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程控閥開關頻繁，故障率高。由于PSA解吸氣作為制氫轉化爐的燃料氣，燃料氣的大幅度波動嚴重危害轉化爐的安全運行和生產安全，所以一旦發生程控閥故障，都必須謹慎對待。對于不同的程控閥故障，有不同切塔節點和操作方法。

關鍵詞：變壓吸附;程控閥;產品氫;解吸氣;轉化爐

1 變壓吸附制氫簡介

變壓吸附提純氫技術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）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行再生，再生過程產生的解吸氣經調節閥調節混合后穩定的送往轉化爐火嘴，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4次壓力均衡過程，每個塔要依次經歷吸附（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系統共83個程控閥，PSA程控閥開關頻繁，故障率高。另外由于本裝置的PSA解吸氣作為制氫轉化爐的燃料氣，燃料氣的大幅度波動嚴重危害轉化爐的安全運行和生產安全，所以一旦發生程控閥故障，都必須謹慎對待，常用的是將該閥門所在吸附塔切出進行處理。不同的程控閥故障，對產品氫管網和進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（進料閥）

無法打開，會導致系統壓力和產品氫流量波動，應立即查看報警及壓力趨勢，確認閥門故障。手動切塔操作建議：延遲至均降E2D步序時切塔。

無法關閉，會造成大量進料氣進入均壓的塔內導致產品氫流量壓力降低 和產品氫純度降低。應立即查看報警及壓力趨勢，確認閥門故障。手動切塔操作建議：立即切塔。

2#閥（產品閥）

無法打開，導致系統壓力和產品氫流量波動。應立即查看報警及壓力趨勢，確認閥門故障。手動切塔操作建議：均降E2D步序時切塔。

無法關閉。大量產品氫進入均壓的塔內導致產品氫流量和壓力降低。應立即查看報警及壓力趨勢，確認閥門故障。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，轉化爐出口溫度降低;2、沖洗時大量解吸氣進入轉化爐造成爐溫波動;3、產品氫純度下降。此時應：1、立即查看報警及壓力趨勢，確認閥門故障。2、立即關小解吸氣進爐閥，補充補充燃料氣進轉化爐，控制好爐溫，避免爐膛負壓高聯鎖及燃料氣與爐膛壓差低聯鎖 "手動切塔操作建議：延遲至PP沖洗結束時切塔。

無法關閉。沖洗結束后在均勻階段大量氫氣進入解吸氣中，導致轉化爐溫升高。此時應：1、立即查看報警及壓力趨勢，確認閥門故障。 " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " 2、手動關小解吸氣流控閥FV15103，減少進爐膛解吸氣量;減少轉化爐補充燃料氣流量。 手動切塔操作建議：延遲至PP沖洗結束時切塔。

4#閥（2均、3均）

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

無法關閉。會造成：1、導致升壓塔及降壓塔壓力紊亂 2、進入終充階段時產品氫流量及壓力降低。應立即查看報警及壓力趨勢，確認閥門故障。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、終充無法進行，導致升壓塔及降壓塔壓力紊亂;2、進入吸附階段時產品氫流量及壓力降低。應立即查看報警及壓力趨勢，確認閥門故障。手動切塔操作建議：立即切塔。

無法關閉。會造成：1、導致升壓塔及降壓塔壓力紊亂 "2、進入吸附階段時產品氫流量及壓力降低。應立即查看報警及壓力趨勢，確認閥門故障。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、導致順放罐壓力低，影響沖洗效果，產品氫純度降低 2、進入逆放階段時，吸附塔壓力高，大量解吸氣進入轉化爐造成爐溫升高。此時應：1、立即查看報警及壓力趨勢，確認閥門故障。手動切塔操作建議：立即切塔。2、立即調整轉化爐燃料氣/解吸氣流量。

無法關閉。則進入逆放階段時，吸附塔與順放罐聯通，大量解吸氣進入轉化爐造成爐溫升高。此時應：1、立即查看報警及壓力趨勢，確認閥門故障。手動切塔操作建議：立即切塔 2、立即調整轉化爐燃料氣/解吸氣流量。

7#閥（沖洗）

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

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

8#閥（沖洗）

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

無法關閉。會造成在均勻階段大量氫氣進入解吸氣中，導致轉化爐溫升高。此時應：1、立即查看報警及壓力趨勢，確認閥門故障。手動切塔操作建議：立即切塔 " 2、手動關小解吸氣流控閥FV15103，減少進爐膛解吸氣量;減少轉化爐補充燃料氣流量。

以上故障現象及風險識別是程控閥門故障后第一時間的表象和風險，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，要準確判斷出導致生產異常的故障閥門，熟練掌握切塔操作，故障處理過程中要控穩轉化爐溫度、系統壓力、產品氫流量壓力等參數，避免事故擴大或發生次生事故。

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