變壓吸附（PSA）程控閥門故障處理探究

（中海煉化惠州煉化分公司，廣東 惠州 516086）

摘 要：變壓吸附提純氫技術(shù)的基本原理是利用吸附劑對氣體的吸附具有選擇性，本裝置PSA程控閥開關(guān)頻繁，故障率高。由于PSA解吸氣作為制氫轉(zhuǎn)化爐的燃料氣，燃料氣的大幅度波動嚴(yán)重危害轉(zhuǎn)化爐的安全運行和生產(chǎn)安全，所以一旦發(fā)生程控閥故障，都必須謹(jǐn)慎對待。對于不同的程控閥故障，有不同切塔節(jié)點和操作方法。

關(guān)鍵詞：變壓吸附;程控閥;產(chǎn)品氫;解吸氣;轉(zhuǎn)化爐

1 變壓吸附制氫簡介

變壓吸附提純氫技術(shù)的基本原理是利用吸附劑對氣體的吸附具有選擇性，即不同的氣體（吸附質(zhì)）在吸附劑上的吸附量有差異和一種特定的氣體在吸附劑上的吸附量隨壓力變化而變化的特性，實現(xiàn)氣體混合物的分離和吸附劑的再生。本裝置采用沖洗方式對吸附劑進(jìn)行再生，再生過程產(chǎn)生的解吸氣經(jīng)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)混合后穩(wěn)定的送往轉(zhuǎn)化爐火嘴，用作燃料氣，相對減少燃料氣消耗。本裝置PSA由10臺吸附塔、1臺水分離罐、2臺順放氣緩沖罐、1臺解吸氣緩沖罐、2臺解吸氣混合罐和一組程控閥組成。采用10-3-4/P運行方式，即有10個吸附塔、其中始終有3個塔處于不同的吸附階段、實現(xiàn)4次壓力均衡過程，每個塔要依次經(jīng)歷吸附（A）、第一次均壓降（E1D）、第二次均壓降（E2D）、第三次均壓降（E3D）、第四次均壓降（E4D）、順放（PP）、逆放（D）、沖洗（P）、第四次均壓升（E4R）、第三次均壓升（E3R）、第二次均壓升（E2R）、第一次均壓升（E1R）、最終升壓（FR）等步驟。主要流程如下圖1。

2 PSA運行中程控閥故障對本裝置影響及處理方法

本裝置PSA系統(tǒng)共83個程控閥，PSA程控閥開關(guān)頻繁，故障率高。另外由于本裝置的PSA解吸氣作為制氫轉(zhuǎn)化爐的燃料氣，燃料氣的大幅度波動嚴(yán)重危害轉(zhuǎn)化爐的安全運行和生產(chǎn)安全，所以一旦發(fā)生程控閥故障，都必須謹(jǐn)慎對待，常用的是將該閥門所在吸附塔切出進(jìn)行處理。不同的程控閥故障，對產(chǎn)品氫管網(wǎng)和進(jìn)爐燃料氣有不同程度的影響，因此也有不同的切塔方法，列舉如下：

1#閥（進(jìn)料閥）

無法打開，會導(dǎo)致系統(tǒng)壓力和產(chǎn)品氫流量波動，應(yīng)立即查看報警及壓力趨勢，確認(rèn)閥門故障。手動切塔操作建議：延遲至均降E2D步序時切塔。

無法關(guān)閉，會造成大量進(jìn)料氣進(jìn)入均壓的塔內(nèi)導(dǎo)致產(chǎn)品氫流量壓力降低 和產(chǎn)品氫純度降低。應(yīng)立即查看報警及壓力趨勢，確認(rèn)閥門故障。手動切塔操作建議：立即切塔。

2#閥（產(chǎn)品閥）

無法打開，導(dǎo)致系統(tǒng)壓力和產(chǎn)品氫流量波動。應(yīng)立即查看報警及壓力趨勢，確認(rèn)閥門故障。手動切塔操作建議：均降E2D步序時切塔。

無法關(guān)閉。大量產(chǎn)品氫進(jìn)入均壓的塔內(nèi)導(dǎo)致產(chǎn)品氫流量和壓力降低。應(yīng)立即查看報警及壓力趨勢，確認(rèn)閥門故障。手動切塔操作建議：立即切塔（E1D步序）。

3#閥（逆放閥）

無法打開。造成：1、解吸氣流量減少，轉(zhuǎn)化爐出口溫度降低;2、沖洗時大量解吸氣進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐造成爐溫波動;3、產(chǎn)品氫純度下降。此時應(yīng)：1、立即查看報警及壓力趨勢，確認(rèn)閥門故障。2、立即關(guān)小解吸氣進(jìn)爐閥，補(bǔ)充補(bǔ)充燃料氣進(jìn)轉(zhuǎn)化爐，控制好爐溫，避免爐膛負(fù)壓高聯(lián)鎖及燃料氣與爐膛壓差低聯(lián)鎖 "手動切塔操作建議：延遲至PP沖洗結(jié)束時切塔。

無法關(guān)閉。沖洗結(jié)束后在均勻階段大量氫氣進(jìn)入解吸氣中，導(dǎo)致轉(zhuǎn)化爐溫升高。此時應(yīng)：1、立即查看報警及壓力趨勢，確認(rèn)閥門故障。 " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " 2、手動關(guān)小解吸氣流控閥FV15103，減少進(jìn)爐膛解吸氣量;減少轉(zhuǎn)化爐補(bǔ)充燃料氣流量。 手動切塔操作建議：延遲至PP沖洗結(jié)束時切塔。

4#閥（2均、3均）

無法打開。會造成：1、均壓無法進(jìn)行，導(dǎo)致升壓塔及降壓塔壓力紊亂 2、進(jìn)入終充階段時產(chǎn)品氫流量及壓力降低。此時應(yīng)立即查看報警及壓力趨勢，確認(rèn)閥門故障。手動切塔操作建議：立即切塔（E2D、E3R）。

無法關(guān)閉。會造成：1、導(dǎo)致升壓塔及降壓塔壓力紊亂 2、進(jìn)入終充階段時產(chǎn)品氫流量及壓力降低。應(yīng)立即查看報警及壓力趨勢，確認(rèn)閥門故障。手動切塔操作建議：立即切塔（E2D、E3R）。

5#閥（1均、終充）

無法打開。會造成：1、均壓、終充無法進(jìn)行，導(dǎo)致升壓塔及降壓塔壓力紊亂;2、進(jìn)入吸附階段時產(chǎn)品氫流量及壓力降低。應(yīng)立即查看報警及壓力趨勢，確認(rèn)閥門故障。手動切塔操作建議：立即切塔。

無法關(guān)閉。會造成：1、導(dǎo)致升壓塔及降壓塔壓力紊亂 "2、進(jìn)入吸附階段時產(chǎn)品氫流量及壓力降低。應(yīng)立即查看報警及壓力趨勢，確認(rèn)閥門故障。手動切塔操作建議：立即切塔。

6#閥（均、順放）

無法打開。會造成：1、導(dǎo)致順放罐壓力低，影響沖洗效果，產(chǎn)品氫純度降低 2、進(jìn)入逆放階段時，吸附塔壓力高，大量解吸氣進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐造成爐溫升高。此時應(yīng)：1、立即查看報警及壓力趨勢，確認(rèn)閥門故障。手動切塔操作建議：立即切塔。2、立即調(diào)整轉(zhuǎn)化爐燃料氣/解吸氣流量。

無法關(guān)閉。則進(jìn)入逆放階段時，吸附塔與順放罐聯(lián)通，大量解吸氣進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐造成爐溫升高。此時應(yīng)：1、立即查看報警及壓力趨勢，確認(rèn)閥門故障。手動切塔操作建議：立即切塔 2、立即調(diào)整轉(zhuǎn)化爐燃料氣/解吸氣流量。

7#閥（沖洗）

無法打開。會造成：1、沖洗無法進(jìn)行，產(chǎn)品氫純度下降 2、 尾氣減少。此時應(yīng)：1、立即查看報警及壓力趨勢，確認(rèn)閥門故障。2、立即關(guān)小尾氣進(jìn)爐閥、縮短吸附時間（延緩尾氣壓力/流量下降速度），開大補(bǔ)充燃料閥。手動切塔操作建議：立即切塔。

無法關(guān)閉。則在4均升階段大量氫氣進(jìn)入順放罐、或其它沖洗步序，大量解吸氣進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐造成爐溫升高。此時應(yīng)：1、立 即查看報警及壓力趨勢，確認(rèn)閥門故障。手動切塔操作建議：立即切塔 "2、手動關(guān)小解吸氣流控閥FV15103，減少進(jìn)爐膛解吸氣量;減少轉(zhuǎn)化爐補(bǔ)充燃料氣流量。

8#閥（沖洗）

無法打開。會造成解吸氣流量大幅減少，轉(zhuǎn)化爐出口溫度降低、轉(zhuǎn)化爐燃料氣差壓低聯(lián)鎖。此時應(yīng)：1、立即查看報警及壓力趨勢，確認(rèn)閥門故障。手動切塔操作建議：立即切塔 "2、立即關(guān)小尾氣進(jìn)爐閥、縮短吸附時間（延緩尾氣壓力/流量下降速度），開大補(bǔ)充燃料閥。

無法關(guān)閉。會造成在均勻階段大量氫氣進(jìn)入解吸氣中，導(dǎo)致轉(zhuǎn)化爐溫升高。此時應(yīng)：1、立即查看報警及壓力趨勢，確認(rèn)閥門故障。手動切塔操作建議：立即切塔 " 2、手動關(guān)小解吸氣流控閥FV15103，減少進(jìn)爐膛解吸氣量;減少轉(zhuǎn)化爐補(bǔ)充燃料氣流量。

以上故障現(xiàn)象及風(fēng)險識別是程控閥門故障后第一時間的表象和風(fēng)險，操作人員必須在第一時間獲得閥門故障報警，并且立即查看各塔壓力趨勢，要準(zhǔn)確判斷出導(dǎo)致生產(chǎn)異常的故障閥門，熟練掌握切塔操作，故障處理過程中要控穩(wěn)轉(zhuǎn)化爐溫度、系統(tǒng)壓力、產(chǎn)品氫流量壓力等參數(shù)，避免事故擴(kuò)大或發(fā)生次生事故。

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作者簡介：崔占磊（1986-），男，黑龍江安達(dá)人，本科，初級助理工程師，研究方向：天然氣制氫。