李宏阳

（中海石油华鹤煤化有限公司，黑龙江 鹤岗 154100）

1 概述

中海石油华鹤煤化有限公司（简称华鹤公司）配有1 套KDON-45000/53500 型空气分离装置，采用分子筛系统吸附净化，增压透平膨胀机空气进下塔，氧氮产品气内压缩的工艺流程。膨胀机制冷系统配有两台膨胀机组，一台为国产机组，一台为进口机组，在全系统进行生产时为进口膨胀机组运行制冷，国产膨胀机组停机备用状态。2017 年7 月进口膨胀机因通讯故障跳车，启动国产膨胀机运行维持生产，检修结束后，为了进行检修后运行试验，需要在线切换膨胀机运行。

2 膨胀机制冷系统介绍

增压机二段出口的工艺空气，压力为2.7MPa，温度为40℃。其中有63000Nm3/h 的工艺空气进入增压透平膨胀机，经膨胀机增压端加压至4.0MPa 后，进入冷箱的高压板式换热器与反流的氧氮产品气和污氮气换热，温度被降至-110℃，再经膨胀机膨胀端膨胀至压力0.485MPa，温度-173℃后，进入到精馏塔的下部。增压透平膨胀机通过等熵膨胀产生大量冷量，占空分装置总制冷量的70%左右。

3 切换过程风险分析及应对措施

在2 台膨胀机组进行切换的过程中，由于增压机来的总气量一定，切换过程会导致高压板式换热器正向流动热气源发生改变，导致板式换热器冷热平衡稳定状态被破坏，出现跑冷现象。所以我们在切换的时候重点关注高压板式换热器的跑冷情况，尽量缩短平衡被破坏的时间。避免出现以下风险：一是正流热气源减少，冷热平衡破坏跑冷损失严重，氧氮产品气体送出温度快速下降，导致氧泵氮泵联锁停车，装置生产中断；二是在切换过程操作过快，在国产膨胀机组退气的时候，导致增压机组憋压发生喘振，切换失败。

根据我们分析的切换风险，应对的总体思路就是控制切换过程气量的变化，稳定高压板式换热器冷热平衡，制定预防措施主要有以下几点：一是提前减少一部分产品气体送出，减少冷量采出，缩短在切换过程中正流气体减少，跑冷现象发生时间；二是在进口膨胀机组启动时，会出现增压机二段流量发生改变，注意运行机组的转速及压力变化，在进口机组提压过程中，国产机组要先降负荷，退回部分工艺气，避免出现压缩器入口气量不足的异常状态发生；三是控制两台机组的回流阀开度，在进口机组启动后，增压端初期排气压力低于国产机组，气体处于一个全回流状态，随着切换的进行，转速的提高，增压端排气压力会逐渐高于国产机组，这时国产机组的气量处于全回流状态，要及时开大国产机组回流阀，这个过程要注意气体温度和气量以及机组振动的变化；四是国产膨胀机组停机前应将负荷降至最低，防止停机时退回的气量造成增压机喘振动作，导致运行进口机组转速升高。

4 切换过程

4.1 第一次切换

（1）由于国产机组油压是手动通过回流阀调整，需要现场操作人员到国产膨胀机油压回流阀处，做调整油压准备，国产膨胀机在调整负荷的时候，油压会有波动，并且带有油压低联锁0.14MPa 停机，需稳定油压在0.25MPa 左右。

（2）按着进口膨胀机组启动操作规程，现场依次打开进口膨胀机增压端入口阀V01451，出口阀V01454，膨胀端入口阀V01461，出口阀V01463，做启动前准备，通知空压机组岗位稳定增压机二段出口压力在2.6MPa 以上，告知在给国产膨胀机降负荷的过程中，二段出口压力会有大的涨幅。

（3）通知到调度，得到允许切换指令后，开始缓慢降低国产膨胀机负荷，通过开大回流阀HV01458 和关小导叶HC01452，降低膨胀机转速（以每次阀位2%的速率进行调整），使运行转速19800rpm 缓慢降到10000rpm，具备启动进口膨胀机条件，在降的国产机组负荷过程中，增压机三段出口压力缓慢提高至6.8MPa 以上，维持高压板式换热器冷热平衡，防止出现跑冷损失。

（4）进口膨胀机联锁复位后启动，15 秒内通过最低转速5000rpm，在将转速缓慢提高至13000rpm 时，运行十分钟观察机组运行参数，准备过临界转速区，在膨胀空气总量不变的情况下，继续缓慢降低国产膨胀机的负荷，在国产膨胀机降到5000rpm 后停运国产膨胀机。

（5）机组二段压力保持2.6MPa 以上，告知机组岗位准备过临界转速区，开进口膨胀机导叶HC01409，关回流阀FV01457，进行快速过临界转速13500 ～16500rpm，转数在达到16500rpm 时，由于密封气压差波动到低联锁值50kPa，导致进口膨胀机联锁跳停。

（6）两台膨胀机组停车后，高压氮气外送温度迅速降低，失去制冷来源，因冷量不足，精馏塔氧液位也逐渐降低，立即通知气化炉减煤浆量退产品负荷进行缓解，为了防止主冷液位过低触发氧泵联锁，又迅速启动国产膨胀机组，维持生产运行。

4.2 第二次切换

（1）为防止再次出现跳停事件，安排现场工艺操作人员到进口膨胀机组密封气调节手阀处，准备进行人为跟踪密封气压差。

（2）按第一次切换操作步骤（1）～（5），进行第二次切换操作，重新启动进口膨胀机组进行切换，在过临界转速区时，放慢冲转速度（180 秒内通过就不会出现联锁跳停），通过对讲机沟通，人为稳定密封气压力，最终进口机组成功度过临界转速区，进入运行转速阶段。

（3）通过调整高压板式换热器污氮气和氧氮气取出量，使高压板式换热器达到冷热平衡，恢复装置生产运行负荷。

5 切换过程分析

5.1 跳车原因分析

第一次切换失败后，对密封气压差低造成的膨胀机跳车进行原因分析，膨胀机启动后，密封气系统由外供转为机体自供，在缓慢增加到临界转速区前时，密封气压差未发生变化，随着转速的升高，密封需求气量增大，而从增压段出来的密封气经过自力式调节阀进行调节，密封气量没有及时供应，怀疑阀门组件出现问题，联系仪表对阀门进行检查，发现自力式调节阀内弹簧故障，失去调节能力，导致在快速通过临界转速区的时候密封气量不足，膨胀机联锁跳停。由于此阀门没有备件，不具备检修条件，所以未对自力式调节阀进行下线检修，经过商议决定在第二次切换的时候，工艺人员到现场进行手动调节，保证密封气压差稳定，继而完成切换操作。

5.2 切换数据分析

表1 切换过程数据变化

在进口机组启动后，膨胀空气量瞬间增加了10000Nm3/h左右，国产机组膨胀端入口压力未出现大浮动，两台机组低负荷同时运行，没有出现膨胀空气量不足的问题。由表1 在线切换数据得出，在低负荷运行的情况下，膨胀空气管线存在一定的富余量，因此瞬间增加10000Nm3/h 膨胀空气，对膨胀空气压力影响不明显，进口膨胀机启动后的分流效果也不明显，判定在增压机二段出口空气总量一定的情况下，提前降低运行机组负荷至50%以下，分出一定膨胀气量启动另一台机组，是满足启动条件的，在切换过程中，控制好气量变化，可以顺利完成膨胀机组的在线切换。

5.3 存在不足

由于岗位工艺人员都没有膨胀机在线切换经验，此次切换前，联系后系统退回氧氮产品气量不足，在膨胀机意外跳停后由于缺少一股热源，导致高压板式换热器冷热失衡，热端温差下降过快，产品气温度接近联锁值（-5℃），虽然后期又紧急退回一部分氧氮量，稳住系统运行，仍对高压板式换热器及精馏塔指标造成了大幅度波动。

6 结语

在空分装置生产运行时，膨胀机组采用一开一备的状态，备用的膨胀机应处于密封气、油系统正常投用，管线设备维持正压状态。当运行膨胀出现故障需要停车检修的时候备机能及时的在线切换；防止运行膨胀机跳车时，备机能够正常启动运行，避免装置停车风险。此次两台膨胀机的切换过程给我们积累了切换操作经验，收集了切换数据，为将来可能进行的切换操作建立参考点。从本次切换实践数据来看，膨胀机的在线切换只要准备充分、组织有序，可以实现不减氧或少减氧的方式完成切换，减少经济损失。