兰州石化污水处理厂化工污水处理车间 甘肃兰州 730000
摘要：制氧系统设备是化工污水处理装置的关键设备，也是为后序臭氧流程提供氧气气源的关键设备。然而去除COD和水质脱色主要依靠于臭氧，因此制氧设备长周期稳定运行是确保化工污水处理装置实现出水稳定达标排放的前提和保证，同时也是我们设备管理工作的重点。基于此，本文总结了影响制氧设备长周期稳定运行的主要因素，并提出对策。
关键词：制氧设备；长周期运行；影响因素；对策
1VPSA制氧系统情况简介
化工污水处理车间制氧系统由江苏昆山锦程气体设备有限公司制造，采用两塔制常压吸附真空解吸工艺（以下简称VPSA）。设计氧气产量为400~450Nm3/h，产品纯度为90%~93%。配套主要设备由螺杆空压机、罗茨鼓风机、罗茨真空泵、高频切换气动阀、吸附塔和氧气压缩机等组成。两座吸附塔交替进行吸附—解吸—冲压，其中水、二氧化碳及少量其它气体组分在吸附塔入口处被装填于底部的活性氧化铝所吸附,随后氮气被装填于活性氧化铝上部的沸石分子筛所吸附，从而获得90%~93%的氧气。
2VPSA制氧设备常见故障因素分析及对策
化工污水处理车间制氧系统自2017年9月投产至今，已运行近3年时间，总体来看设备运行情况平稳。但在制氧系统开车之初，由于该系统新设备在运行过程中发现存在一定的缺陷，导致故障率较高。制氧系统自运行以来，共发生故障9次。其中由于高频气动蝶阀原因的出现故障4次，占故障总数45%，且都是因阀门动作延迟造成联锁停车；另外，螺杆空压机与分子筛各出现2次故障，各占故障总数的22%；其他故障分布在罗茨真空泵设备制造缺陷。下面着重对高频气动蝶阀、螺杆空压机、吸附塔分子筛三部分进行分析说明。
2.1高频气动蝶阀
2.1.1高频气动蝶阀故障情况说明
2018年3月10日下午15:08分，吸附塔A进气阀VA9150-31A故障报警，导致系统停车。经阀门测试排查发现该阀行程开关与气缸回讯器支架间隙过小，并且回讯器固定支架缺少一只固定螺栓；在2018年4月21日早8:48分，吸附塔A出气阀VA9150-33A故障报警，导致系统联锁停车。经现场检查，行程开关与回讯器支架有磨损迹象；在2018年8月12日凌晨6:58分，吸附塔B出气阀VA9150-33B报警，导致系统再次停车，经排查，仍然为行程开关与回讯器支架摩擦，导致该阀开启延迟导致联锁停车；在2018年12月16日下午16:36分，仪表风压力低报导致制氧系统联锁停车。经排查确定为鼓风管道旁通气动阀VA9150-35气动执行机构转轴顶部O型密封圈磨损泄漏所致。
以上通过对高频气动阀门运行实例总结，由此可知气动阀门的主要故障原因，如下表1所示。
表1气动蝶阀故障时间及原因统计表
2.1.2高频气动蝶阀故障原因分析
通过表1可以清晰的看到，高频气动阀门的故障最小时间间隔仅为1个月，其中3次故障的主要原因是由于阀门未按时开启造成延迟导致，占总故障次数的75%。其故障主要原因是由于两座吸附塔切换时间短，切换周期仅为23s，每个阀门大约23s就动作一次。经计算，一年需切换约近137万次，势必要求每个阀门具有良好的仪表反馈元件、阀门气缸的密封性。
经与电仪车间技术人员研究探讨沟通后，故障分析原因如下：首先是阀门回讯器非阀门厂家配套设计制造。而是由锦程气体公司自行设计，其制造工艺较为粗糙，公差配合精度不够，造成发讯器接受信号不及时，造成延迟，导致阀门启闭延迟；其次是阀门的行程开关与回讯器支架间隙过小造成卡涩，导致阀门启闭延迟；最后是气动阀门的气缸密封圈耐磨性能不够，经过一段时间运转磨损，阀门密封性能下降，气缸产生漏气现象，导致气动阀门迟缓或动作不到位，引发制氧系统联锁停车。
2.1.3高频气动蝶阀故障对策
根据上述分析的阀门故障原因，最初我们自行设计在行程开关下方加装由铁丝自制垫片，这样虽然缓解了因支架间隙过小引起的行程开关卡涩的故障，但是没有彻底的解决问题。我们设备管理人员一起现场进行讨论，展开技术攻关，最终设计改良成行程开关垫片与回讯器集一体的新式支架，此设计即改善了因厂家设计精度不够导致的发讯器信号反馈延迟现象，又彻底解决了因行程开关与发讯器支架间隙过小造成卡涩的故障。彻底解决了因高频气动阀门开启延迟的故障；其次，针对运行过程中部分阀门气缸泄漏现象，改进了维护手段，我们与电仪车间协调将高频气动阀列为重点检查对象，加强日常巡检频次；目前，通过运行时间的观察，以一年为周期，对所有气缸进行更换，可彻底消除此类故障。
2.2螺杆空压机
2.2.1螺杆空压机故障情况说明
螺杆空压机是制氧系统提供气源的主要设备。2017年9月29日7:49分，2#螺杆空压机因排气压力过高故障停机。2017年10月27日凌晨4：31分，2#螺杆空压机再次发生不卸载而超压停车故障。这是在该设备投运仅仅15天后，螺杆空压机先后间隔不到一个月发生两起故障，这也引起我们设备管理人员的高度重视。本次停机后我们经过对设备部件初步检查后并未发现异常 ，然后再次启动该空压机 ，设备可以正常加载运行 ，起初未发现任何问题。但经现场观察加载和卸载来回两次后又发生以下类似报警并停机，设备达到卸载压力后 (卸载压力设定为 0.84MPa)，现场PLC面板显示卸载 ，但却发现卸载压力未下降 ，反而渐渐升高。当达到排气压力上限时(排气压力上限值设定为0.85MPa)，空压机自动停机 ，同时PLC面板显示排气压力过高。最后确定为空压机加载到卸载压力时不卸载的原因所致 。
2.2.2螺杆空压机故障原因分析
通过检查对故障问题产生的原因确定后，我们与电仪车间技术人员一道进行分析，主要针对于螺杆空压机加卸载控制系统 、进气阀、加卸载电磁阀等控制部件，开始对各部件进行逐步检查。通过检查 ，初步确定引起该故障的原因为空压机卸载时未关闭进气阀导致油气桶内压力持续上升。故障确定后 ，将进气阀端盖拆除 ，拆下进气阀膜片 、卡簧 、并解体进气阀后。发现进气阀内部的中间阀芯膜片卡住，压下后阀芯膜片未被弹簧复位，这是导致进气阀不动作的主要原因。
2.2.3螺杆空压机故障对策
首先我们组织电仪相关维护人员每月定期对备用螺杆空压机所有电气、仪表元件进行检查紧固，尤其是压力传感器及温度控制器等重要引发联锁的仪表元件，避免因机组振动引发松动；维护时，对所有的电磁阀进行清洗、更换，清理灰尘。从实际运行情况来看，效果良好。其次，我们与维保单位积极沟通协调，将螺杆空压机的空气过滤器滤芯进行定期更换列入月度维保计划。防止因空气中杂质过多，透过滤芯，进入电磁阀中致使阀芯膜片卡涩，出现无法复位现象。最后，通过观察，采用以上对策后，螺杆空压机因电仪元（器）件引发的故障彻底解决，目前运行情况良好。
2.3吸附塔分子筛
2.3.1分子筛故障原因分析
①两座吸附塔均压不足，切换压差大，分子筛撞击粉化。检查故障当天DCS历史记录，A、B吸附器均压后，压力均接近生产压力，切换压差均小于20 kPa , 又考虑到分子筛的自重，此压差下对分子筛产生的冲击可以忽略，所以判断假设一不成立。
②分子筛装填不当，运行时导致分子筛碰撞破碎或受潮粉化（图1所示）。查阅两次故障当天生产情况，制氧系统在运行期间,一直未有报警信息出现。但在2017年检修时发现吸附塔B分子筛下沉已超过近20cm，在进行压杆压紧操作时，已超正常压杆压紧高度（正常为±5mm以内，此数据厂家提供）。可以判断分子筛和活性氧化铝装填时，没有进行稳定有效的压紧，在装置运行时，分子筛在罗茨真空泵与鼓风机的真空与解吸作用下，产生激烈碰撞和窜动摩擦，导致吸附塔顶部的分子筛破碎以至粉化。由此可判断这才是导致分子筛泄漏的真正原因。
2.3.2分子筛故障对策
明确分子筛粉化原因后，车间技术人员立即与锦程气体厂家对接沟通，根据现场实际首先编制了《制氧吸附塔压杆压紧记录》，定期对其进行压杆压紧操作，并且在压杆前后进行数据记录对比。避免因压杆高度大幅度变化，再次发生分子筛大面积泄漏的隐患。重点针对压杆护套进行紧固检查，防止在吸附塔解吸过程中将外界空气带入塔内，使分子筛及氧化铝中毒失效，也有效的避免了氧气露点的上升。其次，既然是由于分子筛没有固定密封措施引起的粉化泄漏，我们根据吸附塔分子筛填充方法提出方案，将两种分子筛在装填时就用不锈钢丝网进行绑扎密封，并在分子筛顶部采用增加配重的固定栅板加以固定，双保险的措施有效避免了因分子筛粉化随气流带走，影响制氧系统氧气产量和纯度。后经联系锦程气体厂家，此方案也得到了论证，目前厂家也进行技术改进，按照此方法进行分子筛装填。
3故障因素总结
以上通过对制氧设备三部分实例的汇总，得知制氧设备可能发生的主要故障原因。结合公司《机泵风险管理建设评价指南》中的风险矩阵及风险等级评估标准，进行故障因素总结。在此对制氧系统设备进行按照主要功能划分区域，主要包括: 空压机、罗茨鼓风机（真空泵）和分子筛系统， 每一个区域的工况都会对整套制氧设备的运行造成影响。制氧设备各功能区域的主要故障见表 2( 其中失效可能性L1~L5和后果C1~C5各分5 个等级，风险等级就是可能性与危后果的乘积，即等级从低到高依次为D、C、B、A) 。
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表2制氧设备各功能区域常见故障影响因素
通过表2可以清晰地看到，高频气动蝶阀、分子筛系统是制氧设备安全、平稳运行的最大影响因素，其次是螺杆空压机、罗茨鼓风机（真空泵）。因此，保证制氧设备的平稳运行要抓住重点，才能降低故障风险等级。
4下一步工作打算
4.1完善专业技术管理，保障关键设备稳定运行
采取预知性维修，年初制定检维修计划，对易损件进行采购储备，在接近使用寿命就进行必要的更换，以确保机组运行可靠。另外，原始工艺包的联锁设置不一定满足装置现状，随着仪表故障发生率增高，导致装置停车情况增加，应该对原有的联锁进行梳理，通过合理的进行调整和修改，进一步提高装置的安全性和可靠性。
4.2提高操作技术人员专业水平
加强有关制氧系统设备的交流和信息共享。目前国内大型制氧设备数量较多，非计划停车和故障检修的案例已经很多，我们也可以借鉴案例来避免许多故障重复发生。通过案例的学习或者外出培训的方式也可以使我们操作技术人员快速成长，尤其本人在通过外出培训及网上查阅相关案例，以及在制氧系统设备投运这3年以来遇到的故障及处理经过，使我成长了很多，同时也积累了宝贵的经验。我认为设备管理工作就是要从基层抓起，加大制氧设备操作人员的业务培训力度，提高技能水平，才能真正的做到人人管设备。也为化工污水处理装置长周期安全、稳定运行提供必要的技术保障。
五、结束语
综上所述，通过以上制氧系统设备的典型案例分析及对策，可以为我厂设备管理人员提供一些借鉴，确保新项目中的制氧设备在前期建设中可以避免因设计缺陷而导致故障，同时为日后建成投产长周期稳定运行，我厂水质达标排放奠定良好的基础。
参考文献：
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[2]王焰.PSA变压吸附分子筛粉化原因分析，中氮肥，2008，5．
[3]曹永新．浅析影响空分设备长期稳定运行的因素，2014，10．