李罗真， 孙丰泽

(海洋石油富岛有限公司， 海南东方 572600)

中海石油化学股份有限公司海南富岛化肥一期尿素装置，采用意大利斯纳姆公司的氨汽提尿素生产工艺以及海德鲁流化床大颗粒尿素生产工艺，设计产能为1765 t/d，主要生产粒径为2.0～4.8 mm的大颗粒尿素。该装置自1996年10月投产以来已连续运行近26a，其间雾化空气压缩机(K-151)多次出现故障。分析其产生的原因，并提出改进措施和操作优化，保证设备的安全稳定运行。

1 雾化空气压缩机工艺流程

环境空气经过雾化空气过滤器滤网后，进入雾化空气压缩机，空气被压缩后进入雾化空气加热器加热至129～135 ℃，送入每一组雾化空气喷嘴，使尿液雾化形成极细雾点喷涂到晶种表面。经过一定的造粒时间，晶种长大到规定尺寸[1]。雾化空气加热器为翅片管式换热器，材质为碳钢，壳侧走的是空气，管程走的是蒸汽。正常生产中，采用压力为2.15 MPa的中压饱和蒸汽对雾化空气风机提压的空气进行加热，蒸汽冷凝液通过中压冷凝液管线回收到蒸汽冷凝液储槽。雾化空气压缩机若发生故障，直接影响尿液雾化效果，导致尿素结块，粉尘量增大，水含量升高，造粒系统工况恶化。雾化空气压缩机工艺流程示意见图1。

图1 雾化空气压缩机工艺流程图

2 故障分析及处理

2.1 雾化空气压缩机进口叶片损坏

2007年6月18日23:54，雾化空气压缩机振动值上涨，现场确认风机声音异常，主控指令现场手动停运雾化空气风机；23:58时，现场手动停雾化空气风机。经停车后解体检修，确认进口风门叶片断裂，导致叶轮叶片端部磨损约12 mm，设备被迫解体大修[2]。分析原因如下：

(1) 叶片焊接处应力大，雾化空气压缩机进口导叶组件由11套导向叶片圆周均匀分布构成。单片叶片设计成倒扇形，在转轴中心位置沿轴向开有竖槽，叶片插入竖槽中，采用焊接方式进行连接。转轴通过连杆锁紧螺栓固定在风机进口执行机构上，导致叶片单面承受风力载荷。从力学角度看为悬臂梁受力，叶片焊接处应力较大。

(2) 叶片和转轴的材质为304不锈钢，强度较差。

(3) 本装置处于海洋性气候地区，空气中富含的氯离子对不锈钢的钝化膜有较强腐蚀作用。

(4) 本次事故发生前，雾化空气压缩机在风门关闭的状态下运行了较长时间，加大了叶片单方面受力。

处理措施：

(1) 把叶片和转轴的材质更换成2Cr13，提高其抗疲劳强度。

(2) 叶片竖槽直边处加工倒圆角，减少叶片受到的应力。

(3) 风机启动后，电机电流恢复正常，风门要及时脱离小阀位状态，尽量将风门调整至正常生产位置。严禁在风机启动后长时间关闭风门。

(4) 风机在启动过程中，主控要联系现场岗位确认风机振动情况。

(5) 改造雾化风机防喘振系统控制方式，在造粒机保料运行、排料、返料等情况下，通过手动打开出口放空阀方式控制出口压力，同时保证入口风门保持一定开度。

经过以上措施后，雾化空气压缩机进口导叶运行良好。

2.2 雾化空气加热器结垢变形

2017年12月，工艺人员发现雾化空气换热器蒸汽控制阀在自控状态下逐渐开大。特别是环境温度低时，即使蒸汽控制阀在全开状态下，仍然不能满足工艺需求。为了使雾化空气温度达到129～135 ℃，工艺人员采取了在蒸汽控制阀全开的情况下，同时开蒸汽控制阀副线阀来调节温度，可以满足生产需要。1个月后，全开蒸汽主线和副线阀，雾化空气温度在白天气温升高时可以达标；到晚上环境温度下降时，必须开蒸汽冷凝液疏水器副线来提高温度，导致蒸汽直接进入中压冷凝液管线中，造成管线带动蒸汽冷凝液储槽一起晃动，为装置安全运行埋下较大隐患。

2018年3月，尿素装置计划停车检修，安排对雾化空气加热器检修。将雾化空气加热器吊到地面后，检查发现换热管存在大量结垢现象(见图2)，导致换热效率严重下降，无法满足工艺需求[3]。分析原因如下：

图2 雾化空气加热器换热管结垢

(1) 雾化空气进口滤网破损，空气中粉尘进入风道中，导致加热器表面翅片结垢。

(2) 风机进出口管线及进口消音器、过滤器固定壳体材质都是碳钢。由于使用年限过久，表面防腐层脱落后生锈，部分铁锈脱落后附着在加热器翅片上。

(3) 该加热器位于距地面10 m高的位置，没有观察孔，日常检查维护不方便。大修期间用水射流对加热器进行清洗，清洗不彻底。随着设备运行时间延长，加热器结垢情况越来越严重，最终导致雾化空气温度难以达标。

处理措施：

(1) 将设备吊到地面，先用水射流清洗翅片表面附着物。

(2) 把加热器放到上方敞口的储槽内，加入公用水和高级空调设备翅片洗涤剂，浸泡1 h左右，将洗涤液排放到清污分流系统内，避免污染环境，最后用清水将加热器冲洗干净。

(3) 加强日常维护，发现进口滤网故障后及时更换。

(4) 采购新备件，将风机进口消音器、过滤器固定壳体的材质更换成不锈钢。

(5) 更换风机进口空气过滤器，采用精密度更高的空气过滤器，进一步减少进入风机的空气粉尘量。

2018年4月，尿素装置恢复正常生产，雾化空气加热器蒸汽调节阀恢复到正常阀位，雾化空气温度达标。

2.3 雾化空气压缩机油冷器换热效果差

雾化空气压缩机润滑油系统由油箱、主辅油泵、油冷却器、油过滤器等组成。其流程为：油箱→油泵(P155/P156)→油冷器→油过滤器→进入各润滑点。润滑油系统流程见图3。

T-155—油箱； P-155—主油泵； P-156—辅油泵； E-154A/B—油冷器； S-154A/B—油过滤器； L-150—造粒机； K-151—雾化空气压缩机。

正常情况下，工艺人员控制雾化空气压缩机润滑油温度为45 ℃。2019年后，润滑油温度逐渐超出正常控制范围，最高达到69 ℃，导致雾化空气压缩机止推轴承温度最高达到79 ℃。当止推轴承温度为110 ℃时，K151联锁跳车。

原因分析：

(1) 装置停车检修时，对油冷器(E-154A/B)解体时发现，列管结垢锈蚀严重(见图4)，导致换热效率严重下降，无法满足工艺需求[4]。

图4 油冷器换热管结垢锈蚀

(2) K151油冷器循环水侧处于装置末端，油冷器冷却水进出口压差小，冷却水流速慢，换热效率低。

(3) 虽然大修期间用水射流对油冷器进行清洗，但清洗效果不佳，随着设备运行时间的延长，加热器结垢情况越来越严重。

处理措施：

(1) 当雾化空气压缩机止推轴承温度达到78 ℃时，工艺人员对油冷器循环水侧采用正冲或反冲的方式，加快循环水流速，提高换热效率。温度下降5 ℃时，停止正冲或反冲作业。

(2) 对油冷器循环水侧进行改造，从循环水回水总管接一根管线引至附近污水井，当润滑油温度高时，采用连续排放循环水的方式，提高换热效率，降低润滑油温度。

(3) 加快推进油冷器更新换代速度，采购新换热器。

通过以上措施，雾化空气压缩机润滑油温度处于可控范围。

3 其它改造

为了进一步保证雾化空气压缩机安全稳定运行，工艺人员还进行以下改造。

(1) 对电机温度联锁进行改造，绕组温度联锁从3选1变成3选2，前后轴温度从单点联锁变成2选2，避免温度误报造成雾化空气压缩机跳车。

(2) 对开停方式进行联锁更改，设定为雾化空气压缩机停运时出口放空阀自动全开。出口放空阀开度在95%以上时，雾化空气压缩机才具备允许启动条件。

(3) 针对温度探头端子容易锈蚀导致误报情况，将金属端子更换成陶瓷端子，进一步保证温度的可控性。

(4) 对雾化空气压缩机防护顶棚进行改造，增强防水功能，避免雨水进入润滑油系统损坏仪表附件；同时将雾化空气压缩机开关按钮移至空旷区域，方便工艺人员操作。

4 改造效果

经过以上相关改造，目前雾化空气压缩机运行良好，有效保证了造粒装置安全稳定运行。

5 结语

对雾化空气压缩机故障的原因进行分析，并对其进行更新改造。一系列措施对维护好雾化空气压缩机有一定的指导意义，进一步保证了装置的安全稳定运行。