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[摘要]化工设备的故障诊断和故障排除是一个复杂的系统化工作过程。本文总结了化工设备故障排除的准备工作,并根据化工设备故障的特点,给出了故障排除的主要原则及其方案评价。最后以此为基础对一个典型的化工设备进行了故障排除和技术改造,对于今后化工设备故障检修工作具有借鉴作用。
[关键词]化工机械设备 故障检测 故障排除 实例分析 溶剂再生塔
[中图分类号]TQ050 [文献标识码]A[文章编号]1009-5349(2010)08-0068-02
引言
故障诊断的最终目标是为了查明故障源,以最小的代价排除故障,使设备恢复良好的运行状态。由于设备和部件价格昂贵,停工损失较大,同时还存在安全性问题,在排除故障之前必需做好充分的准备工作,遵循一定的原则,依照既定的、周密的步骤进行。[1]本文总结了化工设备故障排除的准备工作、主要原则和基本步骤。在此基础上,对一个典型的化工设备进行了故障排除和技术改造。
一、化工设备故障排除的基本内容
(一)化工设备故障排除的准备工作
由于化工生产属于流程型生产,停产的影响相当大,而且化工设备的内部构造相当复杂,拆装比较困难,所以在进行故障排除之前应做以下的准备工作[2]。
1.故障处理的办法来自装置实际和有关数据。计算机是数据分析的有力工具,但决不是故障处理的出发点。深入现场进行全面深入的调查研究,掌握第一手资料,是故障处理最重要的基础工作;2.从安全和环境保护的角度对故障危险性作出评估。如果存在危险性,首先应采取应急措施排除危险。在问题存在的条件下,尽量采取一些临时性措施,维持生产,至少希望能为故障处理收集资料创造必要条件,取得尽可能完整又可靠的资料。在作为计划和准备的条件下停产,以便缩短维修时间;3.必须收集和掌握完整的资料。只有掌握了完整的资料,才有可能确定故障的性质,找出故障的确切原因。收集资料不应局限于塔装置,还应包括有关的上、下游设备。完整的资料应包括:①装置的设计、改造和维修资料;②操作人员、维修人员、仪表人员和管理人员的意见。③深入装置现场细心察看,必要时得亲自检验,收集第一手资料;4.对资料进行科学分析,引出符合实际的结论。
(二)化工设备故障排除的主要原则及其方案评价
进行故障排除时应遵循的主要原则有:1.如果有几种见解难于分辨而需作进一步现场测试检验时,应从最易鉴别是非的见解开始。2.需要停产鉴别的故障,一般应放在最后排除。3.当判断不是十分有把握时,进一步调查研究,用更先进的仪表和技术进行测试和分析是十分必要的。4.在达到设备性能要求的前提下,排除方法可按下面的顺序依次考虑:维修、零部件替换、设备技术改造、设备更新。
化工设备故障排除的评价包括“事先评价”和“事后评价”。“事先评价”是指在故障排除之前先确定多个可能方案,然后进行评价选出最优方案;“事后评价”是在设备开车平稳运行之后,以设备和产品的性能参数为基础,结合有关专家的意见进行综合评价。
化工设备故障排除方案评价涉及的主要指标包括:1.技术评价指标,如工作性能指标、操作性能指标、使用维护性等;2.经济评价指标,如技术改造投入对产品价格的影响、投资回收期等;3.社会评价指标,如排除方法操作安全性、对环境的影响等。
二、化工设备故障排除的实例分析
(一)溶剂再生塔的故障原因
通过对溶剂再生塔进行了流程模拟和塔设备核算,然后利用灰色系统理论进行特征和故障类型的关联程度分析,发现溶剂再生塔发生冲塔和贫液中H2S浓度超标的主要原因是设计开孔率低,引起塔设备完全操作于上限状态,并且塔内有6层塔板被吹翻所引起的。依照故障排除的原则和步骤,最终确定要排除该塔的操作故障,必须对该塔实施技术改造。
在预制塔板的基础上,经过合理的生产调度及安排,决定对塔设备紧急实施2天的停工检查和改造。开塔后发现塔内提馏段下部(4～7层,10和11层)共六层塔板完全脱落,完全验证了故障诊断的分析结果,分析原因是塔板安装不当造成的。
(二)溶剂再生塔的操作分析
1.理论板数、回流量与产品质量的关系
按照精馏原理,理论板数增加,达到相同分离要求所需要的回流比降低。当然在确定实际板数和塔板效率的条件下,分离要求越高,所需要的回流比越大。因此精馏塔顶回流常常用于调整精馏塔的分离效果。然而精馏塔回流比增大不仅增加了再沸器和塔顶冷凝器的热负荷,同时也大大增加了塔内的气液负荷。在确定的塔径和塔内结构下,塔内气液负荷增加将引起塔内过量的雾沫夹带,从而降低塔板效率。雾沫夹带所引起塔板效率的降低意味着在相同实际塔板数条件下,引起塔内理论板数的降低。在相同的分离要求下,回流比的增加导致所需要理论板数的降低和雾沫夹带所引起板效率降低的程度决定了精馏塔回流比调整生产的效果。
对于本文所考察的溶剂再生塔而言,设计生产能力为38.5ton/h(吨/小时),而实际操作的进料量高达60ton/h,塔设备操作于严重的上限状态,对于前文所诊断出6层塔板脱落所引起塔板效率降低的操作故障,不能通过增加回流比来大幅度调整的,因此当前塔设备必须进行停车故障检修。
为了更好地进行溶剂再生塔故障的排除,分析溶剂再生塔的理论板数、回流和产品质量间的关系是极为重要的工作。为此本文应用ProII软件,进行了不同理论板数条件下,不同回流量下再生贫液中H2S含量变化的计算,在此需要说明地是,溶剂再生塔由于塔顶无液相产品,并且气相产品的量和组成随着原料和上游安装的操作波动而有较大变化,由此采用回流量而非回流比来描述。从计算结果看,在再生贫液H2S浓度小于lg/l(克/升)的生产要求下,塔内达到该分离要求所需要的回流比随着理论板数增加而降低。考虑到当前溶剂再生塔径的限制,过高的操作回流量是不可行的,因此增加理论板数是溶剂再生塔故障排除的关键问题。因此该塔需要更换处理能力更大、传质效率高的新型塔板。
2.理论板数与现有降液管结构的关系
为了尽可能避免停工,或者缩短停工时间,本文采用流程模拟软件ProII,在规定贫液巾H2S含量为1g/l条件下,进行了不同理论板数条件下,降液管适应能力的考察,,要利用排除现有溶剂再生塔的操作故障,保证再生贫液中H2S含量为小于lg/1的生产要求,降液管结构完全利旧的先决条件是保证全塔具有12块以上理论塔板的分离能力,即保证该体系的传质效率至少在50%以上。因此,溶剂再生塔需要更换大处理能力、高效率的塔内件,才能及时排除操作故障,实现安稳长生产。
3.溶剂再生塔对塔内件性能的要求
由于溶剂再生塔的原料组成和流量条件具有较大的波动,并且由于当前塔径的限制,选用的塔内件必需具有高处理能力,高效率和极大的操作弹性和操作稳定性。
(三)技术改造初探
根据上面分析,拟采用Super V1浮阀塔板。在结构特点上,Super V1浮阀采用U型带翼结构、阀体侧翼开孔和开缝,提高塔板气液接触均匀性,防止浮阀结焦和结垢沉积。设计了侧翼开孔的浮阀构型,以适用于低等结焦、结垢体系,称为Super V-1浮阎;设计了侧翼开缝的浮阀构型,以适应于中等以上易结焦、结垢体系,称为SuperV-2浮阀。在物理特性上,Super V1塔板的流体力学特性、雾沫夹带特性、泄漏特性、传质效率等都比原_束采用的Glitsch V1塔板优良。
溶剂再生塔操作的核心问题是适应迸料组成、流量和迸料温度的波动,保证再生胺的H2S含量的要求,因此要求塔设备具有商的操作稳定性、操作弹性和高塔板效率,同时要防止低处理量时泄漏对塔釜H2S含量的影响。塔板设计按照60ton/h为设计点,设计的操作弹性范围为50～115%。鉴于该塔的堰长塔径比大于0.75%,因此塔板上滞流区几乎不存在,为了节约施工时间,无须采用抹斜堰,塔内固定结构完全利旧。但由于该体系为重度起泡体系,在每个出口堰上部焊接3根350mm高Ф10mm的导气管。为了防止泄漏和保证塔板上的气液分散,最下部一层塔板(20层)堵孔至开孔率9%左右。
三、结语
化工设备故障排除需要建立在可靠的故障诊断基础上,集成利用专用的故障诊断技术和通用故障诊断方法,通过细致、周密的工作计划,事先充分的准备工作和安排合理的非正常停工,从而提高装霹的操作效果,实现最大程度的经济效益。给出了化工设备故障排除的基本步骤,并以塔设备故障排除工作的实施进行具体说明。
【参考文献】
[1]韩郁葱,郜兵.模糊综合评判在设备故障预警专家系统中的应用[J].合肥工业大学学报(自然科学版),2007,30(6).
[2]才永君.化工设备故障发生规律及预防研究[J].中国新技术新产品,2009(13).
[关键词]化工机械设备 故障检测 故障排除 实例分析 溶剂再生塔
[中图分类号]TQ050 [文献标识码]A[文章编号]1009-5349(2010)08-0068-02
引言
故障诊断的最终目标是为了查明故障源,以最小的代价排除故障,使设备恢复良好的运行状态。由于设备和部件价格昂贵,停工损失较大,同时还存在安全性问题,在排除故障之前必需做好充分的准备工作,遵循一定的原则,依照既定的、周密的步骤进行。[1]本文总结了化工设备故障排除的准备工作、主要原则和基本步骤。在此基础上,对一个典型的化工设备进行了故障排除和技术改造。
一、化工设备故障排除的基本内容
(一)化工设备故障排除的准备工作
由于化工生产属于流程型生产,停产的影响相当大,而且化工设备的内部构造相当复杂,拆装比较困难,所以在进行故障排除之前应做以下的准备工作[2]。
1.故障处理的办法来自装置实际和有关数据。计算机是数据分析的有力工具,但决不是故障处理的出发点。深入现场进行全面深入的调查研究,掌握第一手资料,是故障处理最重要的基础工作;2.从安全和环境保护的角度对故障危险性作出评估。如果存在危险性,首先应采取应急措施排除危险。在问题存在的条件下,尽量采取一些临时性措施,维持生产,至少希望能为故障处理收集资料创造必要条件,取得尽可能完整又可靠的资料。在作为计划和准备的条件下停产,以便缩短维修时间;3.必须收集和掌握完整的资料。只有掌握了完整的资料,才有可能确定故障的性质,找出故障的确切原因。收集资料不应局限于塔装置,还应包括有关的上、下游设备。完整的资料应包括:①装置的设计、改造和维修资料;②操作人员、维修人员、仪表人员和管理人员的意见。③深入装置现场细心察看,必要时得亲自检验,收集第一手资料;4.对资料进行科学分析,引出符合实际的结论。
(二)化工设备故障排除的主要原则及其方案评价
进行故障排除时应遵循的主要原则有:1.如果有几种见解难于分辨而需作进一步现场测试检验时,应从最易鉴别是非的见解开始。2.需要停产鉴别的故障,一般应放在最后排除。3.当判断不是十分有把握时,进一步调查研究,用更先进的仪表和技术进行测试和分析是十分必要的。4.在达到设备性能要求的前提下,排除方法可按下面的顺序依次考虑:维修、零部件替换、设备技术改造、设备更新。
化工设备故障排除的评价包括“事先评价”和“事后评价”。“事先评价”是指在故障排除之前先确定多个可能方案,然后进行评价选出最优方案;“事后评价”是在设备开车平稳运行之后,以设备和产品的性能参数为基础,结合有关专家的意见进行综合评价。
化工设备故障排除方案评价涉及的主要指标包括:1.技术评价指标,如工作性能指标、操作性能指标、使用维护性等;2.经济评价指标,如技术改造投入对产品价格的影响、投资回收期等;3.社会评价指标,如排除方法操作安全性、对环境的影响等。
二、化工设备故障排除的实例分析
(一)溶剂再生塔的故障原因
通过对溶剂再生塔进行了流程模拟和塔设备核算,然后利用灰色系统理论进行特征和故障类型的关联程度分析,发现溶剂再生塔发生冲塔和贫液中H2S浓度超标的主要原因是设计开孔率低,引起塔设备完全操作于上限状态,并且塔内有6层塔板被吹翻所引起的。依照故障排除的原则和步骤,最终确定要排除该塔的操作故障,必须对该塔实施技术改造。
在预制塔板的基础上,经过合理的生产调度及安排,决定对塔设备紧急实施2天的停工检查和改造。开塔后发现塔内提馏段下部(4～7层,10和11层)共六层塔板完全脱落,完全验证了故障诊断的分析结果,分析原因是塔板安装不当造成的。
(二)溶剂再生塔的操作分析
1.理论板数、回流量与产品质量的关系
按照精馏原理,理论板数增加,达到相同分离要求所需要的回流比降低。当然在确定实际板数和塔板效率的条件下,分离要求越高,所需要的回流比越大。因此精馏塔顶回流常常用于调整精馏塔的分离效果。然而精馏塔回流比增大不仅增加了再沸器和塔顶冷凝器的热负荷,同时也大大增加了塔内的气液负荷。在确定的塔径和塔内结构下,塔内气液负荷增加将引起塔内过量的雾沫夹带,从而降低塔板效率。雾沫夹带所引起塔板效率的降低意味着在相同实际塔板数条件下,引起塔内理论板数的降低。在相同的分离要求下,回流比的增加导致所需要理论板数的降低和雾沫夹带所引起板效率降低的程度决定了精馏塔回流比调整生产的效果。
对于本文所考察的溶剂再生塔而言,设计生产能力为38.5ton/h(吨/小时),而实际操作的进料量高达60ton/h,塔设备操作于严重的上限状态,对于前文所诊断出6层塔板脱落所引起塔板效率降低的操作故障,不能通过增加回流比来大幅度调整的,因此当前塔设备必须进行停车故障检修。
为了更好地进行溶剂再生塔故障的排除,分析溶剂再生塔的理论板数、回流和产品质量间的关系是极为重要的工作。为此本文应用ProII软件,进行了不同理论板数条件下,不同回流量下再生贫液中H2S含量变化的计算,在此需要说明地是,溶剂再生塔由于塔顶无液相产品,并且气相产品的量和组成随着原料和上游安装的操作波动而有较大变化,由此采用回流量而非回流比来描述。从计算结果看,在再生贫液H2S浓度小于lg/l(克/升)的生产要求下,塔内达到该分离要求所需要的回流比随着理论板数增加而降低。考虑到当前溶剂再生塔径的限制,过高的操作回流量是不可行的,因此增加理论板数是溶剂再生塔故障排除的关键问题。因此该塔需要更换处理能力更大、传质效率高的新型塔板。
2.理论板数与现有降液管结构的关系
为了尽可能避免停工,或者缩短停工时间,本文采用流程模拟软件ProII,在规定贫液巾H2S含量为1g/l条件下,进行了不同理论板数条件下,降液管适应能力的考察,,要利用排除现有溶剂再生塔的操作故障,保证再生贫液中H2S含量为小于lg/1的生产要求,降液管结构完全利旧的先决条件是保证全塔具有12块以上理论塔板的分离能力,即保证该体系的传质效率至少在50%以上。因此,溶剂再生塔需要更换大处理能力、高效率的塔内件,才能及时排除操作故障,实现安稳长生产。
3.溶剂再生塔对塔内件性能的要求
由于溶剂再生塔的原料组成和流量条件具有较大的波动,并且由于当前塔径的限制,选用的塔内件必需具有高处理能力,高效率和极大的操作弹性和操作稳定性。
(三)技术改造初探
根据上面分析,拟采用Super V1浮阀塔板。在结构特点上,Super V1浮阀采用U型带翼结构、阀体侧翼开孔和开缝,提高塔板气液接触均匀性,防止浮阀结焦和结垢沉积。设计了侧翼开孔的浮阀构型,以适用于低等结焦、结垢体系,称为Super V-1浮阎;设计了侧翼开缝的浮阀构型,以适应于中等以上易结焦、结垢体系,称为SuperV-2浮阀。在物理特性上,Super V1塔板的流体力学特性、雾沫夹带特性、泄漏特性、传质效率等都比原_束采用的Glitsch V1塔板优良。
溶剂再生塔操作的核心问题是适应迸料组成、流量和迸料温度的波动,保证再生胺的H2S含量的要求,因此要求塔设备具有商的操作稳定性、操作弹性和高塔板效率,同时要防止低处理量时泄漏对塔釜H2S含量的影响。塔板设计按照60ton/h为设计点,设计的操作弹性范围为50～115%。鉴于该塔的堰长塔径比大于0.75%,因此塔板上滞流区几乎不存在,为了节约施工时间,无须采用抹斜堰,塔内固定结构完全利旧。但由于该体系为重度起泡体系,在每个出口堰上部焊接3根350mm高Ф10mm的导气管。为了防止泄漏和保证塔板上的气液分散,最下部一层塔板(20层)堵孔至开孔率9%左右。
三、结语
化工设备故障排除需要建立在可靠的故障诊断基础上,集成利用专用的故障诊断技术和通用故障诊断方法,通过细致、周密的工作计划,事先充分的准备工作和安排合理的非正常停工,从而提高装霹的操作效果,实现最大程度的经济效益。给出了化工设备故障排除的基本步骤,并以塔设备故障排除工作的实施进行具体说明。
【参考文献】
[1]韩郁葱,郜兵.模糊综合评判在设备故障预警专家系统中的应用[J].合肥工业大学学报(自然科学版),2007,30(6).
[2]才永君.化工设备故障发生规律及预防研究[J].中国新技术新产品,2009(13).