分子篩純化系統蒸氣加熱器改造

穆繼偉

（遼陽石化公司動力廠，遼寧遼陽111003）

分子篩純化系統蒸氣加熱器改造

穆繼偉

（遼陽石化公司動力廠，遼寧遼陽111003）

將KDON-3200/6500型空分裝置蒸氣加熱器改造為電加熱器，并通過對控制系統的改進，解決了加熱器泄漏，效率下降的問題。改造后分子篩運行平穩，保證了空分裝置長周期連續穩定運行。

分子篩純化系；蒸氣加熱器；電加熱器

0 前言

KDON-3200/6500型空分裝置分子篩純化系統由2個互相切換的分子篩吸附器組成，采用吸附法凈化空氣中的水分、二氧化碳、乙炔和其他碳氫化合物。分子篩吸附劑在常溫下將空氣中的水分、二氧化碳等吸附質吸附在其表面上，加熱再生時利用吸附劑高溫下吸附容量減小的特性，再把吸附質解析出來，達到連續凈化空氣的目的。空氣出分子篩吸附器的露點需要＜-66℃，分子篩再生氣體溫度需要＞170℃，分子篩再生冷吹峰值需要＞100℃。

分子篩純化系統由DCS程序控制器控制，控制器通過9個步驟實現對分子篩純化系統的控制。每一步驟都設有為完成該步驟所需的等待時間及最長等待時間。其中卸壓時間5 min；加熱時間120 min；冷吹時間105 min；均壓時間10 min。分子篩程序可視運行工況，按操作人員的要求在自動控制與手動控制之間互相轉換。分子篩蒸汽加熱器投運以來運行平穩。隨著使用年限的增加，為防止蒸汽加熱器泄漏增設1臺電加熱器，但使用中電加熱器電熱棒頻繁損壞，使用功率達不到設計要求，由于電加熱系統不是原設備設計，安裝地點距離分子篩容器較遠，熱損較大，熱效率低，只是在無蒸汽或蒸汽加熱器泄漏時，才臨時切換使用該系統。

1 蒸汽加熱器存在的問題

空分裝置分子篩純化系統蒸汽加熱器在長期使用過程中，由于蒸汽的長期沖刷，加熱管束管壁明顯減薄。經多次檢修堵漏，部分加熱管束已被堵死，換熱效率明顯下降，已不能滿足生產運行需要。雖然幾次出現蒸汽加熱器泄漏事故都能及時發現，但分子篩吸附能力已經明顯下降，判斷蒸汽加熱器是否泄漏的技術手段滯后，只能通過二氧化碳在線分析儀報警提示，等到冷吹時將蒸汽加熱器污氮入口閥關閉，在蒸氣加熱器底部的污氮側吹除閥處，用小鏡子試驗是否有水蒸氣附在鏡子表面。當觀察到吹除閥有水蒸氣排出時，分子篩吸附劑已受到嚴重污染，空分系統將被迫停車，重新活化分子篩，但活化效果并不理想。

2 改造方法

拆除原分子篩再生系統的蒸汽加熱器和電加熱器，更換為2臺電加熱器，互為備用，主流程采用原電加熱器流路，電加熱器加溫閥保留，蒸氣加熱器加溫閥取消。將原加熱時間和電加熱器通電時間一致（120 min），改為加熱115 min，加熱器聯鎖停電；電加熱器繼續通入污氮5 min后再切換，避免電加熱器切換與斷電同時進行，造成電加熱器余熱過高，縮短使用壽命。電加熱器氣體出口溫度由可控硅調功器進行調節，并增設溫度高報警，高高聯鎖控制。

2.1 設備選型

新增電加熱器由電加熱器和控制系統兩部分組成，發熱元件采用具有良好耐蝕性、耐熱性，以及較好的冷作成型和焊接性的SUS304不銹鋼無縫管作為保護套，采用電氣物理特性穩定、高溫力學性能好，冷變形塑性好，長期使用不會產生脆性斷裂的Cr20Ni80電阻電熱合金絲，經壓縮工藝成型。控制部分采用數字電路，集成電路觸發器、可控硅等組成可調測溫、恒溫系統。

新增2臺電加熱器為立式，額定功率360 kW/臺，1用1備。工況Ⅰ：通過氣量5000 m3/h，出口溫度220℃。工況Ⅱ：通過氣量7000 m3/h，出口溫度170℃。

2.2 設備結構

電加熱器為直立圓筒式結構，由多只管狀電熱元件和筒體組成，管狀電熱元件是在金屬管內放入高溫電阻絲，空隙部分填入具有良好絕緣性和導熱性能的結晶氧化鎂粉，采用管狀電熱元件做發熱體。再生氣從上部進入，通過電熱管組件使氣體溫度升高，再從下部出去進入分子篩吸附器，電加熱器電熱元件共27支，每支15 kW，共405 kW。額定功率360 kW，接線24支，另有3支未接線，45 kW作為備用件預留在設備中，三項電源380 V，50 Hz。

2.3 控制系統

（1）AI808型數顯溫度控制柜，采用數顯溫度調節儀，集成電路觸發器，大功率可控硅和測溫元件組成測量、調節、控制回路。電加熱過程中，測溫元件將電加熱器出口溫度電信號送至數顯溫度調節儀進行放大、比較后顯示測量溫度值。同時輸出4～20 mA電流信號至可控硅觸發器組件的輸入端，控制輸出脈沖相位，從而控制可控硅導通角度，實現良好的控制精度和調節性。

（2）將原分子篩再生污氮流量指示報警回路改為流量指示報警聯鎖回路。當污氮流量達到低限時，控制室報警，當污氮流量達到低低限時聯鎖停電加熱器；在電加熱器出口設置溫度指示報警聯鎖，當溫度達到高限時，控制室報警，當溫度達到高高限時，聯鎖停電加熱器；設有電加熱器爐膛溫度超高自動斷電保護，防止電加熱器干燒造成電熱元件損壞。

（3）由于控制系統一直沒有升級更新，微機系統配置較低，導致內部的原程序不易改動，為實現取消加溫閥和在分子篩加熱115 min時聯鎖停電加熱器，又不影響切換程序運行，將加溫閥的開關信號在控制柜內短接和設立一個單獨的計時程序計時。電加熱器控制測量點及參數見表1。

表1 電加熱器控制測量點及參數

3 改造效果

改造前原電加熱器分子篩再生氣體溫度165℃，再生氣量≤5000 m3/h；蒸汽加熱器分子篩再生氣體溫度165℃，再生氣量≥6000 m3/h。再生出口氣體溫度冷吹峰值≤100℃，只達到分子篩再生需要的低限，分子篩中的水分、二氧化碳基本能解析，但隨著分子篩使用周期的增加，其吸附容量下降，吸附后期就會出現分子篩純化系統出口空氣中的二氧化碳含量上升的現象。

改造后的電加熱器分子篩再生氣體溫度179℃，再生氣量≥6000 m3/h，再生氣體出口溫度冷吹峰值≥120℃，分子篩再生效果良好。

分子篩再生加熱器改造投用后，由于設計配置合理，使再生氣量和溫度保持在最佳狀態，滿足了分子篩再生需求，分子篩再生指標達到了要求，安全性經濟性得到了提高，保證了空分設備的連續穩定運行。

〔編輯李波〕

TB657.9

B

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2016.12.35