空压机进气阀定位器故障引起空分设备波动的分析及处理

发布时间:2011-04-25  点击数:2471

    调节阀作为流体输送过程中的控制部件,安装在各管路系统中用于控制流体的压力、流量和流动方向。在空分设备运行过程中,关键阀门一旦出现故障如不及时处理,将对正常生产造成严重影响甚至被迫停车。

    宁波万华聚氨酯有限责任公司KDON23200/7000型空分设备由四川空分设备(集团)有限责任公司建造,采用分子筛吸附净化、增压透平膨胀机和规整填料上塔,自2005年6月投产至今运行良好。配套空压机采用国外某公司CENTAC型压缩机,2007年1月29日发生了一起由于空压机进气阀定位器故障引起空分设备工况波动甚至空压机喘振停机的故障。

一、故障现象

    2007年1月29日02∶20,操作人员通过DCS控制系统发现空压机排气量较往常有较大波动,波动曲线呈比较规则的方形波,周期大约7分钟。同时发现产品氧气和氮气流量、空压机电机电流、主冷液氧及下塔液空液位、精馏塔内压力及各段阻力等工艺参数也随之波动,且波形相似。当时空分设备部分工艺参数波动情况见表1。

    注:①主冷液氧液位为当时观察到的数值,在此列出仅表明主冷液氧液位也随工况波动;②以上数据均是DCS控制系统显示曲线的波峰值与波谷值。

    类似的工艺参数波动情况在2005年冬天也曾经发生过。当夜晚气温降到约12℃时,工艺参数就明显开始波动,并且随着气温的不断降低,工况波动程度就逐渐加剧,波动的幅度增大、周期缩短,严重时甚至发生过空压机喘振等异常工况。此时监测到主冷中碳氢化合物(CnHm)总含量和乙炔(C2H2)含量虽然没有超标,但是二者也随工况波动有较小幅度的波动。

二、故障原因

    经过分析,首先排除了因电网波动和下游工序用气量不稳定对空分设备工况产生影响的原因。KDON23200/7000型空分设备自开车以来,由于下游工序生产所需氧气一般在1000~1600m3/h之间,空分设备一直没有满负荷运行,空压机进气阀长时间保持在较小的开度。并且当环境温度降低后(特别是在冬季),夜间气温只有-3℃~15℃时,由于空气温度降低、密度增大,空压机压缩气体的能力明显增强(如图1所示)。在一定条件下,空气温度下降(T3<T2<T1)会使空压机实际排气压力上升(P3>P2>P1),因此在进气量(Q0)保持不变的情况下,排气压力就升高。这样,在采用恒压控制的条件下,空压机就会关小进气阀以减少进气量[1]、[2]。

    进气阀开度稳定在某一位置,当气温降低后空压机排气压力稍微升高就需要关小进气阀门,在关小阀门的较弱的电信号传送到阀门定位器时,阀门不能够立即做出反应,表现为阀门不动作,进气量不变,排气压力将继续升高。这样关小阀门的电信号增强后再传送到阀门定位器,此时阀门突然较大幅度地关小,进气量突然减少许多,排气压力也随之降低许多,就需要稍微开大进气阀。于是开大阀门的较弱电信号传送到阀门定位器,阀门也不能够立即做出反应,表现为阀门不动作,进气量不变,排气压力继续降低。这样开大阀门的电信号增强后再传送到阀门定位器,此时阀门也是突然较大幅度地开大,进气量突然增大许多,排气压力就会升高许多。周而复始地重复这样的过程。这与操作人员到现场用手触摸到的进气阀阀杆的动作情况以及观察到的凸轮指示器动作情况完全吻合。

    由于进气阀定位器发生故障,阀门动作滞后,使排气量忽大忽小,排气压力忽高忽低,工况出现波动。塔内压力不稳定直接造成了主冷液氧液位和下塔液空液位波动,这样空分设备相关工况参数波动曲线就形成了比较规则的方形波。根据实际运行情况,气温越低工况波动便越剧烈、周期越短,在此过程中当排气量突然减少到低于最小节流极限,但进气阀和放空阀均未做出有效动作时,喘振工况就会发生[3],严重时就会造成空压机自动停机。

三、处理措施及效果

    由于生产需要,空分设备不能立即停车检修。鉴于在精馏塔设计时有较大的余量,在保证精馏工况能产出合格产品气体的前提下,采取了以下应急措施:

    (1)增加氧气、氮气以及污氮气的取出量,从而增大空压机的排气量;
    (2)开大膨胀机喷嘴开度,增加装置负荷;
    (3)定时排放不凝性气体,增加主冷热负荷。

    应急措施启用后,空压机排气量有所增加,这样就使得进气阀保持较大开度,减少空压机进气阀开关动作的次数。虽然空分设备电耗有所增加,但工况波动明显减小,能更稳定、安全地完成生产任务,为公司产品在市场上抢局布势赢得了先机,取得了明显的经济效益。

    在2007年10月公司进行大修改造时,空压机生产厂家对空压机系统进行停机检修。

    (1)测定了空压机在正常工况(排气压力为015MPa)下的喘振曲线;
    (2)检修进气蝶阀、放空阀,调整其灵敏度,重新编辑卸载位置,使其在空压机发生喘振工况前能及时做出相应动作。

    检修后的空压机能长期稳定地正常运行,取得了明显成效。

四、预防措施

    (1)认真检查新安装的设备及其性能,确保能与不同自然环境下的工况相适应;
    (2)对空分设备内关键设备进行工艺危害分析(PHA)时,要分析到设备细微的零部件;
    (3)空分设备对环境温度比较敏感,运行时要考虑到环境温度对设备的影响;
    (4)编写应急预案并进行针对性的演练;
    (5)做好操作人员的培训工作,提高操作人员应对紧急情况的能力。

五、结论

    空压机的进气阀是整个空分生产系统的生命阀之一,一定要定期观察、适当维护。空分设备中进口空压机进气阀门故障比较罕见,在空分设备不能停车的情况下,一定要找出故障原因,采取适当措施维持生产,使生产过程更安全、更稳定。