制氧机内置液体泵跳停故障分析与改进

前言

低温液体泵在制氧机系统运行中，是重要的运转设备之一，其运行状态是否良好，直接影响制氧机的运行安全。

1 低温液体泵现状分析

某单位现有4套制氧机，其中1套属外压缩，内置氩循环泵运行方式采用2 台同时运行，其它3套为内压缩制氧机液体泵运行方式是一开一备模式，3套制氧机液体泵切换模式略有不同。

1.1 20 000 m3/h制氧机内置泵运行模式

20 000 m3/h 制氧机组有氧产品泵和氩循环泵，均采用一开一备（即一高速一低速冷备）。切换模式是：主泵跳机时，冷备泵变频器自动加载到85%，回流阀自动关到0%,切换成功后，操作员小幅调整即可。

1.2 30 000 m3/h制氧机内置泵运行模式

30 000 m3/h 制氧机组有液氧泵和氩循环泵，液氧泵采用一开一备，联锁自动切换模式，液氩循环泵采用手动切换模式，即:主泵跳停时，操作员立即手动加载变频器功率至70%，并逐步关闭回流阀至18%，每次人工切换时，需对泵前后压差变化及时调整。

1.3 40 000 m3/h制氧机内置泵运行模式

40 000 m3/h 制氧机组有液氧泵和2 组氩循环泵，均采用一开一备，联锁自动切换模式，即：主泵故障跳停时，备用泵自动跟踪工艺条件运行。

2 案例分析及改进措施

2.1 事故经过

2020 年3 月26 日06∶10，因 电网波动，导 致30 000 m3/h 制氧机组2#循环粗氩泵变频器因直流低电压保护跳泵，系统联锁切换至1#循环粗氩泵低速运行。

06∶12 空分机组当班人员紧急调整，手动加载1#循环粗氩泵负荷（低速冷备1 541.5 r/min，出口压力0.278 MPa），并检查机组其他设备均运行正常。

06∶16 缓慢加载1#循环粗氩泵至0.607 MPa，出口压力突降，转速保持在2 306.7 r/min。

06∶22 粗氩Ⅱ塔底部液位涨至3 068 mm（馏份进料口2 500 mm），氩馏份流量突降至37 000 m3/h。同时，主冷液位下降。

06∶26 初步排查故障并进行相关复位操作后，启动2#循环粗氩泵。此时，氩馏份混合气进料口已淹，主冷液位仍在下降，导致主冷换热负荷出现严重恶化。

06∶35 因上塔压力降低，产品氮气取出量降低，2 台氮透因吸入压力过低联锁跳停。06∶42 下塔压力升高，进下塔原料空气由70 651 m3/h 减至40 922 m3/h，空压机防喘振阀动作，并联锁空压机、增压机卸载，膨胀机跳停，液氧泵跳停，空分全系统联锁跳车。

2.2 事故原因分析

（1）外部电网波动造成在线运行2#循环粗氩泵变频器直流母线过电压故障跳泵，备用泵未及时正常运行，造成空分全系统联锁跳车。

（2）因1#粗氩备用泵手动加载过程中，进出口液体管存在液体闪蒸现象，造成低温液体泵气蚀，未及时采取排放消除，直接导致粗氩塔工况紊乱，进而破坏到主塔的稳定。

（3）由于现场设备大面积跳电，故障排查以及后备系统手动启运等因素，影响到循环粗氩泵的迅速启运时机。

2.3 改进措施

2.3.1 对比分析

20 000 m3/h、30 000 m3/h 制氧机液体泵在DCS上只有出口压力显示，备用泵是否有气蚀现象，主要以出口压力是否波动为依据。

40 000 m3/h 制氧机液体泵在DCS 上进、出口压力均有显示，备用泵是否有气蚀现象，通过进、出口压差为依据，保证压差在6～8 kPa，并且每台泵有进、出口管排气阀，通过定期排放，来消除泵气蚀，保证液体泵自动切换成功率100%。（如图1中①的部分）

图1 液体泵工艺流程和液体管排口图

2.3.2 现场改造

通过对20 000 m3/h、30 000 m3/h 制氧机液体泵现场查看，现场均有进、出口压力引管。因压力引管取口一般为管道上部，通过三通连接，增加一个可以对外排气阀门，操作员每日定时对备用泵进、出口管排气，减少备用泵气蚀的发生。

2.3.3 仪控改进

经3.26事故后，通过分析和调试，将30 000 m3/h氩循环泵控制逻辑修改为：当主泵运行跳停后，备用泵变频器功率自动由30%加载至68%；回流阀自动由100%关至30%，并将2泵投入自动切换运行模式。在今后运行中，继续摸索、修正运行参数的合理范围。

3 保障液体泵有效备用的措施

内压缩流程空分设备中低温液体泵为关键工艺设备，此类设备如维护操作不当，极易发生保产或安全事故，保证备用泵运行稳定性尤为重要。就提高备用泵运行稳定有效性采用如下措施：

3.1 电气仪控方面

（1）在每次备用或停机时，对电源线绝缘、变频器等作相应的安全检查，对控制阀门及参数点位进行校验。

（2）为保证电机轴承润滑，连续高速运行1 500 h后宜安排加油一次。所加油脂量要进行控制，每次加油脂量为轴承油脂容纳量的50%，如表1。

表1 低温液体泵电机的容积油脂量

（3）低温液体泵电机使用的润滑油脂，保存期不宜超过三年。加油孔要清理干净，并检查加油孔顶珠灵活可动，加油枪要排掉前端被氧化的油脂。加油脂宜安排在气温超过10 ℃的晴好天气，以避免加油注管内被冻油脂挤入轴承引起轴向力突变。

低温液体泵电机加油应在低速状态下进行。每台泵体加油操作要分3 次以上，每次间隔5 min，禁止一次性快速挤入大量油脂，高压油脂进入将会对轴承产生轴向位移作用力，与低速惰转产生的轴向力叠加后，会损伤轴承。

3.2 机械点检方面

（1）每日应对液体泵运行状态通过仪器及“五感”等手段，对泵的机械运行状况进行跟踪，及时发现问题并解决。

（2）液体泵运行周期均达到15 年左右，泵的轴承和密封器原件存在不同的老化和磨损，需要做好定期专业检查及修复更换。

3.3 工艺操作方面

液体泵通常是2 台同型号泵，运行模式是一开一备状态，要保障运行稳定性，对其进行科学维护极为重要。

（1）为防止空分容器及管路中沉积的颗粒杂质，进入泵入口过滤器，引起堵塞或摩穿滤网，空分设备大修时应安排检查过滤器滤网是否完好。

（2）低温液体泵初次投用，或大修后初次使用，需在拆除末端风罩状态下，对泵体预冷后进行手动盘转，检查确认装配间隙是否过小而造成转动不灵活。如发现有异常，禁止强行启运低温液体泵，以防意外事故发生。

（3）低温液体泵启运前要预冷彻底，保证最低吸入压头，严禁在气蚀状态下强行运转泵体，否则气蚀引起的振动会对泵体密封产生致命伤害。

（4）低温液体泵运行后，要将密封气压力调至合适值。泵侧密封压力与密封迷宫密封压差值控制+0.3～+0.8 kPa为最佳。

（5）杜绝加热气源阀门关闭不严窜气，造成备用泵气蚀的发生。

（6）定期切换液体泵，是检查备用有效的重要手段之一，切换周期为2个月。

（7）制定2台液体泵短时间内无法同时运行的预案，形成应急操作方法:

①及时将惰转泵变频调节和回流阀手动调整至正常运行开度，若泵切换后发生气蚀现象，立即开大回流阀，及时打开吹除阀排气消除，再重新加载到正常工作状态；

②停运故障泵，迅速查找原因，及时消除并恢复；

③当2 台泵短时间无法正常投运，粗氩二塔底部液位接近2 900 mm，则将氩系统退出运行，及时调整关闭液空V701 阀，缓慢开启污氮V2 阀5%～8%，全开粗氩放空阀，关闭氩系统阀并停止向储槽送液；

④密切关注主冷液位、氧气和氮气纯度变化，按纯度调整步骤进行。

4 总结

通过以上案例以及低温液体泵运行、维护情况的分析，发现要保障制氧机长周期运行，保证内置液体泵的有效备用是重点之一。通过精密点检，高效维护，持续改进，可以延长低温液体泵运行周期。