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活塞式氧氮气压缩机常见问题与解决
介绍了活塞式氧氮气压缩机运行数年来出现的故障，从气缸、操作、油路、冷却器等方面进行了总结，并提出了解决措施。
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活塞式氮压机
河南豫光金铅股份有限公司制氧厂现有三套空分装置，其中有产品氧气、氮气活塞式无油润滑压缩机11台。在过去的十年里，活塞机出现过较多故障，也因此形成了一系列例检制度，避免了事故的再次发生。河南豫光金铅股份有限公司制氧厂活塞压缩机型式如下：
氧压机ZW-33/18型三台，为立式三级三列双作用无油润滑水冷式，开封空分集团公司产品;ZW-52/18型三台，立式三级四列，杭州杭氧压缩机有限公司产品。
氮压机ZW-32/18型两台，立式三级三列双作用无油润滑水冷式，开封空分集团公司产品;ZW-34.3/18型一台，三级三列，杭州杭氧压缩机有限公司产品;ZW-64/18型两台，三级四列，开封东京空分集团公司产品。
二、气缸方面故障
1)ZW-33/18氧压机运行多年，在例行检查时，发现一二级铝活塞体的导向环槽出现轴向间隙扩大甚至达到3mm以上、环槽直角已磨损成斜的。于是，将活塞体送到车床上对导向环槽进行再加工，同时联系供货单位另配加宽非标导向环。由于导向环加宽，轴向间隙比标准适当放大0.1～0.2mm，从而能够继续使用该活塞体。建议各级活塞体均备用1只，例检时发现导向环问题需重新热套新环时，可直接使用备用活塞体，因按照操作规程，热套导向环工作需要一个较长的随炉冷却过程，更换新活塞体可节约检修时间，保证备机完好状态。
2)杭氧ZW-34.3/18型氮压机在运行6
000多小时后出现级间压力异常现象：一级排气压力和温度偏高，后来又下降。停机检查，二级进气阀内有不锈钢金属片，二级活塞体上下端面挤压有不锈钢碎片。该机活塞体的活塞环的环槽内均有不锈钢弹力环，这时二级的三只活塞环仅剩2.4～4.3mm(新环13mm，规定最小径向厚度7mm)。因活塞环磨损严重，导致其槽内的弹力环出来与气缸壁磨损，弹力环断裂成碎块，造成气阀内漏。通过打磨活塞体和缸壁、更换新的二三级活塞环、检查各级气阀、拆下各级弹力环后恢复正常使用，并将杭氧的氧压机上的弹力环均拆下不再使用。
3)日，2#ZW-33/18氧压机运行中，三级排气温度异常上升，现场检查一级活塞杆未做上下运动，二三级正常。停机检查到一级发生撞缸事故：连杆大头瓦固定螺栓断裂一只，活塞行程加大超限，铝活塞体被撞碎、气缸盖被撞裂缝渗水、连杆断裂。于是该机进行全部解体大修，更换一级活塞体、连杆、损坏的主轴瓦、大头瓦、连杆螺栓等。机组重新对中，最后得以恢复使用。
4)气阀故障。日常巡检中，可手摸各级吸气阀，发现烫手或温度明显偏高，则该气阀有内漏，停机需拆检，一般是阀片断裂掉块问题，或阀片磨损密封不严，气阀阀罩松动也会造成内漏和异响。该级吸排气阀故障都能造成上一级排气压力和温度升高。
三、操作方面
1)日，开启3#ZW-33/18氧压机后未认真检查就送气运行，半小时后DCS上排气温度超温报警，到现场检查，发现机器的总进回水阀未打开，气缸回水视镜爆裂。立即停机，这时注意不可强行供水，防止温度骤降出现其他事故。
2)日，2#ZW-64/18氮压机开机运行两个多小时后，一级排气温度超过180℃联锁停机(正常运行温度155℃)，经查，一级气缸、二三级气缸的两只DN25回水阀未打开造成。在前天进行检修机器时，关闭了该两只阀门，检修结束未予恢复，开机前也未认真检查，造成气缸冷却不充分，排气温度超标。
3)日，2#ZW-32/18氮压机开机时，手摇齿轮油泵向曲轴箱各润滑点供油，泵后压力表上升后就停止手摇，这时DCS上的进曲轴箱前油压并未出现升高。开机后，曲轴箱呼吸孔和刮油器处冒白烟，急忙停机，打开曲轴箱侧盖，手摇油泵查看各润滑流路畅通。调阅DCS上趋势图：开机30s后DCS上才出现油压，运行2min后停机。由于前30s瓦块上没有进油，造成原存残油汽化。在2010年5月大修氧氮压机时，该机瓦块损坏最多。后来规定：开机前手摇油泵供油，必须保证DCS上出现油压大于0.10MPa且持续1min后，方能进行开机，真正达到开机前用手摇油泵向机器各润滑点供油的目的。
四、油路问题
1)ZW-33/18、ZW-32/18氧氮压机的齿轮油泵安装在机身端面，主动齿轮通过离合器与曲轴相连，由曲轴带动。运行中多次出现泵后油压和滤后油压突然下降又恢复的现象，甚至有时造成油压过低直接联锁停机。经查，离合器磨损，更换新的离合器后故障消除。
2)ZW-64/18氮压机齿轮油泵与曲轴直接连接，开机前，通过开启机器外的辅助齿轮油泵(1.5kW电动机带动)向各润滑点供油。待主机运行，油压大于0.30MPa，辅泵自停，依靠本身齿轮油泵供油。由于辅泵安装位置高于曲轴箱油面，每次开该泵时，无油压，需拆卸油压力表排气后油压才上升，通过在泵后油管上安装一∮8排气阀用于每次开机前辅泵排气。
五、冷却器故障
(1)开封空分集团公司氧氮压机的级间冷却器，水走管程、气体走壳程，由于铜换热管堵塞引起换热效果差，用机械法疏通换热管，长期采用这种方法，致使换热管窜漏。运行中，二三级排气压力大于水压，二三级冷却器的回水有机玻璃视镜内出现气泡，可判断出冷却器窜漏。通过拆卸两端封头，装上自制法兰，充气查漏，能查到换热管窜漏，采用堵头封堵。目前已有三台换热器出现过铜管窜漏进行封堵。该类冷却器管板与壳体间密封采用填料密封，密封不严也出现窜漏，更换新填料或适当进行紧固封头螺栓能够消除窜漏。在日，2#ZW-32/18氮压机开机后，填料函铜管放空口出水，及时停机，检查到一级冷却器内2根换热管泄漏。平时运行中一级排气压力0.2～0.25MPa，低于水压0.30MPa。后来在河南豫光金铅股份有限公司制氧厂的所有氧氮压机的冷却器气体侧均安装不锈钢吹除阀，用于每次开机前检查是否出水而能及时发现冷却器窜漏故障。
(2)在日检查到1#ZW-52/20氧压机二级冷却器的管板与换热管胀结处渗水到氧气侧，通过重新胀结消除漏点。
(3)ZW-64/18氮压机冷却器水走壳程，氮气走管程。运行半年后，冷却器换热效果变差，拆开水管检查到壳程内折流板脱落，因采用铝折流板，被循环水(软水)腐蚀，水走短路，换热效果变差。于是要求厂家进行更换了新的冷却器芯子。
六、解决措施
1)每次检修机器时，停下气、水后，在相关气体阀门、水路阀门上悬挂警示牌，做好书面记录，不得进行操作，防止无意操作使其他机器气体倒流过来或水路供水而进入曲轴箱内，必须做到安全检修。检修完毕，由挂牌人员拆去警示牌，通知运行人员检修结束可以试机。
2)氧压机必须处理好刮油环，运行中活塞杆不得有带油现象，需研磨或更换刮油环，必要时更换活塞杆;填料函漏气量大及时更换密封圈，组装时切记三瓣密封在靠近气缸侧，否则，三六瓣密封圈装反，开机就会漏气。
3)做好设备的开动台时统计记录，建立一机一帐维修档案，方便查找问题、列出保养检修计划。根据备件质量情况，每2 000～4
000h例行检查一次气缸，查导向环间隙是否扩大、磨损，活塞环厚度是否合格;每4 000h检查一次气阀和曲轴箱内各螺栓的紧固情况。
4)每半年化验一次润滑油，清洗一次油路，每年对油冷却器进行抽芯，清除壳程油侧污物。
5)加强巡检和管理，发现仪控柜上级间压力不正常，停机检查。巡检注意各吸气阀是否过热而判断内漏与否，细看冷却器回水视镜内是否有气泡而判断窜漏与否，曲轴箱油位是否异常升高或下降判断油冷却器窜漏：水进入油侧，润滑油乳化，曲轴箱油位视镜处润滑油明显变色;油进入水侧，曲轴箱油位下降并且润滑油随循环水进入到循环水池内。
6)运行1h后进行大修一次，全面检查、拆卸和清洗机组，修配和更换磨损的零部件，并对照原来记录的数据和技术标准进行重新找正、找平，压力容器和安全阀按规定进行检查。
7)氧压机进行检修装配时，与氧气接触的各部位，彻底脱脂清洗，绝对忌油操作。在启动升压和停机降压过程中，操作放空阀、送气阀必须缓慢开启或关闭，绝不能在一瞬间迅速开、关，否则造成瞬时局部氧气流速过分骤升，易出现安全事故。
8)制作开停机提醒牌。将开机、停机步骤列在上边，每次开机时逐条对照，核实无误后进行下一步操作，避免操作不当造成设备故障。
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钢企大型空分设备能耗分析与经济运行研究
09:14:00&&&&
　　张延平&凌晨&周建波&翟广勇
　　钢铁企业是工业气体的重要用户，氧气、氮气、氩气已成为钢铁生产中必不可缺的能源介质，被形象地称为“工业血液”，空分装置则是气体生产的“心脏”。在我国，空分装置电力消耗占钢铁企业总电耗的15%~20%，而钢铁企业电耗占总能耗的25%左右，因此降低空分系统能耗是企业节能的重要环节。
　　而近年来钢铁企业的整体效益下滑，部分企业亏损严重，但以生产气体产品为主的氧气厂（气体公司）经济效益良好，成为钢铁企业非钢产品收入的重要渠道。某中型钢铁企业氧气厂新建空分设备内含液化装置，投产以来仅低温液体外销年收入在2000万元以上。
　　如何在保证钢铁生产用气平稳的前提下，降低气体产品的能耗（即成本）、减少氧气放散率、提高外销收益，以此实现空分系统综合能耗最小化（经济效益最大化），日益成为业内关注的重点。
　　钢企空分系统有多种特性
　　国内工业气体的供应方案一般分三种：一是用户自备空分设备，自行管理并生产；二是由独立的气体供应商投资建厂，空分设备合作管理或单独管理，用户与之签订长期的购气合同；三是用户向气体零售商购买。
　　我国钢铁企业大多数采用第一种方式，但第二种独立供气方式近年来逐步兴起，以国外跨国公司和民营公司为主导，将国外普遍采用的气体公司规模化经营、分散供气的模式引入我国。而国内具有大型空分设备的企业，逐步出现将气体厂独立或合资，向社会提供多样化服务的趋势。
　　钢铁企业自备空分设备自行管理，具有供需灵活调整、统一调度、工辅系统配套等优势。但是由于钢铁生产工艺的特点，氧气放散率高、综合能耗水平低是普遍存在的问题。例如转炉炼钢间断性吹氧而空分生产连续供应，造成刚性的放散矛盾；为保证用户波动，氧气管网供气压力远大于用户实际需求，造成压缩能耗损失；氧气、氮气的用量不同，大型空分装置在生产中“保氮放氧”或“保氧放氮”，造成高纯度气体的浪费。
　　尽管目前先进空分装置具备一定的变负荷能力和较高的自动化水平，但以上钢铁企业固有的工艺特点，限制了先进空分设备的优势发挥。空分系统的运行具有如下特点：
　　范围广、跨度大，须要综合考虑的因素多。这包括气体的生产、储存、输送和使用等，既涉及气体生产计划，又涉及生产调度；涉及的空间跨度既包括空分系统机组，又包括不同的用户群。
　　涉及的因素多。钢企在进行管理和调度决策时，须考虑内部和外部多种因素，如生产设备、流程特点、生产成本、公司计划、市场需求、价格等因素。
　　突发性的决策多。由于气体使用的设备大多结构复杂，受影响因素多，设备故障和临时检修等问题也随之增多，增加了空分系统能源管理的难度。
　　由此可见，降低空分系统的能源消耗、提高空分产品的能源利用率，不仅涉及提高空分单体设备的效率（降低设备能耗），而且涉及到机组经济运行和用氧系统的合理调度问题。其前提是准确分析不同流程空分设备的产品能耗分摊问题。
　　研究能耗分摊&提升设备适应性
　　近年来国内投产的大型空分装置，具有氧气内压缩、液体转换能力强、变负荷迅速等新特点，与以往全低压外压缩气体空分设备相比有明显的流程变化，相应的产品能耗分摊和电耗分配也不同。以某75000Nm3/h空分装置为例，该空分装置上塔和粗氩塔为填料塔，液氧内压缩到一定压力后通过主换热器回收冷量，循环增压机以氮气为介质；液氧与液氮产品间具有相互转换的快速变负荷功能，同时具备以增减空气量为手段的常规变负荷能力。
　　对于该空分流程，各种产品的能耗分摊计算原则如下：以全低压空分氧、氮、氩全提取的能耗分摊比例作为计算基础，内压缩流程根据流程和产品特点修正。空分产品分为高压氧、中压氮、高压氮、液氧、液氮、液氩6种。空分产品分离能耗包括空压机压缩功。增压机能耗在于补充全液氧生产的冷量，因此计入液氧能耗中。高压氧能耗在液氧能耗基础上累加液氧泵压缩功耗，即高压氧能耗包括氧分离能耗、循环增压机能耗、液氧泵能耗。中压氮和高压氮能耗包括氮分离能耗、氮气压缩机能耗。液氮、液氩能耗应计算低温液体液化功耗。
　　工作人员按照空分设计工况，参照流程工艺，计算出空分设备的能耗分摊比例和单位产品电耗。当空分在变负荷工况下运行时，由于气体产品的产量不同，各产品能耗分摊比例和单耗也不同，须要根据具体变负荷运行数据进行重新核算。针对内压缩流程空分设备的产品能耗分摊表明，高压氧气能耗占比较高，主要在于全液氧运行内压缩能耗较高，相对于外压缩氮气产品占据主导地位。
　　依据空分设备的能耗分摊比例和单耗计算方法和结果，工作人员可以建立含有目标函数的能耗优化模型，使空分设备按照不同的变负荷工况运行，适应不同的气体用户需求和市场价格波动，能够满足能耗最低或经济效益最佳的运行要求。
　　建立空分系统经济运行模式
　　在钢铁企业，氧气主要用于炼钢转炉吹氧和高炉富氧冶炼，氮气用于钢铁产品热处理用惰性气体保护、高炉喷吹、转炉溅渣护炉等，氩气用于炼钢转炉复吹和炉外精炼。根据钢厂空分生产与供需模式，为了降低气体产品综合能耗，同时降低放散率、增加液体外销，钢铁企业空分系统的经济运行应从以下几个方面进行分析研究：
　　不同流程的空分设备，氧、氮、氩产品能耗组成不同，须要建立科学的核算方法。由于空分系统多种气体产品同时产生并且相互影响，将空分系统整体能耗分摊到不同产品中，使空分机组的优化运行有计算依据。
　　根据钢厂高炉富氧、炼钢吹氧和其他用户的用氧特点，建立相应的预测与跟踪模型，使空分变负荷运行方式与之匹配，将有效降低气体放散率和综合能耗。
　　大型空分机组具有液体生产能力和负荷调整功能。低温液体外销不仅提高经济效益，而且是生产能力缓冲的有效方式，应该将气体放散和机组能耗进行高附加值转化。
　　以上功能的实现，依托于空分装置变负荷能力、上下游用户的信息交换，但核心在于整体的优化模型设计。这包括空分能耗分析、气体缓冲系统分析、预测模型开发和建立经济运行专家系统。典型钢铁企业的空分系统经济运行与专家决策系统框图见附图。空分经济运行模式是建立在优化模型基础上的动态过程，在目前空分制造水平和自动化控制水平不断提高的条件下，能够实现钢铁企业生产保供的模式创新。
　　附图&空分经济运行与专家决策系统框图
编辑：宋玉琤&&&&
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利用分离气体来生产氧气.氮气.氩气的一套工业设备。
简单地说，就是用来把空气中的各组份气体分离，生产、和的一套工业设备。还有氦、氖、氩、氪、氙、氡等
空分深冷分离法：
1、空气过滤系统；，去除灰尘和机械杂质
2、系统；对气体作功，提高能量、具备制冷能力
3、；对气体，降低能耗，提高经济性。有预冷的一次节流循环比无预冷的一次节流循环经济，增加了，减轻了换热器的工作负担，使产品的冷量得到充分的利用；
4、空气净化系统；防爆、提纯；空气是多组分组成，除、等气体组分外，还有、二氧化碳、乙炔及少量的灰尘等固体杂质。这些杂质随空气进入与空气分离装置中会带来较大危害，固体杂质会磨损空压机运转部件，堵塞，降低冷却效果；水蒸气和二氧化碳在空气冷却过程中会冻结析出，将堵塞设备及，致使无法生产；进入空分装置后会导致爆炸事故的发生，所以为了保证制氧机的安全运行，清除这些杂质是非常有必要的。
利用固体吸附剂是对中多组分吸附能力的差异进行的；氧氮产量比1：（2.5~3.5）；
作用：吸附空气中的水分、二氧化碳、乙炔、、、重烃、N2O等杂质。
5、空气压缩膨胀系统；制冷系统，换热系统，在膨胀过程中，有外功输出，膨胀后气体内位能增大，需要消耗能量，这些能量需要用动能补偿，故必然降低。换热系统：实现能量传递，提高经济性，低温操作条件；
6、空气分离系统；氮/氧分离主
空气分离，可将适量的膨胀空气（占空气的20%~25%）直接送入上塔进行精馏；从下塔顶部或冷凝蒸发器顶盖下抽取，复热后进入氮气，经并回受其冷量后，作为产品输出或者放空。
7、氧气压缩；
8、氮气压缩；
9、液体储存系统；
空分工艺简述
原料空气在空气吸入过滤器中去除去灰尘和机械杂质后，进入空气中，借助进行中间冷却，将空气压缩至约0.62MPa(A)左右，然后进入空气中冷却。
空气在直接接触式空气冷却塔中与水进行热质交换，降温至～10℃，然后进入交替使用的。用于冷却空气的水有两部分：一部分为常温水，由泵加压后进入空冷塔中部；另一部分称为冷冻水，该股冷冻水由普通冷却水经水氮塔冷却，而后经过深冷水泵加压进入空冷塔的顶部。
出空冷塔空气进入分子筛吸附器，分子筛吸附器为立式双床层，用来清除空气中的水份、二氧化碳和一些碳氢化合物，从而获得干净而又干燥的空气。两台交替使用，即一台吸附器吸附杂质，另一台吸附器则由污进行再生。
净化后的加工空气分成两路:一路被称作膨胀空气，首先经过一个滤去机械杂质，而后进入增压端增压，增压后的空气首先在增压机中被冷冻水冷却，然后进入主换热器中的膨胀气通道，被相邻通道中的返流气冷却后，再从主换热器中部抽出，进入中膨胀，膨胀后的空气进入上塔中部参加精馏；另一路空气直接进入主换热器被冷却至进入下塔。
已冷却的空气进入下塔参加精馏。进入下塔的空气通过塔板上的筛孔使塔板上的液体蒸发，由于氧、氮、氩的沸点间的差异，使更多的氮气从液体中蒸发出来，同时经过塔板的空气中更多的氧组分被冷凝下来。最终在下塔底部获得含氧38%的富氧液空，而在下塔顶部获得纯氮。
下塔顶部的经过冷凝蒸发器，与来自上塔底部的液氧进行热交换，液氧被蒸发，而氮气被冷凝，一部分冷凝液氮再回到下塔作回流液，另一部分液氮，在过冷器中进行过冷，然后送入上塔顶部作为上塔的回流液。从下塔底部抽出液空，在过冷器中过冷，其中一部分富氧液空提供给粗氩塔作为，另一部分送入上塔中部参加精馏。
以不同状态进入上塔的各物料：液空、、来自粗氩塔冷凝器的液空蒸汽和膨胀空气，通过上塔的进一步分离，在上塔底部获得纯度为99.6%的液氧，可使用提高压力后，经主换热器复热至～12℃后出冷箱转换为不同压力的氧气产品送出。
从上塔的上部抽出污氮气，经过冷器、主换热器复热后部分去纯化系统作再生气，另一部分去水氮塔。从上塔顶部抽出的氮气，经过冷器、主换热器后分成两股，一股作为产品并入管网，另一部分送入预冷系统的水氮塔。
从上塔的中部抽取一定量的氩馏份送入氩塔，氩塔在结构上分为两段，两段之间由液氩泵连接，第二氩塔底部的回流液经液氩泵送入第一氩塔顶部作为回流液，经过氩塔精馏，在塔上部获含氮量极低的，并更换冷源进行进一步精馏，除去氩气中的残余氧同时进行得到液体纯氩，分析合格后送入贮存系统。
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