新疆美克化工股份有限公司 新疆维吾尔自治区巴音郭楞蒙古自治州 841000
摘要：某企业现有两套全低压控温设备，自投产以来氮氧纯度和产量均满足生产要求，不过该设备在夏季使用后，会由于温度升高出现多次预冷系统冰机、蒸发器列管故障和冷却塔、水灯塔填料结垢事故，对空分系统能正常运行，产生严重影响。本文从提升空气预冷系统冷却效果的作用入手，阐述空分预冷系统结垢故障的原因，最后提出空分预冷系统结垢故障的预防措施，希望可以提升系统的水循环能力，实现空分系统的稳定运行。
关键词：空分预冷系统；结垢故障；分析；预防措施
该企业的冷却塔利用两段计循环水方式，其中下段喷淋作为冷却塔的氮污换热水，上段喷淋作为和精馏塔污氮换热后再经过冰机排出的冷冻水，当冷冻水处于较低环境时，直接进入空冷塔上段和压缩空气换热，不过这一过程会出现冰机蒸发器换热器结垢问题，进而导致停车，对空分系统运行造成不利影响。水冷塔的循环水自顶部喷淋经过填料和污氮处理达到换热目标，之后冷冻水会经过冷冻泵加压到1.2兆帕并进入冰冷机冷却，其中一部分回流到水冷塔，另一部分直接进入空冷塔和空气换热，回流的冷水会出现大量水垢，对分布器的效果产生严重影响。
一、提升空气预冷系统冷却效果的作用
首先有利于达到良好的经济效益，通过降低空气冷却塔的出口温度可以减少含水量，延长吸附剂的使用寿命，进而节约大量的生产成本。
其次可以减少纯化器特殊再生次数，如果冷却塔出口空气温度过高，会造成水量偏大和加大纯化气负荷，通过提升空气预冷系统可以减少特殊再生时的加热、降温等次数，也可以减少温水费用。
最后，可以减少故障停车时间，冷却塔出口温度偏高，将造成出口含水量加大、二氧化碳严重超标，还会造成膨胀机损坏，不能保证空分装置的正常运行，使得非计划性停车经常出现，通过提升系统的冷却效果可以解决这一问题[1]。
二、空分预冷系统结垢故障的原因
首先是循环水水质较差。该空分设备投入正常生产后，连续两个月的正常运行，突然出现空分遇冷系统冰机运行的不稳定情况，启动后出现蒸发器皿吸气压力较低、运行负荷较大，在运行5-10分钟后突然跳停，在电气检查和冰机排查检查后未发现故障，初步判定是由于氟利昂不足，通过加入氟利昂再次启动发动机组，运行5-10分钟后再次出现跳停情况，最后使得控分系统减负和运行，通过冰机内部检查发现存在大量灰色结晶，经化验为碳酸钙和泥沙混合物。在故障发生之前，其中一套系统可以单独运行，但是循环水的水质较差，加之一次水水量不足，不能大量更换水池，使得大量泥沙混合物在空分系统换热器中存在，通过检查发现膨胀机的通道阻力显著上升，使得正常运行受到不利影响，对于另一套空分系统来说，由于分子筛长期处于18℃（高于8-10℃的温度）使得分子筛吸血量持续增加，也还有部分水沉积在分子筛床的下部不能吹除干净，导致操作工反复增加加热时间而未增加冷吹时间，造成冷吹结束后温度上升至35摄氏度左右[2]。
导致故障出现的原因在于循环水的水质不佳、含有大量的细沙，并且补水量不足，使得很多泥沙进入到换热器当中，在循环水的使用期间，砂滤系统也没有正常投入使用，使得白色结晶十分严重，水管道中会覆盖厚度达到3毫米的泥沙和结晶。有效的预防措施为空分减负荷生产，然后循环清洗冰机蒸发器，为了实现清洗后设备的正常运行，需要加强巡检次数，严格控制冰机的各项参数，同时要加强循环水水质的检测，每天对一次水进行取样和对循环水取样分析之后，要使用沙滤系统确保循环水的浑浊度保持在合理范围内，最后要在循环水入水口和一次水补水口加装过滤网。
其次，工艺过程的影响。从氮污的蒸发情况来看，循环水经过加压后会进入冷却塔，在分布器的作用下均匀分布在填料上，并且大量的低温氮污填料进入下层，由氮污的显热和潜热进行逆向对流换热，这一操作过程导致循环水温度从31℃下降到13℃，同时也让循环水蒸发浓缩，造成了水垢的大量形成和集聚情况。从低温对冷够的影响情况来看，循环水在冷却塔的冷却作用下，水温从原有31℃下降到13℃，之后经过冷冻水泵加压上升到1.2兆帕，进入到冰机蒸发器和氟利昂做二次换热，将温度再次降低到6-8摄氏度，最后进入到空冷塔和空气换热。经工艺过程分析发现，冰机蒸发器出口温度在4-6℃该条件下可能造成含有饱和的碳酸钙晶核以及微晶体的冷冻水析出五水碳酸钙和六水碳酸钙混合结晶体，然后在管道壁上附着，这种晶体是一种亚稳态的碳酸钙晶体，常温下会失去结晶水转为稳定的无水碳酸钙。在循环水中加入阻垢分散剂后可以让部分表层附着物迅速脱落，随着流动的水进入到管道分布器和填料周围，因冷冻水进入到冷却塔和压缩空气当中再次换热和蒸发，使得低温不饱和的五水碳酸钙和六水碳酸钙结晶温度进一步降低[3]。
在解决措施和方案中，因水冷塔、空冷塔和工艺管道内部都出现大量的结垢，所以需要把空冷塔水冷塔填料拔出，然后进行彻底清洗，同时也需要人工清理分布器和工艺配管，利用外设备补水，加入适量氨基磺酸，再利用冷冻水泵自循环，清洗空冷塔水龙塔和工艺管道。为了有效解决循环水和氮污的二次蒸发浓缩问题，需要技术人员安装单独的加药装置，也就是在冷冻水泵的进口放入足够缓蚀剂。此外，为了解决低温状态下出现无水碳酸钙和六水碳酸钙结晶问题，需要在冰机出口，温度中将其尽量控制在10℃，需要强调的是，要避免在结垢温度区间调整，在调整后的设备运行一个月后，检查冰机内部不存在结垢现象，则代表系统可以正常运行。具体说来要把握以下三个方面：其一，在冰机出口温度的控制上要保持在10℃；其二，要定期对冷冻水泵进口过滤器清理；其三，需要制定详细的空分设备检查记录。
三、空分预冷系统结垢故障的预防措施
其一，空分系统处于长期停车状态下，需要把空水塔中的液位排空，在开车前利用冷冻水泵清空水塔中的水分并将其排放到地沟，直到排水口的水质清澈；第二要对循环水的水质严格控制在系统运行，前期要让循环水达到控制指标；其三需要加强巡查，遇冷加药设备，避免设备无药情况，并且根据温度变化调整药量；其四如果循环水较脏不可拆除过滤网数量，可以利用功率较大的循环水泵减少清洗周期；第五，技术人员要根据外界的气温变化调整循环水和冷冻水加药量，避免出现冷垢的情况，同时要定期取样分析循环水和冷冻水，分析水质情况。其六，在设计过程中，不仅要考虑到空分设备的安全运行情况，还要思考如何避免各类安全事故的发生；最后技术人员需要定期接受专业知识和相关培训，以此提升自身操作水平，能够随时对参数的变化进行曲线分析[4]。
结束语：
综上所述，在空分设备市场竞争日趋激烈的今天，大型空分设备的发展十分迅猛，不过部分企业的空气遇冷系统设计存在一些问题和遇冷系统配置不科学问题，导致水资源和电力资源的大量浪费，需要明确出现故障的原因，采取科学的预防措施，进而实现我国化工行业的健康发展。
参考文献：
[1]韦磊, 季为驰, 郭兴建,等. 空分预冷系统氨冷器结垢原因分析与改进措施[J]. 中氮肥, 2018, No.201(03):66-69.
[2]王辉, 吴磊. 深冷空分预冷系统存在的问题分析与改进[J]. 化工设计通讯, 2018, v.44；No.192(06):116-117.
[3]祁二小. 空分装置预冷系统冷冻水改造[J]. 化工设计通讯, 2019, 45(01):18+52.
[4]曹宝喜. 空分装置预冷系统改进及分析[J]. 冶金动力, 2018, 000(010):19-21,27.