吴 波，郝红梅
（河南豫光金铅股份有限公司，河南 济源459001）
［摘 要］河南豫光金铅股份有限公司制氧厂10 000 m3/h空分装置（另有1套6 000 m3/h空分装置，当前只在10 000 m3/h空分装置大修时才会启用）采用氧氮外压缩流程，投运以来均能达标达产。2024年5月10 000 m3/h空分装置例行停车维保（大修时间近1个月），2024年6月3日系统重启过程中出现了加工空气量严重不足而无法正常运行的事故，经分析与排查，认为是主冷（板翅式换热器）液氮通道侧进口处出现堵塞（冰堵）所致。2024年6月6日10 000 m3/h空分装置冷箱开始排液后“大加温”，6月10日运行正常、恢复供气。总结本次事故的经验教训，指出今后务必按照厂家提出的技术要求制定操作规程并认真执行，精细化操作，保障空分装置的安、稳、长、满、优运行。
［关键词］空分装置；加工空气量不足；原因分析；主冷液氮通道堵塞；冷箱“大加温”；经验教训
［中图分类号］TB657.7 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2025）03-0069-05
0 引 言
河南豫光金铅股份有限公司（简称豫光金铅）制氧厂2010年2月建成投产1套KDONAr-10000/3600/320型10 000 m3/h空分装置，采用分子筛吸附净化、增压透平膨胀机制冷、无氢制氩、氧氮外压缩流程。豫光金铅制氧厂另有1套KDONAr-6000/2000/180型6 000 m3/h空分装置（于2005年初建成投产），采用分子筛吸附净化、增压透平膨胀机制冷、无氢制氩、氧氮外压缩流程，当前每1～2 a其只在10 000 m3/h空分装置大修时才会启用。
豫光金铅制氧厂10 000 m3/h空分装置设计加工空气量54 000 m3/h、氧气（纯度99.6%）产量10 000 m3/h。投运以来均能达标达产。2024年5月本套空分装置例行停车维保（大修时间近1个月），2024年6月初系统重启过程中，出现了加工空气量严重不足而无法正常运行的事故，分析与排查症结所在，最终通过冷箱“大加温”解决了问题，并提出了整改措施。
1 事故经过
豫光金铅制氧厂10 000 m3/h空分装置一般连续运行1～2 a后会根据下游炼铅生产线的用气（1.60 MPa中压氧气、1.0 MPa低压氮气及0.45 MPa仪表空气）情况同步停车大修维保。2024年5月9日10 000 m3/h空分装置停车排液，之后空分冷箱处于静置自然复温状态，由6 000 m3/h空分装置通过低压氮气并网管道向10 000 m3/h空分冷箱上塔内充入氮气，维持整个冷箱内塔器等设备呈正压，防止吸入湿空气。本次大修10 000 m3/h空分装置主要进行了空压机转子更换、同步电机返厂维保、中冷器抽芯清理、氧气透平压缩机解体维保、分子筛纯化器切换阀更换、空冷塔/水冷塔分布器及各换热器清理、安全阀校验、配电柜清灰紧线等维保工作。各项维保工作结束后，于2024年6月2日11：15启动空压机，10 000 m3/h空分装置开始重启，此时的冷箱仍处于低温状态，正流空气进下塔温度（TI-1）-39 ℃、主冷凝蒸发器（简称主冷）液氧侧温度（TI-2）-87 ℃、主冷液氮侧温度（TI-3）-84 ℃、粗氩塔Ⅱ冷凝器液空侧温度（TI-701）-63 ℃、粗氩塔Ⅱ冷凝器液氩侧温度（TI-702）-63 ℃；6月2日12：44，开启2台膨胀机（正常生产中一开一备）进入冷却阶段；6月3日11：00，主冷液氧液位（LI-2）升至1 750 mm，进主（精馏）塔加工空气量（FI-1201）55 464 m3/h，下塔液氮节流进上塔阀门（V2）开度50%、下塔液空节流进上塔阀门（V1）开度100%，随后将V1开度减至85%，FI-1201降至52 000 m3/h。6月3日11：00—12：00，主塔工况连续出现5次波动，FI-1201典型波动数据为56 685 m3/h→49 532 m3/h→55 870 m3/h→47 313 m3/h→58 406 m3/h→49 937 m3/h→58 656 m3/h→51 107 m3/h→60 082 m3/h→49 568 m3/h→61 546 m3/h，在分子筛纯化器均压切换之后，FI-1201不再波动，稳定在55 271 m3/h左右；但下塔阻力（PdI-1）由5 kPa开始一直上升，至6月3日12：30时PdI-1达23 kPa后平稳，此时FI-1201为55 186 m3/h且较为平稳，于是将V1开度由73%增至87%，PdI-1逐渐降至12.1 kPa后趋于平稳，此时FI-1201达57 876 m3/h，且仍为2台膨胀机运行，1#膨胀机流量（FI-441）11 508 m3/h、2#膨胀机流量（FI-442）11 009 m3/h、LI-2为2 600 mm、下塔液空液位（LIC-1）350 mm、PdI-1为13.2 kPa、V1开度76%、V2开度48%，主塔工况处于正常开车状态。
2024年6月3日15：50，停运2#膨胀机、1#膨胀机单机运行，FI-1201降至44 535 m3/h，FI-441为8 842 m3/h；6月3日16：00，V2开度由48%增至65%，FI-1201升至52 000 m3/h；6月3日16：10，PdI-1由15.4 kPa开始上涨，半小时后达到满量程30 kPa，LI-2则较快下降；6月3日17：00，LI-2为1 100 mm、LIC-1为360 mm，于是开大1#膨胀机喷嘴加大制冷量，此时FI-1201为47 282 m3/h、LI-2由1 145 mm开始上升；6月3日19：00，V2开度由65%减至47%，FI-1201降至44 891 m3/h，即减小V2开度能使FI-1201下降；6月3日20：00，PdI-1由30 kPa降至23 kPa，此时LI-2为2 560 mm、LIC-1为345 mm、FI-1201为45 800 m3/h、V1全开，按照系统调纯步骤，V2开度由65%减至49%、V1开度由100%减至83%、FI-1201为41 118 m3/h；6月3日22：00，LI-2为2 300 mm、LIC-1为342 mm、V1开度由65%增至100%、V2开度由53%减至49%、PdI-1满量程30 kPa、FI-441为8 955 m3/h、FI-1201为47 766 m3/h，此时加工空气量明显偏小。这期间将下塔液氮回流阀（V11，属低温角式截止阀）由正常生产时的开1.5圈缓慢增至全开，FI-1201未见增大。而大修前10 000 m3/h空分装置正常生产期间，V11开度对进主塔空气量特别敏感，是改变加工空气量、调整空分装置运行负荷的主要手段，V11开度稍微动1/10圈就会引起FI-1201的明显变化——开大V11，FI-1201会上升；关小V11，FI-1201则会下降。
上述工艺参数显示，进主塔加工空气量严重不足，而10 000 m3/h空分装置本次大修停车前主塔主要工艺参数：FI-1201为55 889 m3/h（指标值54 000 m3/h）、FI-441为8 484 m3/h（指标值9 000 m3/h）、LI-2为2 560 mm（指标值2 600 mm）、LIC-1为660 mm（指标值600 mm）、PdI-1为13.4 kPa（指标值12 kPa），出冷箱氧气产量（FI-104）11 105 m3/h（指标值10 000 m3/h）、出冷箱低压氮气流量（FI-109）22 879 m3/h（指标值20 000 m3/h）。
2 原因分析与排查
针对本次10 000 m3/h空分装置大修后重启过程中进主塔空气量严重偏小问题，据可能原因进行了如下尝试处理与排查。
2.1 主精馏塔下塔发生液悬故障可能性的排查
在精馏塔内，如果塔板（塔盘）上的液体无法顺畅沿溢流斗流下，会造成溢流斗内液面越涨越高，直至与塔板上的液面持平，这种现象称为液悬（或液泛）。空分装置主塔出现液悬往往是空气量大、塔板筛孔被干冰（固态CO2）或分子筛吸附剂粉末等堵塞、下流液体量过大等原因造成的。起初怀疑下塔发生了轻微液悬故障造成下塔阻力超标、空气量加不起来。经综合考虑，2024年6月3日23：00关闭10 000 m3/h空分装置纯化空气进入冷箱阀门（V1220），中断开车，停止向主塔内进气。冷箱静置半小时后，重新向主塔内导气，但工况稳定后主冷液氧液位（LI-2）2 330 mm、下塔液空液位（LIC-1）394 mm、下塔液空进上塔阀门（V1）开度49%、下塔液氮节流进上塔阀门（V2）开度48%、下塔阻力（PdI-1）为满量程30 kPa、进主塔加工空气量（FI-1201）38 119 m3/h。V1关小时，LIC-1能够上升；V1开度98%、V2开度68%时，PdI-1满量程30 kPa、LI-2为2 870 mm、LIC-1为340 mm、FI-1201为51 236 m3/h，表明流经V1的是气体，才会使进主塔加工空气流量变大，V2开大，主冷有换热作用，但无法进行调纯；当V1开度减至50%准备积累下塔液位时，FI-1201降至43 891 m3/h，系统工况没有得到改善，进主塔空气量仍偏小。故排除了下塔发生液悬故障的可能。
2.2 主冷液氮侧有不凝气集聚可能性的排查
怀疑主冷液氮侧有不凝气集聚，导致主冷的有效换热面积减小。于是，2024年6月4日中午开始将主冷不凝气吹除阀（V313）打开进行排放（保持数小时），连续排放出的一直是气体，但系统工况未见任何改善。故排除了主冷液氮侧有不凝气集聚这一可能。
2.3 主冷液氮回流管有气体集聚可能性的排查
更多内容详见《中氮肥》2025年第3期