分子篩吸附器故障分析及優(yōu)化措施

丁盼盼，王德勝，劉春燕

(1.榮盛集團(tuán)中金石化有限公司 浙江寧波 315000；2.中南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 湖南長(zhǎng)沙 410083)

分子篩吸附器故障分析及優(yōu)化措施

丁盼盼1，王德勝1，劉春燕2

(1.榮盛集團(tuán)中金石化有限公司 浙江寧波 315000；2.中南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 湖南長(zhǎng)沙 410083)

分子篩吸附器的吸附效果是空分系統(tǒng)正常運(yùn)行的保障，分子篩進(jìn)水、CO2含量超標(biāo)、閥門泄漏等異常情況均會(huì)對(duì)空分系統(tǒng)的正常運(yùn)行產(chǎn)生危害。針對(duì)分子篩吸附器在實(shí)際運(yùn)行過程中存在的常見故障，分析其原因并提出解決方法，同時(shí)給出優(yōu)化分子篩吸附器運(yùn)行的措施。

分子篩；吸附；空分；優(yōu)化措施

分子篩種類繁多，目前常用的分子篩可以分為A型、X型和Y型；根據(jù)陽離子的不同，其孔徑和性質(zhì)也不同，可分為3A，4A，5A，10X，13X等多種型號(hào)。由于分子篩吸附性能和機(jī)械強(qiáng)度的不同，高、中壓空分裝置一般采用5A型分子篩，全低壓大型空分裝置一般采用13X型分子篩。

分子篩在空分系統(tǒng)中較為常見，若其運(yùn)行出現(xiàn)故障，輕則空分系統(tǒng)工況異常，重則停車甚至出現(xiàn)意外事故并造成重大危害。

1 分子篩故障及解決方法

1.1 分子篩吸附器進(jìn)水

當(dāng)空氣夾帶大量水分進(jìn)入分子篩吸附器時(shí)，會(huì)造成分子篩進(jìn)水事故，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引發(fā)分子篩穿透，此時(shí)分子篩底部疏水閥會(huì)排出大量游離水，冷吹峰值出現(xiàn)異常，分子篩吸附器出口空氣中CO2含量較高，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成板式換熱器和冷箱凍結(jié)、相關(guān)管道凍裂的事故，對(duì)后系統(tǒng)及后期檢修影響巨大。同時(shí)，水分的沖擊會(huì)對(duì)分子篩造成永久性損傷，使其使用壽命大幅縮短。水分的大量進(jìn)入加劇了分子篩的吸附負(fù)荷，導(dǎo)致碳?xì)浠衔锖虲O2含量的超標(biāo)，此時(shí)靜電現(xiàn)象愈加明顯，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引發(fā)冷箱爆炸事故。

分子篩帶水與空冷塔的相關(guān)性很大[1]。當(dāng)空冷塔底部液位過高、循環(huán)水中雜質(zhì)過多、循環(huán)水消泡劑消泡效果差、啟動(dòng)預(yù)冷系統(tǒng)時(shí)先開水泵后導(dǎo)氣等，都會(huì)造成分子篩帶水?？绽渌Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理、氣液分離空間小，當(dāng)空氣量增大時(shí)也會(huì)帶出一部分液體。

在操作過程中應(yīng)通過以下方法避免分子篩帶水：排除儀表故障原因后，嚴(yán)格控制水量，不可突然增加氣量；開車階段嚴(yán)格執(zhí)行先導(dǎo)氣后開水泵的操作順序，嚴(yán)格監(jiān)控儀表、液位計(jì)、閥門的安全準(zhǔn)確性，避免因操作不當(dāng)而造成分子篩帶水；嚴(yán)格控制循環(huán)水的工藝指標(biāo)，避免因氣泡過多、水質(zhì)差或管道堵塞等原因造成的分子篩帶水。

1.2 分子篩吸附器出口空氣中CO2含量超標(biāo)

分子篩吸附器出口處的CO2分析表是判斷CO2含量是否超標(biāo)的最直觀的手段。CO2進(jìn)入換熱器后會(huì)造成換熱器阻力增大，還會(huì)引起主塔塔板阻力波動(dòng)，增大了主冷爆炸和泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。CO2含量超標(biāo)的原因如下：①大氣中CO2含量超標(biāo)引起分子篩吸附器吸附不完全，此時(shí)需由分析人員確認(rèn)空壓機(jī)進(jìn)口處空氣中CO2含量，確定原因后適量降低空壓機(jī)負(fù)荷，調(diào)整分子篩吸附時(shí)間，縮短單臺(tái)吸附器的工作時(shí)間。若空氣中CO2含量長(zhǎng)期高于正常水平，需考慮現(xiàn)場(chǎng)增加分子篩的裝填量。②大氣中H2S和SO2含量超標(biāo)會(huì)引起分子篩失活；循環(huán)水中若含有大量H2S或SO2，將會(huì)通過空冷塔帶入分子篩，此時(shí)需對(duì)供排水的水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)并尋找H2S及SO2含量超標(biāo)的原因，盡快減少有害氣體進(jìn)入分子篩吸附器。③空壓機(jī)負(fù)荷增大，但未對(duì)分子篩運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，導(dǎo)致分子篩吸附不完全，長(zhǎng)期累積導(dǎo)致分子篩吸附器出口空氣中CO2含量增大。此時(shí)應(yīng)提高分子篩脫附溫度、加大再生氣量、調(diào)整分子篩切換周期，并視情況增加分子篩的裝填量。④分子篩裝填量過少或裝填過程中出現(xiàn)粉碎，都可導(dǎo)致分子篩吸附不完全，分子篩吸附器出口空氣中CO2含量增大。此時(shí)應(yīng)與分子篩供應(yīng)商協(xié)商，以保證正常運(yùn)行以及破損工況下有足夠的分子篩裝填量。⑤分子篩投用初期，在排除設(shè)計(jì)缺陷的情況下，若活化不完全，分子篩吸附效率將下降；避免分子篩過早裝填而出現(xiàn)受潮等問題；開車后，分子篩必須活化再生3個(gè)周期以上，以保證其吸附性能。

1.3 分子篩冷吹峰值異常

分子篩再生時(shí)，冷吹階段初期污氮?dú)獬隹跍囟葧?huì)持續(xù)升高并出現(xiàn)一個(gè)峰值。其原因是由于分子篩床層內(nèi)積聚的熱量將氣體及下層分子篩加熱，若床層平整，相同截面下的溫度大致相同，直至出口處溫度也相同，故會(huì)出現(xiàn)一個(gè)最高溫度。如果分子篩床層不平整，氣流在不同部位通過的床層厚度不同，將導(dǎo)致出口處最高溫度出現(xiàn)的時(shí)間不同，從而出現(xiàn)多個(gè)峰值、峰頂平坦、峰值溫度低等異常冷吹曲線[2]。床層厚度不均的原因可能是分子篩裝填不均勻，也可能是分子篩出現(xiàn)局部粉碎而引起流通的氣量不均勻所致，都會(huì)導(dǎo)致冷吹峰值異常。

若分子篩進(jìn)水時(shí)會(huì)出現(xiàn)平頭峰，伴隨分子篩吸附器壓力忽高忽低、阻力升高等現(xiàn)象。水分進(jìn)入分子篩后會(huì)吸收加熱時(shí)的熱量，在加熱階段需對(duì)多余的水分進(jìn)行解析，所以在冷吹時(shí)污氮?dú)獬隹跍囟冉档筒⒈３忠欢螘r(shí)間，峰值趨于平緩。一般平頭峰曲線越長(zhǎng)，進(jìn)入分子篩的水分越多。

冷吹峰值過低表明分子篩再生不充分，此時(shí)需對(duì)工況進(jìn)行調(diào)整。冷吹峰值過低的原因包括：分子篩負(fù)荷過大，如加工空氣量過大或加工空氣溫度過高都會(huì)引起分子篩負(fù)荷的變化；再生氣量不足或再生氣溫度過低，導(dǎo)致分子篩再生不充分；加熱和冷吹時(shí)間過短。

1.4 電加熱器異常

電加熱器常見故障為中間繼電器等電氣元件出現(xiàn)損毀，導(dǎo)致電加熱器使用異常[3]。如有2套電加熱器可進(jìn)行切換，應(yīng)定期對(duì)周波控制器和電氣元件進(jìn)行檢測(cè)，避免不必要故障的出現(xiàn)。電加熱管的連接故障也是造成再生氣出口溫度異常的常見原因，使用中須加強(qiáng)對(duì)電加熱管連線的檢查，防止發(fā)生連接線斷路、短路等，避免電加熱管出現(xiàn)斷電、損毀等故障，保證分子篩吸附器的正常運(yùn)行。

1.5 蒸汽加熱器泄漏

蒸汽加熱器泄漏時(shí)，再生污氮?dú)馑趾繒?huì)急劇升高，分子篩吸附器出口空氣中CO2含量也會(huì)明顯上升，且水分進(jìn)入分子篩吸附器將造成分子篩機(jī)械強(qiáng)度下降而出現(xiàn)粉化現(xiàn)象，嚴(yán)重影響分子篩吸附能力和使用壽命，同時(shí)會(huì)給冷箱帶來嚴(yán)重的安全隱患。

設(shè)計(jì)上的缺陷、流體介質(zhì)的沖擊破壞、內(nèi)部振動(dòng)過大引起的蒸汽管束破損、長(zhǎng)期使用及負(fù)荷的變化對(duì)材質(zhì)造成的疲勞損傷等都會(huì)引起蒸汽加熱器泄漏。出現(xiàn)蒸汽加熱器泄漏時(shí)，應(yīng)根據(jù)蒸汽加熱器出口氣體水含量報(bào)警提示及早發(fā)現(xiàn)、及時(shí)判斷。蒸汽加熱器泄漏初期可通過提高再生污氮?dú)鈿饬?、降低再生氣水分含量、提高蒸汽溫度以保證分子篩再生效果。如果蒸汽加熱器泄漏嚴(yán)重且有備用電加熱器，可考慮切換至電加熱器加熱再生氣，否則就必須停車檢修，避免造成更大的損失。

1.6 切換系統(tǒng)故障

分子篩吸附器在切換過程中會(huì)出現(xiàn)諸多問題，常見問題如下：①控制系統(tǒng)故障，程序出現(xiàn)錯(cuò)誤，此時(shí)需轉(zhuǎn)入手動(dòng)操作[4]。如有備用控制器則切換至備用控制器；如手動(dòng)操作無效，則無法對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行操作，此時(shí)需作停車處理。②電磁閥故障，切換閥無法操作，出現(xiàn)此類問題時(shí)須首先對(duì)電源和氣源進(jìn)行檢查，檢查正常后進(jìn)行手動(dòng)操作，并考慮更換電磁閥。③切換閥動(dòng)作緩慢導(dǎo)致控制系統(tǒng)暫停，引起此類事故的原因一般是氣源壓力低或閥門機(jī)械卡阻，此時(shí)需調(diào)節(jié)氣源壓力，處理卡阻或加以潤(rùn)滑。④閥門出現(xiàn)泄漏[5]，這將影響空氣進(jìn)塔量，導(dǎo)致氧提取率下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)對(duì)分子篩再生造成影響，降低分子篩的吸附容量。閥門是否發(fā)生泄漏可通過壓力、流量、溫度、聲音等變化來判斷。閥門泄漏的原因可能為密封出現(xiàn)泄漏或損壞，需對(duì)密封進(jìn)行更換；若密封無問題，檢查執(zhí)行機(jī)構(gòu)與閥桿連接處是否出現(xiàn)松動(dòng)，排除此類故障原因后需檢查閥門行程，如行程不足或過度，則調(diào)節(jié)至正常位置。

1.7 分子篩粉化破碎

分子篩若嚴(yán)重粉化，加工空氣會(huì)將粉化后的分子篩帶入換熱器或主塔內(nèi)，導(dǎo)致?lián)Q熱器和塔板的堵塞。在排除初次裝填時(shí)造成的分子篩破碎以及分子篩質(zhì)量問題后，引起分子篩粉化破碎的其他原因如下：①分子篩進(jìn)水造成其機(jī)械強(qiáng)度降低，導(dǎo)致分子篩粉化率增大。此時(shí)需對(duì)預(yù)冷系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)格操作，避免水分帶入分子篩中，保證分子篩活性。②過高的操作壓力和溫度會(huì)加快分子篩的粉化，縮短其使用壽命。在操作過程中須嚴(yán)格遵守工藝指標(biāo)，避免加工空氣量的突然增大或減小，保證加工空氣出水冷塔的溫度變化正常；嚴(yán)格控制再生氣量，避免氣量大幅波動(dòng)對(duì)分子篩造成沖刷。③分子篩順控程序中升壓和降壓的時(shí)間設(shè)置過短，導(dǎo)致壓力變化速率過大，也會(huì)加劇分子篩的粉化。此時(shí)需調(diào)整順控程序內(nèi)的設(shè)定時(shí)間，適當(dāng)延長(zhǎng)時(shí)間，減小壓力變化速率。④分子篩床層不平整、氣體分布器分布不均、分子篩內(nèi)形成氣體旋流，均會(huì)導(dǎo)致分子篩間摩擦粉化。

2 優(yōu)化分子篩運(yùn)行的措施

2.1 增設(shè)閥門

分子篩吸附器前的加工空氣管線最底部增設(shè)導(dǎo)氣閥，可通過此閥判斷出加工空氣中是否攜帶大量游離水，對(duì)判別分子篩是否進(jìn)水有重大作用。分子篩吸附器最底部增設(shè)吹除閥，在吹掃時(shí)打開，同時(shí)作為污氮?dú)獬龇肿雍Y吸附器的導(dǎo)淋閥，在分子篩解析時(shí)可通過此閥排除大量解析出的游離水。

2.2 順控系統(tǒng)跳步

分子篩吸附器在運(yùn)行中會(huì)出現(xiàn)許多變故，除了必須暫停分子篩吸附器運(yùn)行程序外，也可對(duì)順控程序的時(shí)間作出調(diào)整，可根據(jù)冷吹峰值以及出口空氣中CO2分析值適當(dāng)延長(zhǎng)解析時(shí)間，使分子篩充分脫附。

2.3 蒸汽加熱器和電加熱器配合使用

若出現(xiàn)蒸汽加熱器泄漏或電加熱器故障時(shí)，可通過改變加熱方式進(jìn)行切換，將故障設(shè)備隔離后進(jìn)行處理，避免停車，確保生產(chǎn)裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行。

3 結(jié)語

分子篩吸附器是空分系統(tǒng)的重要組成部分，一旦出現(xiàn)故障極易導(dǎo)致整個(gè)空分系統(tǒng)停車。在實(shí)際操作中，對(duì)分子篩脫附后的空氣中碳?xì)浠衔?、水分以及CO2含量要求極高，當(dāng)分子篩吸附器出現(xiàn)故障時(shí)，需要準(zhǔn)確分析故障原因，及時(shí)作出調(diào)整，確保空分系統(tǒng)正常運(yùn)行。

[1] 李楷，黃武，王金娟.分子篩吸附器帶水原因及預(yù)防措施[J].山西化工，2008(1)：57- 58.

[2] 楊秉彪，王立，岳獻(xiàn)芳，等.分子篩純化系統(tǒng)常見故障分析與處理[J].深冷技術(shù)，2009(4)：21- 24.

[3] 吳波.分子篩純化系統(tǒng)電加熱器故障分析及預(yù)防措施[J].深冷技術(shù)，2013(3)：8- 10.

[4] 湯學(xué)忠，顧福民.新編制氧工問答[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2001.

[5] 胥波，閆偉東，孔繁魁，等.21000 m3/h空分設(shè)備分子篩純化系統(tǒng)故障分析及處理[J].深冷技術(shù)，2012(6):15- 18.

AnalysisofMolecularSieveAdsorberFaultandOptimizationMeasures

DING Panpan1, WANG Desheng1, LIU Chunyan2

(1.Rongsheng Group Zhongjin Petrochemical Co., Ltd., Ningbo 315000, China；2.Chemistry and Chemical Engineering, Central South University, Changsha 410083, China)

The adsorption effect of molecular sieve adsorber is essential in ensuring normal functioning of air separation system, while abnormities like water entered molecular sieve, CO2content exceeded limit, valve leakage, etc. can cause harm to normal operation of air separation system. In connection with common faults existed in actual operation of molecular sieve adsorber, the causes are analyzed and the countermeasures are suggested, at the same time, measures optimizing molecular sieve adsorber operation are proposed.

molecular sieve; adsorption; air separation; optimization measures

丁盼盼(1990—)，男，助理工程師；1154808009@qq.com

TQ116.11

B

1006- 7779(2017)05- 0056- 03

2016- 01- 20)