从而造成分馏塔的上下塔的液位不能达到要求，而不得不继续使用Ⅰ号膨胀机继续维持制氮系统的生产。
1.2 膨胀机故障检查
为了确定导致膨胀机故障的原因，重新对Ⅱ号设备启用并试车，发现存在这样的故障现象：
① 在投入使用之后，存在着膨胀压力较大的问题，而且出口压力随着运行时间呈现出线性增加的趋势，在持续云心过一段时间之后，出口压力达到峰值，导致膨胀机不能继续工作；② 随着设备运行时间的持续，膨胀机的转速呈现下降趋势；
③ 在启动装置启动初期，Ⅰ号膨胀机降温速度大约为40℃/h，而启用Ⅱ号膨胀机时，降温速率仅仅为10℃/h；
④ 启用Ⅱ号膨胀机时，膨胀机进出口的压力差为0.60 MPa，而正常压差应该达到0.80 MPa以上；
⑤ 与之配套的上下空分塔液位上升速度较慢，甚至难以保持在对应水平，导致制氮速度持续下降。
1.3 故障原分析
根据以上对膨胀机故障检查，可以认定Ⅰ号膨胀机已经出现故障，从而造成整个系统的制冷效率和水平下降。由于制冷量的不足，分馏塔的入口温度、压力持续上升，将造成分馏塔在启动之初出现积液缓慢、液氧液位不能维持的问题，从而导致系统的空分效果不佳，氮气的制成纯度不高。为了进一步确认系统的故障部位，采用排除检查的方法对故障进一步检查。
① 膨胀机的叶轮与壳体之间存在较大的间隙，导致膨胀机气流不能产生有效功，从而降低膨胀作用效果，导致出口温度过高；
② 膨胀机的密封气压盖损坏，密封气体进入膨胀机工作腔之后，导致膨胀后压力增加；
③ 膨胀机的叶轮出现损伤，导致膨胀机的制冷效率降低；
④ 导流器因为工作过程中磨损过大，使得尺寸出现明显偏差，使得喷嘴不能正对叶轮，从而出现气体短路的问题。
根据以上故障分析结果，对导流器压盖进行仔细检查，发现导流器压盖的厚度比标准值小0.90 mm。为了确认该尺寸偏差是否会造成上述故障现象进行分析：当压盖厚度偏小时，导流器因为处于未压紧状态，使得导流器与端盖之间存在一个0.4mm左右的空隙，其在膨胀机出口压力的作用下使得喷嘴不能与叶片对准，从而出现如上④所述的气体短路故障，导致部分气体在没有通过叶片时直接进入到膨胀机的出口，从而降低了膨胀机的做功效率，进而产生制冷量不足的问题。这时，膨胀机的内泄漏量通常比设定值偏大，导致膨胀机出口压力与分馏塔下塔的温度、入口压力等较高，最终造成空分效果不佳，产品质量不受控的问题。基于上述分析，对导流器的压盖进行了更换，重新运行之后膨胀机能够正常工作，而且各项指标参数都达到标准要求，表明膨胀机故障分析和处理方式的正确性。
2、运行过程中水泵、空压机与制冷机等出现运行异常
通常，水泵、空压机与制冷机一般都在生产厂家内进行了联动调试，通常不会出现大的故障，导致上述设备出现异常的原因主要包括这样几种：
（1） 所使用润滑油出现变质的问题。该项问题主要出现在设备从长时间的备用状态再次启用时，因为长期贮存而导致润滑油变质或者出现缺油的问题。由此而造成设备的各个运动部件、轴承等的润滑状态较差，使得轴颈磨损加快，并在运行过程中出现异常声响。因此，在备用设备联机启动之前，必须对设备的润滑油、脂状态以及数量等进行检查，并进行合理的更换与实时补充，这样才能够确保设备正常运转。出现该中故障的设备主要是水泵，因此在启动之前可以先手动将水泵盘动，若能够自如的运转，则应该在水泵的注油口处添加大粘度的机油即可。
（2） 设备固定的地螺钉地松动
对于水箱、空压机等设备都采取地脚螺钉与减震橡胶相匹配的方式进行防震固定。而这部分减震橡胶因为长时间的使用、承压作用下，导致其老化而失去弹性，导致橡胶厚度下降，造成用于设备固定的地脚螺钉出现松动，在设备运行的过程中出现振动异常的问题。同时，在设备固定松动之后，可能会造成设备的驱动轴线出现偏移，从而出现振动异常的问题。另外，当减震橡胶的压缩量过大时，橡胶垫的钢碗会与地板直接接触，从而使得整套设备的抗震状态恶化。因此，在制氮装置開车前应该对各个部件的固定情况进行检查，一旦松动应该拧紧，并确保设备的驱动轴线没有偏移，否则应该进行调整。
3、制氮装置的电控系统故障
电控系统故障造成的一个直接后果即为装置不能正常启动。通常，在设备长期处于备用状态，或者长时间没有进行设备维护之后，容易出现电气接头松动、触点氧化而造成接触不良的问题，而且老鼠咬断线缆也会造成控制线路断开。同时，电控系统中的保护电路相关部件出现故障，例如水量泵的调节螺丝掉落、触点位置变动等都会使得对应的锁定控制装置发生变化。另外，当冷却系统出现堵塞或者漏水故障时，会导致系统的安全保护装置停车，使得相关子系统不能正常启动，或者在启动之后迅速停车。因此，在启动之前必须对电控系统进行检查，确保系统功能正常；同时，在日常的运行过程中，要及时的将系统内的灰尘、油污等清理干净，以免造成系统短路；再次，要检查各个元器件连接、开关和继电器接触是否良好，确保整个电控系统功能正常。
参考文献
[1] 潘冬，张中佑，陈梦. 浅析影响深冷空分制氮装置安全长周期运行故障[J]. 中国石油和化工标准与质量， 2012，32（1）.
[2] 王媛. 中压深冷制氮系统中膨胀机故障的分析与处理[J]. 辽宁化工， 2005，34（3）.
[3] 陈连善. KL-15型制氧制氮车首次使用故障的原因及预防[J]. 深冷技术， 2012（4）.