一起空分装置精馏工况波动引发的思考

杨中华

摘 要：介绍了一起空分装置精馏工况波动处理的始末，分别从产生的现象、处理、原因的分析判断等方面进行阐述，提出了防止事故发生的防范措施及改进措施，阐述了事故引发的思考。

关键词：波动现象;处理方法;原因分析;防范措施;引发思考

1 装置流程简介

本套空分是一套35000Nm3/h制氮装置，采用汽轮机拖动空压机、分子筛纯化、膨胀空气送水冷塔、单填料精馏塔、外压缩0.7MPa氮气的低压空分流程。空气进低压板式换热器空气阀门采用的是气动薄膜驱动的气开式调节阀，因为是人为调节板式换热器空气进气量的大小，防止空气偏流，国内空分流程的设计一般是不带反馈功能的调节阀。板式换热器共设六组，每组布置了不同的正返流气体，正流介质有空气、增压后膨胀空气，返流介质有富氧空气两股、氮气、膨胀后膨胀空气。

2 事故发生时的现象

2019年11月25日10时，某化工厂一套35000Nm3/h制

氮装置空分空压机出口压力迅速上涨，同时主冷凝蒸发器富氧液空液面下降，膨胀机出口温度上涨，膨胀机膨胀端振动下降，精馏塔下塔液面持续下降，精馏工况无法维持。

3 事故发生后的处理

操作人员立即手动调节空压机出口放空阀并保障空压机出口压力稳定，同时关小下塔液位调节阀，尽量保证主冷液位高度，尽量维持装置正常运行，并将情况汇报给相关管理人员。根据精馏工况各参数的变化，初步判断为运转的膨胀机A不制冷了，不产生冷量造成的。立即安排加载后备系统液氮泵保证氮气管网压力、关闭装置去液氮储罐取出阀、联系生产调度减少外供氮气取出量，同时安排人员倒换为备用的膨胀机B运行。10时30分，膨胀机倒换后，机前、机后温度逐步恢复正常，精馏塔主冷液空液位停止下降并缓慢上涨，12时28分，精馏塔主冷液位达到

控制指标，调节装置各运行参数，空分装置工况恢复正常。

4 事故原因的分析判断

现场仪表人员对膨胀机A的喷嘴、回流阀进行全行程的调试检查，没有发现异常;DCS人员后台检查发现HV-5026（进板式换热器空气阀）阀门通讯信号中断一次，但不影响阀门的开关，系统经常出现这种情况;工艺人员现场检查HV-5026（进板式换热器空气阀）阀门现场阀位与实际输出阀位相符，在DCS上进行小幅度开、关调试，阀门的输出开度与实际阀门也相符，确认此阀门工作正常;设备人员立即与膨胀机厂家技术人员沟通，反馈的结果为：可能是膨胀机增压端与膨胀端密封胶圈损坏造成膨胀机不制冷，会出现上述情况，所以联系检修单位，准备对膨胀机A进行检修处理。

装置管理人员安排操作人员检查波动时DCS画面其他各项参数否有变化，为准确的观察波动时各参数的变化情况，把各运行工艺参数的曲线调整到一个画面上并进行认真的对比，结果发现波动时TI-5026（富氧空气出板换温度）温度由14℃降到最低-142℃，然后又逐步恢复到14℃这一变化，TI-5026温度点是分管上的测点;两股富氧空气、一股膨胀空气、一股氮气等返流气体的温度（总管温度测点）都由14℃左右下降到-24℃。根据曲线变化最终分析判断应该为膨胀机A运行时，HV5026（进板式换热器空气阀）阀门自动关闭，造成进塔空气量减少，精馏工况波动。当膨胀机B运转起来后，HV5026（进板式换热器空气阀）阀门又自动打开，只有这种巧合才会造成上述波动的现象。

5 事故原因的最终确定

由于此阀门阀位DCS上只有输出显示，没有反馈显示，无法判断是否自动关、开一次。现场将空气阀HV5026打到手动位置，仪表专业人员对HV5026（进板式换热器空气阀）阀门定位器进行检查，发现阀门定位器内部电路板插针有松动的现象，接触不良一次，就会造成此阀自动关、开一次，原因最终确定为阀门定位器内部电路板插针松动。这样重新启动膨胀机A运行，加载后膨胀机的各项运行参数正常，装置精馏工况稳定。

6 防止事故发生的防范措施及改进措施

此阀门定位器为滨特品牌的定位器，质量一般会有可靠保障，但是却发生了一次插针松动的情况。平时仪表人员只是对定位器的外观密封进行检查，防止漏水，不会对内部接线板进行检查，所以应该建立机会检修台账，利用机会检修对关键的阀门定位器的内部电路板进行检查，才会减少定位器发生故障的概率。

关键的仪表控制阀门应该建立故障台账，记录控制閥门曾发生过哪些故障，譬如：分子筛再生气流量控制阀由于滑动轴承润滑油凝固，滑动轴承锈蚀，卡涩，使阀门来回颤动，造成精馏塔上塔压力波动，无法维持生产;分子筛再生气放空阀由于电磁阀排气孔堵塞，排气孔方向朝上，下雪后又结冰，造成无法正常排气，再生气放空阀打不开，发生分子筛程序暂停事故;分子筛空气切换阀仪表气过滤减压阀弹簧疲劳，开关缓慢，经常会发生分子筛程序暂停故障;去水冷塔富氧空气气缸活塞密封圈损坏，造成气缸窜气，流量波动，造成精馏塔上塔压力波动。而故障台账应记录好这些故障具体原因及处理方法，这样才能提醒仪表专业人员，机会检修时哪些是检查的关键点，哪些是维护的关键点，才能更好地保障仪表控制阀的安全可靠性。

更改进塔空气阀阀门定位器的型式，将原来的不带反馈功能阀门定位器更改为带有反馈功能的阀门定位器。更改型式后如果再出现阀门波动现象，就可以直接在DCS上查到阀门的动作曲线，精准的判断出哪个阀门发生了波动，从本质上解决了难以分析判断的问题。

DCS专业人员技术水平有待提高，在后台检查发现HV-5026（进板式换热器空气阀）阀门通讯信号中断一次，并表述为不影响阀门的开关，当时工艺人员已经和DCS人员讲过，只有这个阀门动作了才会与实际故障现象相符，由于确定为不影响阀门的开关，这样给分析判断带来了很大的困难。

现在很多化工企业都配置单套空分装置，要保障装置连续稳定运行，完善应急后备系统就显得非常重要，空分设计时设计合理的液氮产量，同时根据工厂氮气需求量多少，选择设计能够维持装置意外跳车而液氮能够供应8～10天氮气的液氮储罐。这样即使机组发生故障意外跳车，后备系统也能连续供应氮气8～10天，化工企业的连续稳定生产有了很好的保障，同时销售液氮也能给工厂带来可观的效益。一般配套总量是10000立的液氮储罐就能满足要求。

吸取故障教训，让每名操作人员清楚故障发生的具体原因，今后碰到类似故障的分析方法和处理方法，提高操作人员的综合判断能力。同时提高操作人员故障状态时的应急响应能力，在保障装置安全运行的前提下及时调整好各项工艺参数，按照制定事故应急响应预案规范操作，尽量维持生产，尽量减少故障带来的损失，尽快恢复生产，同时快速查找、判断故障产生的原因，联系设备、仪表、电气等专业及时进行维修处理。

7 事故引发的思考

这起空分波动的事故给我们带来的思考：首先，虽说阀门定位器内部电路板插针松动出现故障的概率较少，但是一旦出现故障就会造成空分装置波动甚至会造成停车事故。而为了快速的判断哪些阀门出现自动开关的情况，阀门设计时考虑反馈功能就显得十分重要，从事空分行业的设计院或使用单位在流程设计或审查时考虑将空气进板式换热器的空气阀设计成带有反馈功能的阀门定位器，从本质上解决出现故障后不好判断的问题，这是问题的关键。其次，分析问题要全面、细致，不应放过任何细节，分析事故问题时应该将各工艺参数曲线放到一个画面进行对比分析，我认为这是一个很好的分析方法，同时发生故障的巧合性一定要予以考虑，这样我们才能正确判断出发生故障的原因，才能避免因分析原因错误造成不必要的检修。最后，工艺、设备、仪表、电气各专业应该经常总结设备运行中存在的缺陷，并进行必要的记录，特别是设计方面的缺陷及改进方案，有机会参与化工行业举办的各专业技术交流会时进行相互交流、探讨，最终确定最优的设计改进方案，让设计院优化设计，最终让使用单位使用的全是最合理的设计。所以各大化工企业应鼓励一线技术人员积极参加化工行业举办的技术交流会也是很有必要的。