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(锦西天然气化工有限责任公司，辽宁 葫芦岛 125001)

锦西天然气化工有限责任公司为一家大型化肥企业，年产氨30万t，尿素52万t，合成氨和尿素装置分别采用美国布朗工艺和意大利斯纳姆工艺。装置工艺复杂，自动化程度高，采用的气动设备多。装置正常运行中，全厂的仪表空气主要通过水气装置空分系统提供，同时从合成装置空气压缩机100C1四级出口抽出一部分作为补充，在主装置检修期间，还可通过2台备用的活塞压缩机提供。

仪表空气作为气动设备动力源，保证其洁净、干燥非常重要，一旦带水，将影响气动设备的正常控制和稳定调节，特别是在冬季，仪表空气带水可能造成管线冻堵，使气动设备失去控制，从而影响装置的安全稳定运行。为保证仪表空气的洁净干燥，必须设置专门的处理系统进行空气的过滤、净化和干燥，合成装置空气处理系统采用了冷冻式干燥机(冷干机)与无热再生干燥器串联布置的除水干燥方式，保证露点≤-40 ℃(0.70 MPa(g)，下同)，并将露点作为平时重点分析监控指标，严防仪表空气带水。仪表空气露点分析指标趋势见图1。

图1 仪表空气露点分析指标趋势

2016年8月14日，合成仪表空气总管露点分析达-28 ℃，之后连续几天的分析指标也都未能达到-40 ℃的合格值，为装置进入冬季运行留下了生产隐患。

1 合成装置仪表空气系统流程

冷干机与无热再生干燥器串联布置工艺流程见图2。来自空气压缩机100C1四级出口的压缩空气经过循环水空气冷凝器100E100冷却后进入仪表空气系统进行过滤、冷却及干燥处理。经过初步过滤后的压缩空气进入冷干机，通过降温结露原理冷却降温，其中的水蒸气凝结成液滴，经自动排水系统排出，从而达到降低含湿量的目的。此外，压缩空气经过冷干机后，其中3 μm及以上的固体尘粒被过滤，气源品质初步达到清洁、干燥要求[1]。

图2 冷干机与无热再生干燥器串联布置工艺流程

经过冷干机冷却干燥后的空气进入2台并联的无热再生分子筛干燥器中进一步吸水干燥，保证露点≤-40 ℃，之后再通过2台并联设置的分子筛后，过滤器再次过滤，进入仪表空气总管，与水气空分装置的仪表空气混合，为全厂提供干燥、洁净的仪表空气。

2 仪表空气露点升高的原因分析及排查

根据设计，装置正常运行中，采用冷干机与无热再生干燥器串联布置可以为全厂各装置气动设备提供合格的仪表空气。分析露点指标升高的主要原因，有分析仪表错误、压缩空气带水量大、仪表空气系统的冷干机或再生干燥器运行故障等，按照先易后难、先简后繁的原则，逐步进行研究分析和确认。

2.1 分析仪表及分析过程不准确

仪表空气露点分析具有固定的分析取样过程和固定的地点，由固定的人员手持式分析仪器进行。采用相同的分析仪器对其他不同地点进行多次分析，结果都大致相同，因此确认了分析结果的准确性，即排除了分析原因造成露点升高的因素。

通过对来自水气空分装置的仪表空气进行分析，更进一步确认了合成装置仪表空气处理系统运行异常是引起仪表空气露点升高的原因。

2.2 压缩空气夹水量大

合成装置的仪表空气来自空气压缩机100C1四级出口，是经过仪表空气冷凝器100E100降温后的饱和空气，如果这部分空气分离排水不好，夹带水分量过大，会造成仪表空气系统冷却干燥负荷过大，使仪表空气露点升高。

仪表空气冷凝器疏水系统工艺流程见图3。在检查中发现仪表空气冷凝器及其冷凝水侧疏水器运行正常，为了防止空气带水过大，又将疏水器旁路阀保持小开度。但经过分析露点指标，仍然没有任何改善，因此也排除了压缩空气夹水量过大造成露点升高的因素。

图3 仪表空气冷凝器排水系统工艺流程图

2.3 再生分子筛干燥器运行异常

仪表空气系统采用冷干机串联无热再生分子筛干燥器的除水方式，分子筛干燥器在空气脱除水分的过程中发挥着关键作用。干燥器共有2台，内装具有良好吸水性能的分子筛，1台在线吸收干燥空气，另1台再生备用。2台干燥器通过PLC逻辑控制自动切换，每4分钟1次，循环使用。

为了保证干燥器的正常脱水，分子筛干燥剂每年都要进行更换，此次仪表空气露点升高前3个月才更换，分子筛也是之前一直运行良好的同一产品，应不存在吸水性能的差异，检查干燥器运行状况也未发现异常状况，因此可以基本排除分子筛干燥器运行异常的因素，同时也基本断定是因为冷干机运行故障而引起仪表空气露点升高。

2.4 冷干机运行故障

冷干机是冷冻式干燥机的简称，是采用降温结露原理，对压缩空气进行干燥的设备。锦西天然气化工有限责任公司的仪表空气系统，采用的是杭州汉业气源净化设备有限公司的水冷标准型冷干机，主要由热交换系统、制冷系统和电气控制系统3部分组成。来自100C1的压缩空气经过100E100及冷干机进出口预冷器冷却后，进入冷媒蒸发器与制冷剂进行热交换，温度降至2～10 ℃后进入汽水分离器，使空气中的水分及杂质颗粒在此温度下析出，通过自动排水器一起排出机外。干燥的低温空气再经过进出口预热器与热空气进行热交换，温度升高后输出，防止管路结露、结霜，热气旁通阀能根据负荷变化的要求自动调节冷媒的通过量。

冷干机在仪表空气系统中担负着初步干燥除水的作用，一旦工作异常，会使分子筛干燥器负荷加大，无法满足保持压缩空气干燥的需要，造成仪表空气露点升高。

2.4.1 冷却水系统故障

冷干机通过水冷器为制冷压缩机出口气体进行降温冷凝，为蒸发器提供冷量。如果冷却水系统出现故障，冷媒气体无法正常冷凝，会造成蒸发气体温度升高，无法满足压缩空气的冷却需要，造成空气露点升高。在以前的生产运行中，由于冷却水流量调节阀故障及冷却水管线堵塞，几次造成了冷干机运行故障。在采取手动调整水量调节阀加大冷却水量、用温度更低的工厂水取代循环水提供冷却、清理上水过滤器等措施后，仍没有改变空气露点偏高的问题。

2.4.2 制冷剂不足

冷干机采用的制冷剂为氟利昂R22，正常工作压力0.4～0.5 MPa(g)。如果因泄漏等原因造成损耗，而使蒸发器内冷量不足，会由于无法满足为压缩空气降温的需要，从而引起仪表空气露点升高。

在检查确认过程中，冷干机蒸发压力在0.30 MPa(g)左右运行已经有一段时间，可能存在冷媒介质不足的问题。因此，专业人员现场补充氟利昂R22，并对冷媒流程进行仔细地查漏，但未发现明显的泄漏点。重新启动冷干机，并调整热力膨胀阀，运行一周后露点指标仍没有改善迹象。

2.4.3 压缩机运行故障

制冷压缩机是为冷干机运行提供制冷动力的的关键设备，一旦发生故障，势必影响空气的换热冷却。但由于采用的是全封闭式活塞压缩机，排气量是固定的，正常工作中压缩机的工况也基本不变，检查难度很大。

在加注了制冷剂R22，并对热力膨胀阀、热气旁通阀及水量调节阀进行反复调整后，仍没能改善空气露点偏高的问题。但在调整阀门的过程中，发现调整度大大偏离原位置，压缩机本体温度仍然较高，时常造成因温度保护而停机，而且冷凝压力不足，因此，可以断定是由于压缩机的问题引起冷干机运行故障，从而引起空气露点偏高。

3 处理措施

经过多日排查，确定为冷干机制冷压缩机运行故障造成了仪表空气露点偏高，但由于冷干机压缩机采用的是全封闭式活塞压缩机，进行检查维护十分困难，只能更换。

(1)2016年9月1日，整体更换制冷压缩机，重新调整热力膨胀阀、热气旁通阀及水量调节阀，仪表空气露点达到-40 ℃的合格指标，经过进一步的调整优化冷干机运行状况，9月5日后，仪表空气处理系统恢复到正常运行，露点指标稳定在合格范围内，彻底排除了仪表空气运行隐患。

(2)解体检查故障压缩机，进一步确认故障发生点。解体后发现压缩机2个气缸入口阀片都有不同程度的断裂泄漏情况，其中1个气缸中的活塞曲轴连杆折断，因此造成压缩机功率严重下降，无法满足制冷需要。制冷压缩机断裂的曲轴见图4。

图4 制冷压缩机曲轴连杆折断

(3)加强了冷干机运行维护。发现异常及时解决，并每天检查压缩机运行工况，防止因结霜而发生“液压缩”或过热损坏，防止故障扩大化。

4 结语

仪表空气露点升高，为装置安全运行埋下隐患，在检查处理过程中，采取先易后难、先简后繁的原则，确认冷干机制冷压缩机损坏，并进一步确认压缩机活塞阀片部分断裂、曲轴连杆折断，影响了冷干机冷却干燥效果。此次故障得以圆满处理，且未造成严重后果，但仍提醒我们，在日常生产运行维护中，应注意细节，精细操作，提早发现生产隐患，保护设备运行安全，减少故障损失，保证装置安全、连续、稳定运行。