李 楠

(中國空分設(shè)備有限公司,浙江杭州 310004)

空分裝置的診斷與評(píng)估

李 楠

(中國空分設(shè)備有限公司,浙江杭州 310004)

闡述了對(duì)空分裝置進(jìn)行診斷和評(píng)估的必要性,并在數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)分析、評(píng)估結(jié)論下定幾個(gè)環(huán)節(jié)提出自己的看法,在數(shù)據(jù)分析階段,歸納整理了對(duì)空分裝置進(jìn)行診斷和評(píng)估的一些考量點(diǎn)。

空分裝置;診斷;評(píng)估;分析

1 序言

我國空分行業(yè)經(jīng)過幾十年的發(fā)展,空分流程先后經(jīng)歷了鋁帶蓄冷器凍結(jié)高低壓空分流程(簡(jiǎn)稱第一代空分)、石頭蓄冷器凍結(jié)全低壓空分流程(簡(jiǎn)稱第二代空分)、切換式換熱器凍結(jié)全低壓空分流程(簡(jiǎn)稱第三代空分)、常溫分子篩凈化全低壓空分流程(簡(jiǎn)稱第四代空分)、常溫分子篩凈化增壓膨脹空分流程(簡(jiǎn)稱第五代空分)、常溫分子篩凈化填料塔全精餾制氬流程(簡(jiǎn)稱第六代空分)。

隨著空氣分離技術(shù)的不斷完善發(fā)展,我國的空氣分離設(shè)備也向能耗更低、操作更自動(dòng)化、更安全可靠、規(guī)模更大的方向前進(jìn)。目前,在一些制氧廠,我們可以同時(shí)見到不同時(shí)代不同空分流程的空分設(shè)備。其中一些空分設(shè)備運(yùn)行了十幾年到幾十年不等。為了滿足制氧廠對(duì)氣體需求量的變化,這些空分設(shè)備仍在服役中。而這些在役的空分設(shè)備,不同程度的存在有流程落后、設(shè)備老化、故障頻繁、安全隱患多、維護(hù)費(fèi)用高、儀控落后、產(chǎn)品產(chǎn)量低、質(zhì)量差等問題。一些存在問題的空分裝置始終沒有進(jìn)行過全面系統(tǒng)的診斷。

氧氣廠需要對(duì)這些設(shè)備的運(yùn)行現(xiàn)狀、設(shè)備運(yùn)行可靠性、安全性有全面認(rèn)識(shí),并適時(shí)對(duì)這些服役空分從多角度進(jìn)行診斷及評(píng)估,這將有利于氧氣廠根據(jù)評(píng)估內(nèi)容對(duì)在役空分做適當(dāng)?shù)奶幚硪庖?在節(jié)能減排、安全生產(chǎn)的大環(huán)境下,使這些空分裝置更加安全可靠、更加節(jié)能地為氧氣廠服務(wù)。

2 空分裝置診斷、評(píng)估的步驟

2.1 資料收集、數(shù)據(jù)采集

在對(duì)空分裝置進(jìn)行診斷評(píng)估前,應(yīng)首先做好資料收集、數(shù)據(jù)采集等工作,同時(shí)應(yīng)保證數(shù)據(jù)真實(shí)。綜合各種數(shù)據(jù)和歷史現(xiàn)象對(duì)所收集的資料、采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、甄別,進(jìn)行理性客觀的篩查,選取符合事實(shí)情況并能夠反映裝置設(shè)計(jì)狀態(tài)下運(yùn)行情況的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,摒除可能由于儀表存在誤差或裝置非正常運(yùn)行等情況下記錄的不合理數(shù)據(jù),防止這些數(shù)據(jù)影響評(píng)估結(jié)果,做出不符合實(shí)際情況的評(píng)估意見。

①查閱空分裝置的供應(yīng)商及其投產(chǎn)時(shí)間,通過廠家提供的隨機(jī)資料中的圖紙和文件了解原始設(shè)計(jì)的基本技術(shù)數(shù)據(jù)。②查閱空分裝置歷史改造記錄,了解其改造時(shí)間、改造原因、改造內(nèi)容以及改造效果。③查閱歷史中修、大修記錄,從維修記錄中了解空分裝置的故障頻繁發(fā)生點(diǎn),潛在的安全隱患,維修頻率以及維修費(fèi)用,分析其投入與產(chǎn)出。④收集空分裝置的運(yùn)行操作數(shù)據(jù)以及機(jī)器運(yùn)行操作數(shù)據(jù),并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行甄別,選取有代表性、合乎情理、能夠反映裝置設(shè)計(jì)狀態(tài)下運(yùn)行情況的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析?？梢粤私饪辗盅b置在各個(gè)階段的裝置及設(shè)備性能,包括空分裝置的精餾能力以及機(jī)器的效率等。

2.2 空分裝置的診斷和評(píng)估

對(duì)所采集的有效數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,并全方位對(duì)空分裝置進(jìn)行評(píng)估和診斷。評(píng)估和診斷應(yīng)從從工藝流程、配套設(shè)備性能、設(shè)備運(yùn)行可靠性、安全性、經(jīng)濟(jì)性等方面進(jìn)行。

2.2.1 對(duì)機(jī)組的工藝流程進(jìn)行評(píng)估分析

了解空分裝置為第幾代空分,是否屬于國家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整中限制類或淘汰類的一種;裝置原始設(shè)計(jì)的基本技術(shù)數(shù)據(jù),包括加工空氣量、產(chǎn)品產(chǎn)量、產(chǎn)品純度、加工空氣壓力等;空分裝置的流程組織形式及特點(diǎn);例如:空氣中水分、CO2用何種方式去除,切換周期及切換損失如何,不同流程的流程組織及設(shè)備配置以及配管簡(jiǎn)單還是復(fù)雜,裝置輸送氣產(chǎn)品的能力,膨脹機(jī)是否回收膨脹功,裝置氧提取率及能耗,操作是否方便、是否能滿足節(jié)能減排的要求等。

2.2.2 機(jī)組的設(shè)備配置性能評(píng)估分析

了解空分裝置原始設(shè)計(jì)的各配套機(jī)組的技術(shù)參數(shù)、結(jié)構(gòu)、作用;各個(gè)配套設(shè)備的性能如何。例如:過濾器的結(jié)構(gòu)、過濾阻力及過濾效果;壓縮機(jī)實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)的效率,級(jí)間冷卻器冷卻效果,水量消耗;預(yù)冷系統(tǒng)能否將空氣冷卻至設(shè)計(jì)值,空冷塔作為壓力容器經(jīng)過長(zhǎng)期運(yùn)行、腐蝕,是否能夠保證安全運(yùn)行,空冷塔內(nèi)部結(jié)垢或銹蝕是否降低了設(shè)備處理空氣的能力;空氣中水分及CO2是否能去除到規(guī)定值;膨脹機(jī)的效率如何,制冷效果能否滿足生產(chǎn)所需的冷量需求;精餾塔的效率是否達(dá)到設(shè)計(jì)值,產(chǎn)品純度及產(chǎn)量能否達(dá)到設(shè)計(jì)值,精餾塔的阻力值是否變大,氬系統(tǒng)能否正常運(yùn)行,氬產(chǎn)量是否達(dá)到設(shè)計(jì)值,換熱器是否有偏流現(xiàn)象,熱端溫差、換熱效果如何;容器設(shè)備、閥門是否存在泄漏等非正?，F(xiàn)象等等。

2.2.3 機(jī)組的設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)狀診斷分析

結(jié)合現(xiàn)階段的數(shù)據(jù)分析結(jié)果以及歷年改造和維修記錄,對(duì)機(jī)組現(xiàn)階段的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析,充分考慮改造和維修記錄中的有關(guān)措施對(duì)機(jī)組運(yùn)行造成的影響和后果。例如:過濾器的效果是否影響空壓機(jī)的正常運(yùn)行;壓縮機(jī)的故障及維修是否頻繁,是否能安全穩(wěn)定長(zhǎng)期運(yùn)行,壓縮能力如何,能耗如何,機(jī)器的振動(dòng)、軸溫等是否在正常范圍內(nèi),機(jī)器備品、備件的采購是否有保證等;預(yù)冷系統(tǒng)是否能將空氣冷卻至設(shè)計(jì)值,換熱是否均勻,塔板或填料是否有結(jié)垢老化等現(xiàn)象、以往的維修記錄中是否發(fā)現(xiàn)容器壁厚變薄的情況等;不同的流程組織形式有不同的設(shè)備實(shí)現(xiàn)空氣中水分、CO2及碳?xì)浠衔锏娜コ?這些設(shè)備是否存在問題;膨脹機(jī)的效率如何,制冷效果能否滿足生產(chǎn)所需的冷量需求等;分餾塔產(chǎn)品的產(chǎn)量和純度能否達(dá)到設(shè)計(jì)值,液空吸附器、安全排放量等空分裝置安全措施是否到位,板式是否有偏流、阻力增加、熱端溫差增大、泄漏等現(xiàn)象,冷箱內(nèi)閥門是否有銹蝕,密封不嚴(yán)及結(jié)霜現(xiàn)象,塔內(nèi)儀表管、溫度計(jì)插座、法蘭連接處是否有泄漏現(xiàn)象,冷箱內(nèi)是否有應(yīng)力過大而導(dǎo)致管道變形的現(xiàn)象等;儀電控是否存在設(shè)備老化,維護(hù)量大的問題,空分裝置的在線故障、報(bào)警、記錄功能是否完善,各類開關(guān)是否靈活,接線端子接觸是否良好,電磁閥可靠性如何,調(diào)節(jié)閥等操作是否靈活,電器組件是否有老化現(xiàn)象,是否存在安全隱患等?？辗盅b置存在的問題中,有一些是可以暫不處理的,有一些是需要處理的,有一些是無法處理的。應(yīng)區(qū)別對(duì)待這些問題,并與處理成本和處理效果共同考慮,以便做出正確的處理意見。

2.2.4 從安全、環(huán)保要求對(duì)制氧機(jī)組進(jìn)行評(píng)估分析

2.2.4.1 壓力容器

查閱當(dāng)?shù)靥胤N設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)所對(duì)壓力容器的檢驗(yàn)報(bào)告,了解各壓力容器的安全情況等級(jí)評(píng)定級(jí)別。必要時(shí)可對(duì)有條件的壓力容器進(jìn)行隨機(jī)壁厚檢測(cè)。

2.2.4.2 壓力管道診斷

壓力管道曾經(jīng)出現(xiàn)的安全問題、分析存在的潛在的安全隱患。

2.2.4.3 噪聲及廢水、廢氣

空分設(shè)備的噪音來源是壓縮機(jī)及氣體排放。評(píng)估中可對(duì)機(jī)器廠房、主要?dú)怏w排放處以及中央控制室進(jìn)行噪聲測(cè)量,空分裝置中央控制室的噪聲應(yīng)符合GBJ87的規(guī)定,不高于60 dB。空分設(shè)備的危害廢氣主要是污氮?dú)庖约暗獨(dú)獾姆趴諝怏w,它可使人窒息,甚至死亡。評(píng)估中可注意這些有害廢氣是否進(jìn)行安全集中排放,排放高度是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

空分設(shè)備的廢液主要來自空分停車時(shí)的低溫液體。低溫液體直接排放能造成人身安全隱患,另外低溫液體蒸發(fā)會(huì)產(chǎn)生大量的煙霧,富氧液體蒸發(fā)產(chǎn)生的煙霧有一定的危險(xiǎn)性。評(píng)估中應(yīng)注意空分設(shè)備是否配備液體排放坑、噴射蒸發(fā)器等,排放高度是否安全。

2.2.4.4 安全隱患及安全事故

診斷空分裝置曾經(jīng)出現(xiàn)的安全問題、分析存在的潛在的安全隱患。例如:壓縮機(jī)的控制對(duì)喘振的處理是否能及時(shí)準(zhǔn)確,是否有振動(dòng)超標(biāo)、開停頻繁等問題,有沒有可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)子開裂等安全事故的問題存在,壓縮機(jī)故障處理后是否存在機(jī)組部件不匹配的情況等;空分設(shè)備是否曾經(jīng)發(fā)生過微爆,是否還存在主冷爆炸的安全隱患,空氣進(jìn)入分餾塔前是否能夠?qū)⑺?、CO2和碳?xì)浠衔锶コ?是否長(zhǎng)期排放安全排量的液氧,是否有主冷碳?xì)浠衔锏脑诰€監(jiān)測(cè)和報(bào)警等;加氫除氧制氬系統(tǒng)(如果有)需要配置制氫站,為一級(jí)危險(xiǎn)源,因此對(duì)運(yùn)行、檢修方面要求特別嚴(yán)格。儀控系統(tǒng)的儀表臺(tái)件、部件及各類開關(guān)甚多,相互連接十分復(fù)雜,任何環(huán)節(jié)的動(dòng)作有誤都會(huì)形成故障點(diǎn)。要注意接線端子是否有腐蝕;電磁閥可靠性是否降低;控制閥等是否有調(diào)節(jié)不靈,切斷不力,是否引起聯(lián)鎖系統(tǒng)誤動(dòng);電氣設(shè)備是否有老化現(xiàn)象等。

2.2.5 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)綜合分析

2.2.5.1 氧提取率和單位能耗

從空分裝置的運(yùn)行操作數(shù)據(jù)以及機(jī)器運(yùn)行操作數(shù)據(jù)計(jì)算出空分裝置的氧提取率和空分設(shè)備單位能耗:

空分設(shè)備的能耗主要來自于壓縮機(jī)。從壓縮機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)中我們可以得到壓縮機(jī)所配備電機(jī)的有功功率:

P=U×I×1.732×功率因數(shù)×電機(jī)效率

其中,功率因數(shù)和電機(jī)效率可以從電機(jī)銘牌上獲得。

壓縮機(jī)的軸功率:

其中Vm,加工空氣量;T,進(jìn)口溫度,K。

根據(jù)有功功率和壓縮機(jī)軸功率的計(jì)算公式,可得到壓縮機(jī)的綜合效率,綜合效率也能夠反映壓縮機(jī)的運(yùn)行能耗高低。

也可以從空分裝置的氧氣分離能耗上更加直觀的反應(yīng)其單位能耗:

空分裝置總能耗包括壓縮機(jī)(不包括產(chǎn)品壓縮機(jī))能耗、水泵能耗、液體泵能耗等用電能耗。

2.2.5.2 效益分析

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果,計(jì)算空分裝置全年電耗(包括產(chǎn)品壓縮能耗)及每年電費(fèi),與空分裝置全年的產(chǎn)品價(jià)值相比,分析其全年毛利。

2.2.5.3 維修費(fèi)用及人工成本

結(jié)合空分裝置以往的維修記錄、維修費(fèi)用、實(shí)際運(yùn)行中維護(hù)人員配備、裝置故障頻繁程度等估算其全年維修費(fèi)用和人工成本,并與空分裝置全年毛利相比較。

2.3 評(píng)估結(jié)論的下定

針對(duì)上述分析結(jié)果,應(yīng)對(duì)空分裝置做相應(yīng)的評(píng)估結(jié)論。評(píng)估結(jié)論應(yīng)立足氧氣廠的實(shí)際情況和用氧需求,針對(duì)空分裝置存在的問題以及潛在的隱患,重點(diǎn)考慮生產(chǎn)安全,結(jié)合投入和產(chǎn)出的經(jīng)濟(jì)效益,做出針對(duì)部機(jī)或者整個(gè)空分裝置的改造或維修或報(bào)廢等不同的評(píng)估結(jié)論。

3 結(jié)束語

安全穩(wěn)定、高效節(jié)能是每套空分裝置運(yùn)行的目標(biāo)。隨著空分技術(shù)的不斷發(fā)展,空分裝置的各配套設(shè)備的技術(shù)水平也在不斷提高,總體更加安全環(huán)保,更加節(jié)能,運(yùn)行成本更低,自動(dòng)化程度更高。與此同時(shí),一些長(zhǎng)期運(yùn)行的中早期空分裝置也更加凸顯出其運(yùn)行中的各種問題,設(shè)備管理者只有充分認(rèn)識(shí)每一套空分的性能,并適時(shí)對(duì)其進(jìn)行診斷和評(píng)估,才能使這些空分更加安全可靠更加節(jié)能地為氧氣廠服務(wù)。

TQ051.8

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1003-3467(2010)18-0056-03

2010-07-21

李 楠(1980-),女,工程師,從事空分設(shè)計(jì)工作,電話:13757159612。