楊 超，施金素

(寧波鎮(zhèn)海煉化林德氣體有限公司，浙江 寧波 315200)

1 前 言

寧波鎮(zhèn)海煉化林德氣體有限公司2#空分裝置于2010年建成投產(chǎn)，為100 萬t乙烯項(xiàng)目中的EO/EG項(xiàng)目配套，設(shè)計(jì)氧氣產(chǎn)能35 000 Nm3/h，氧氣產(chǎn)品壓力3.0 MPa，4.8 MPa高壓氮?dú)猱a(chǎn)能22 000 Nm3/h，0.8 MPa低壓氮?dú)猱a(chǎn)能30 000 Nm3/h，液氧產(chǎn)能2000 Nm3/h，液氮產(chǎn)能1000 Nm3/h，液氬產(chǎn)能1200 Nm3/h。采用杭氧成套設(shè)備，工藝流程采用空分裝置與后備系統(tǒng)組合方式：空分液氧的內(nèi)壓縮泵與后備系統(tǒng)液氧輸送泵共用，液氧從空分主冷取出后進(jìn)入液氧儲(chǔ)罐，經(jīng)過設(shè)置在后備系統(tǒng)的液氧泵壓縮后分兩路流程，正常生產(chǎn)時(shí)一路返回空分板式換熱器復(fù)熱后作為空分氧氣產(chǎn)品送出；另一路進(jìn)入后備系統(tǒng)氣化器氣化后，并入氧氣管網(wǎng)，此流程僅在空分主裝置異常時(shí)投用，如圖1所示。

圖1 氧氣后備系統(tǒng)流程示意圖

2 氧氣產(chǎn)品流量波動(dòng)情況

2.1 氧氣小幅度波動(dòng)情況

2010年裝置投產(chǎn)后，在第一個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)，未發(fā)生明顯的氧氣流量波動(dòng)現(xiàn)象，在2014年對裝置進(jìn)行一次大修后，供應(yīng)給客戶的氧氣產(chǎn)品流量經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)，表現(xiàn)為氧氣流量快速下降10%左右，期間伴隨壓力波動(dòng)，每天1～2次，持續(xù)2～3個(gè)月，通常不用操作人員進(jìn)行干預(yù)，工況會(huì)在3 min內(nèi)恢復(fù)正常。若工況未快速恢復(fù)，氧氣流量波動(dòng)下降低至流量設(shè)定值，放空閥自動(dòng)打開，使波動(dòng)加劇，需立即手動(dòng)關(guān)閉放空閥，觀察壓力恢復(fù)情況，如壓力快速恢復(fù)，則不需要繼續(xù)調(diào)整，否則，打開泵回流閥排氣并提高轉(zhuǎn)速。長期波動(dòng)情況如圖2所示。

圖2 2015年2月12日至2015年5月26日氧氣波動(dòng)情況

以2019年11月26日7：20氧氣流量波動(dòng)為例，在操作人員沒有相關(guān)操作的情況下，板式通道氧氣流量FIC50102從28 000 Nm3/h降至24 565 Nm3/h，液氧泵P-501A電流II50601A從89.4 A上升至91.1 A，氧泵出口壓力PIC50603A及管網(wǎng)壓力PI50106、PI50102下降約15 kPa，隨后工況自動(dòng)恢復(fù)正常，整個(gè)過程持續(xù)2 min，如圖3所示。

圖3 氧氣流量小幅度波動(dòng)情況

2.2 氧氣大幅度波動(dòng)情況

2019年12月9日、11日、12日，相繼出現(xiàn)3次較大的波動(dòng)，氧氣流量下跌幅度達(dá)30%，壓力波動(dòng)也比較大，下降30 kPa，嚴(yán)重影響下游裝置平穩(wěn)運(yùn)行，期間于17日將氧泵切換運(yùn)行后，波動(dòng)頻次和波動(dòng)幅度無明顯改善，23日大幅度波動(dòng)再次發(fā)生，24日上午波動(dòng)的頻次和幅度明顯加強(qiáng)，按照前期制定的排查方案對后備系統(tǒng)管路進(jìn)行排查，排查過程中關(guān)閉后備系統(tǒng)手動(dòng)閥V50617，之后48 h內(nèi)未發(fā)生波動(dòng)，如圖4。其中23日波動(dòng)的參數(shù)變化情況如圖5。2019年12月23日8:36氧氣流量大幅度波動(dòng)，氧氣流量快速下降10 000 Nm3/h，跌幅達(dá)35%，與前期小幅度波動(dòng)有區(qū)別的現(xiàn)象是后備系統(tǒng)氧氣壓力、溫度明顯上升。

圖4 后備系統(tǒng)手動(dòng)閥關(guān)閉前后氧氣波動(dòng)情況

圖5 2019年12月23日氧氣流量大幅度波動(dòng)

3 可能原因分析

氧氣流量頻繁波動(dòng)的共性表現(xiàn)為外供氧氣流量下降、泵出口壓力及外供壓力下降，泵電流上升，基本上不用人工干預(yù)，很快會(huì)恢復(fù)正常。本裝置設(shè)置有兩臺液氧泵，位號為P-501A/B，一開一惰轉(zhuǎn)備用，液氧泵切換運(yùn)行后均出現(xiàn)相同現(xiàn)象。根據(jù)以上現(xiàn)象分析可能的原因有：

1. 電網(wǎng)電壓欠壓；

2. 液氧排放等原因?qū)е聦?shí)際進(jìn)入管網(wǎng)的氣量減少造成波動(dòng)；

3. 液氧泵氣蝕；

4. 后備系統(tǒng)氣化管路影響，因某種原因引起流程發(fā)生變化導(dǎo)致間歇性打通兩路供氧通道。

4 排查及處理過程

根據(jù)每次波動(dòng)的參數(shù)趨勢分析，排查時(shí)先確認(rèn)各參數(shù)測量準(zhǔn)確，泵出口壓力、氧氣管網(wǎng)壓力、客戶氧氣壓力同時(shí)下降表明壓力下降是真實(shí)發(fā)生；氧氣外送流量及客戶流量指示同時(shí)發(fā)生波動(dòng)，表明氧氣流量確實(shí)發(fā)生波動(dòng)；電流的變化情況無其他參數(shù)直接進(jìn)行驗(yàn)證。根據(jù)可能的原因?qū)ΜF(xiàn)場逐一排查，按照先驗(yàn)證電流變化情況，其次分析液氧排放及泵運(yùn)行狀態(tài)，最后分析后備系統(tǒng)氣化管線影響的次序進(jìn)行。

4.1 電壓欠壓

4.1.1電網(wǎng)波動(dòng)

2018年10月曾發(fā)生過一次因電網(wǎng)波動(dòng)導(dǎo)致氧氣流量波動(dòng)的情況，平常同線路上其它高壓電機(jī)啟動(dòng)時(shí)也有小幅度波動(dòng)，經(jīng)排查液氧泵的變頻器負(fù)載率較高，容易因?yàn)殡妷翰▌?dòng)造成打量波動(dòng)。近期氧氣流量波動(dòng)時(shí)電氣后臺監(jiān)控未記錄到電壓波動(dòng)，且液氮泵、液氬泵等低溫泵未出現(xiàn)波動(dòng)，且長期以來每次波動(dòng)都只發(fā)生在氧泵，可排除電網(wǎng)波動(dòng)影響。

4.1.2液氧泵變頻器輸出模塊故障

液氧泵變頻器輸出模塊無故障報(bào)警，可排除。

4.1.3電流顯示誤差存在干擾

經(jīng)排查變頻器輸出信號與DCS顯示值誤差在正常范圍內(nèi)，電流與壓力、流量同步波動(dòng)，可排除干擾。

4.2 液氧排放或返罐

根據(jù)分析，如果流程出現(xiàn)液體排放或者泵出口返回液體罐閥門開度出現(xiàn)波動(dòng)的情況，會(huì)發(fā)生氧氣流量波動(dòng)現(xiàn)象，針對此分析進(jìn)行了如下的排查。

4.2.1液氧排放

核對工藝流程，現(xiàn)場逐一檢查液氧泵進(jìn)、出口安全閥；液氧泵入口、出口排放閥；液氧管線安全閥、排放閥；氧氣管線安全閥等。皆未見結(jié)霜現(xiàn)象，可排除液氧排放導(dǎo)致波動(dòng)的可能。

4.2.2液氧返罐

正常生產(chǎn)時(shí)液氧泵返罐回流閥處于自動(dòng)控制全關(guān)狀態(tài)，閥門回訊有1.5%波動(dòng)，在-3.5%～-5%，現(xiàn)場回流閥檢查未見明顯抖動(dòng)，且每次氧氣產(chǎn)品流量波動(dòng)時(shí)，液氧儲(chǔ)罐壓力未見波動(dòng)?？梢耘懦貉鯊谋贸隹诨亓鏖y返罐的可能。

4.3 液氧泵氣蝕

4.3.1液氧過冷度不足

液氧泵入口、出口管線及回流管線未見嚴(yán)重的大面積結(jié)霜現(xiàn)象，與公司其它空分裝置液氧泵相比管線彎頭未見明顯增加，液氧儲(chǔ)罐溫度長期維持在-180℃左右的穩(wěn)定狀態(tài)。為了進(jìn)一步驗(yàn)證影響情況，2019年11月27日至12月16日液氧進(jìn)儲(chǔ)罐溫度從-180.86℃逐漸降至-182.6℃，調(diào)節(jié)過冷度，氧氣波動(dòng)情況未見好轉(zhuǎn)。排除因管線跑冷，入口管線彎頭過多，液氧過冷度不足造成閃蒸量大，泵入口帶氣導(dǎo)致泵氣蝕，最終影響氧氣產(chǎn)品流量波動(dòng)的可能性。

4.3.2泵入口濾網(wǎng)堵塞

2018年大修安排拆清氧泵P-501B入口過濾器，未見明顯雜質(zhì)，此影響因素排除。

4.3.3加溫解凍氣進(jìn)入泵內(nèi)

液氧泵P-501A/B加溫解凍氣進(jìn)泵箱前流程設(shè)置為兩切一排方式，現(xiàn)場確認(rèn)切斷閥關(guān)閉，閥間排放閥處于打開狀態(tài)，且無氣排出，排除加溫解凍氣跑入泵內(nèi)的可能性。

4.3.4迷宮密封磨損

分析密封氣進(jìn)入泵的可能性：兩臺液氧泵P-501A/B密封氣壓差保持穩(wěn)定，分析排查過程中將密封氣壓力從0.82 MPa降至0.67 MPa。調(diào)整P-501B密封氣壓差從29 kPa降至21 kPa，監(jiān)測密封氣排放口氧含量從0%升至6%，氧氣波動(dòng)情況未見好轉(zhuǎn)。2018年大修更換過液氧泵P-501B的迷宮密封組件，可排除迷宮密封磨損，密封氣的氮?dú)馀苋氡弥袑?dǎo)致泵氣蝕的可能性。

4.3.5泵帶氣

液氧泵其他未識別出的原因?qū)е卤脙?nèi)帶氣，泵P-501A/B回流閥從全關(guān)開至3.3%進(jìn)行排氣，無效果。2019年12月17日切換至P-501B運(yùn)行，仍有波動(dòng)，P-501B回流閥開至3%排氣，無改善。在液氧泵回流閥小開度排氣工況下，12月23日、24日氧氣流量再次出現(xiàn)大幅度波動(dòng)，可排除泵內(nèi)帶氣的可能性。

4.4 后備系統(tǒng)氣化管線影響

4.4.1后備系統(tǒng)管線存在氣氧

參考其它專利商類似的工藝流程在設(shè)計(jì)上的差別，在同樣采用空分裝置與后備系統(tǒng)組合共用液氧泵的工藝流程情況下，有的專利商在后備系統(tǒng)管線進(jìn)氣化器前設(shè)置有液氧返罐排氣線，如圖6所示，其作用是：

圖6 帶排氣管線的氧氣后備系統(tǒng)流程示意圖

1. 保證后備系統(tǒng)進(jìn)氣化器前管線為液相，后備系統(tǒng)啟動(dòng)過程穩(wěn)定，對管網(wǎng)沖擊?。?/p>

2. 保證后備系統(tǒng)進(jìn)氣化器前這段管線內(nèi)液氧一直處于流動(dòng)狀態(tài)，防止因液氧蒸發(fā)導(dǎo)致烴積聚。

本裝置后備系統(tǒng)管線無排氣線，后備系統(tǒng)長期不投用，后備流程從氧泵出口至HV71701，長度大于20 m且管線經(jīng)兩個(gè)彎頭一直是朝上走的趨勢，最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的落差有4 m左右，隨著時(shí)間推移，外界熱量和氣化器內(nèi)熱量通過管線傳熱導(dǎo)致V50617至HV71701之間的管線內(nèi)部分液氧逐漸氣化，氣相聚集在管線高處，在既無法倒流，后路也不暢通的情況下最后會(huì)達(dá)到一個(gè)相對平衡點(diǎn)，兩相平衡點(diǎn)對壓力、溫度反應(yīng)敏感，稍有變化就會(huì)引起部分氧在液相和氣相間轉(zhuǎn)換，當(dāng)氣氧液化為液氧時(shí)，體積減少700倍，少量的液氧進(jìn)入后備系統(tǒng)管線，正路板式通道流體被分流引起板式氧氣通道流量降低，壓力下降，而總的液氧量略有增加，泵電流上升，與氧氣小幅度波動(dòng)時(shí)各參數(shù)變化一致，很快會(huì)達(dá)到一個(gè)新的平衡狀態(tài)，即小幅度波動(dòng)后在3 min內(nèi)即可恢復(fù)正常。

因此可以確定：由于后備系統(tǒng)存在一段超過20 m的不流動(dòng)管線，因熱量平衡，部分氧介質(zhì)處于不穩(wěn)定的兩相狀態(tài)，當(dāng)氣相向液相轉(zhuǎn)化時(shí)，會(huì)引起氧氣產(chǎn)品流量小幅度下跌的波動(dòng)。

4.4.2后備系統(tǒng)自動(dòng)閥故障

2019年12月24日按照排查方案準(zhǔn)備稍開后備系統(tǒng)自動(dòng)閥進(jìn)行排氣，操作時(shí)發(fā)現(xiàn)自動(dòng)閥定位器故障，閥門開關(guān)不受控制，閥門有抖動(dòng)現(xiàn)象，為了驗(yàn)證閥門實(shí)際情況，之后在現(xiàn)場臨時(shí)安裝了監(jiān)控進(jìn)行錄像，也捕捉到了閥門有波動(dòng)的現(xiàn)象。結(jié)合流程特點(diǎn)進(jìn)行分析：從液氧泵出來的液氧，通過后備系統(tǒng)，相比于正常生產(chǎn)時(shí)氧氣走換熱器復(fù)熱流程距離近、管線阻力減小，當(dāng)自動(dòng)閥HV71701波動(dòng)打開時(shí)，部分液氧不穩(wěn)定地通過汽化器復(fù)熱后送入管網(wǎng)，此時(shí)引起管網(wǎng)流量和壓力波動(dòng)，閥門的波動(dòng)狀態(tài)無規(guī)律會(huì)引起波動(dòng)幅度加劇，當(dāng)氧氣流量波動(dòng)低至放空閥設(shè)定值時(shí)，放空閥自動(dòng)打開，進(jìn)一步加劇波動(dòng)，影響下游用戶。

因此，當(dāng)后備系統(tǒng)自動(dòng)閥HV71701故障后，閥門開度不受控，裝置原來就存在的氧氣產(chǎn)品小幅度波動(dòng)工況變得不可控，波動(dòng)幅度明顯增加。在確認(rèn)原因后，及時(shí)交出更換HV71701定位器，之后氧氣產(chǎn)品流量恢復(fù)穩(wěn)定供應(yīng)。

4.4.3氣化器水溫高

液氧后備系統(tǒng)氣化器加熱蒸汽閥內(nèi)漏，氣化器水溫長期偏高，處于沸騰狀態(tài)。對自HV71701前的液氧傳熱較多。雖然不是直接導(dǎo)致氧氣流量波動(dòng)的原因，但傳熱多加劇波動(dòng)的幅度和波動(dòng)發(fā)生的頻次。

綜合以上分析，2019年12月9日至12月24日，先后連續(xù)出現(xiàn)的5次氧氣產(chǎn)品流量大幅度波動(dòng)，原因?yàn)楹髠湎到y(tǒng)自動(dòng)閥HV71701故障打開，后備管線中的液氧及氣氧擾動(dòng)，后備管線阻力小，較多的液氧進(jìn)入氣化器，正路板式通道流體被分流引起板式氧氣通道流量降低。

5 后續(xù)措施

5.1 改善HV71701使用環(huán)境并加強(qiáng)維護(hù)

HV71701位于氣化器頂部，由于氣化器蒸汽閥門內(nèi)漏，氣化器內(nèi)溫度常年處于100℃的沸騰狀態(tài)，熱蒸氣不斷蒸發(fā)，周圍環(huán)境較差，閥門振動(dòng)大，影響儀表元件使用壽命，擇機(jī)安排更換蒸氣閥門改善氣化器工況并定期檢查HV71701運(yùn)行情況。

5.2 定期運(yùn)行后備系統(tǒng)

由于原始流程設(shè)計(jì)關(guān)系，后期在后備管線增加回流管線的施工風(fēng)險(xiǎn)較高，除每次停工開車時(shí)后備系統(tǒng)需流程打通運(yùn)行一次外，可以定期適當(dāng)打開HV71701，打通后備流程，將聚集的氣相排走，盡量使管線內(nèi)保持液體充滿狀態(tài)。

6 結(jié) 論

通過分析，裝置氧氣產(chǎn)品小流量的波動(dòng)是因?yàn)楹髠湎到y(tǒng)存在介質(zhì)不流動(dòng)區(qū)域所致，當(dāng)后備系統(tǒng)自動(dòng)閥HV71701故障時(shí)，存在裝置主流程和后備系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行的情況，引起氧氣產(chǎn)品流量大幅度波動(dòng)，在分析清楚原因并落實(shí)措施后，至今裝置已運(yùn)行了一年多時(shí)間，未出現(xiàn)明顯波動(dòng)現(xiàn)象，說明對波動(dòng)的原因分析以及采取的處理措施是正確有效的。