分子篩吸附器故障分析及優化措施

丁盼盼，王德勝，劉春燕

(1.榮盛集團中金石化有限公司 浙江寧波 315000；2.中南大學化學化工學院 湖南長沙 410083)

分子篩吸附器故障分析及優化措施

丁盼盼1，王德勝1，劉春燕2

(1.榮盛集團中金石化有限公司 浙江寧波 315000；2.中南大學化學化工學院 湖南長沙 410083)

分子篩吸附器的吸附效果是空分系統正常運行的保障，分子篩進水、CO2含量超標、閥門泄漏等異常情況均會對空分系統的正常運行產生危害。針對分子篩吸附器在實際運行過程中存在的常見故障，分析其原因并提出解決方法，同時給出優化分子篩吸附器運行的措施。

分子篩；吸附；空分；優化措施

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；根據陽離子的不同，其孔徑和性質也不同，可分為3A，4A，5A，10X，13X等多種型號。由于分子篩吸附性能和機械強度的不同，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。

分子篩在空分系統中較為常見，若其運行出現故障，輕則空分系統工況異常，重則停車甚至出現意外事故并造成重大危害。

1 分子篩故障及解決方法

1.1 分子篩吸附器進水

當空氣夾帶大量水分進入分子篩吸附器時，會造成分子篩進水事故，嚴重時會引發分子篩穿透，此時分子篩底部疏水閥會排出大量游離水，冷吹峰值出現異常，分子篩吸附器出口空氣中CO2含量較高，嚴重時會造成板式換熱器和冷箱凍結、相關管道凍裂的事故，對后系統及后期檢修影響巨大。同時，水分的沖擊會對分子篩造成永久性損傷，使其使用壽命大幅縮短。水分的大量進入加劇了分子篩的吸附負荷，導致碳氫化合物和CO2含量的超標，此時靜電現象愈加明顯，嚴重時會引發冷箱爆炸事故。

分子篩帶水與空冷塔的相關性很大[1]。當空冷塔底部液位過高、循環水中雜質過多、循環水消泡劑消泡效果差、啟動預冷系統時先開水泵后導氣等，都會造成分子篩帶水。空冷塔結構設計不合理、氣液分離空間小，當空氣量增大時也會帶出一部分液體。

在操作過程中應通過以下方法避免分子篩帶水：排除儀表故障原因后，嚴格控制水量，不可突然增加氣量；開車階段嚴格執行先導氣后開水泵的操作順序，嚴格監控儀表、液位計、閥門的安全準確性，避免因操作不當而造成分子篩帶水；嚴格控制循環水的工藝指標，避免因氣泡過多、水質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

分子篩吸附器出口處的CO2分析表是判斷CO2含量是否超標的最直觀的手段。CO2進入換熱器后會造成換熱器阻力增大，還會引起主塔塔板阻力波動，增大了主冷爆炸和泄漏的風險。CO2含量超標的原因如下：①大氣中CO2含量超標引起分子篩吸附器吸附不完全，此時需由分析人員確認空壓機進口處空氣中CO2含量，確定原因后適量降低空壓機負荷，調整分子篩吸附時間，縮短單臺吸附器的工作時間。若空氣中CO2含量長期高于正常水平，需考慮現場增加分子篩的裝填量。②大氣中H2S和SO2含量超標會引起分子篩失活；循環水中若含有大量H2S或SO2，將會通過空冷塔帶入分子篩，此時需對供排水的水質進行監測并尋找H2S及SO2含量超標的原因，盡快減少有害氣體進入分子篩吸附器。③空壓機負荷增大，但未對分子篩運行參數進行相應調整，導致分子篩吸附不完全，長期累積導致分子篩吸附器出口空氣中CO2含量增大。此時應提高分子篩脫附溫度、加大再生氣量、調整分子篩切換周期，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粉碎，都可導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。此時應與分子篩供應商協商，以保證正常運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，在排除設計缺陷的情況下，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受潮等問題；開車后，分子篩必須活化再生3個周期以上，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，冷吹階段初期污氮氣出口溫度會持續升高并出現一個峰值。其原因是由于分子篩床層內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，故會出現一個最高溫度。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，將導致出口處最高溫度出現的時間不同，從而出現多個峰值、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局部粉碎而引起流通的氣量不均勻所致，都會導致冷吹峰值異常。

若分子篩進水時會出現平頭峰，伴隨分子篩吸附器壓力忽高忽低、阻力升高等現象。水分進入分子篩后會吸收加熱時的熱量，在加熱階段需對多余的水分進行解析，所以在冷吹時污氮氣出口溫度降低并保持一段時間，峰值趨于平緩。一般平頭峰曲線越長，進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，此時需對工況進行調整。冷吹峰值過低的原因包括：分子篩負荷過大，如加工空氣量過大或加工空氣溫度過高都會引起分子篩負荷的變化；再生氣量不足或再生氣溫度過低，導致分子篩再生不充分；加熱和冷吹時間過短。

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損毀，導致電加熱器使用異常[3]。如有2套電加熱器可進行切換，應定期對周波控制器和電氣元件進行檢測，避免不必要故障的出現。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，使用中須加強對電加熱管連線的檢查，防止發生連接線斷路、短路等，避免電加熱管出現斷電、損毀等故障，保證分子篩吸附器的正常運行。

1.5 蒸汽加熱器泄漏

蒸汽加熱器泄漏時，再生污氮氣水分含量會急劇升高，分子篩吸附器出口空氣中CO2含量也會明顯上升，且水分進入分子篩吸附器將造成分子篩機械強度下降而出現粉化現象，嚴重影響分子篩吸附能力和使用壽命，同時會給冷箱帶來嚴重的安全隱患。

設計上的缺陷、流體介質的沖擊破壞、內部振動過大引起的蒸汽管束破損、長期使用及負荷的變化對材質造成的疲勞損傷等都會引起蒸汽加熱器泄漏。出現蒸汽加熱器泄漏時，應根據蒸汽加熱器出口氣體水含量報警提示及早發現、及時判斷。蒸汽加熱器泄漏初期可通過提高再生污氮氣氣量、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 切換系統故障

分子篩吸附器在切換過程中會出現諸多問題，常見問題如下：①控制系統故障，程序出現錯誤，此時需轉入手動操作[4]。如有備用控制器則切換至備用控制器；如手動操作無效，則無法對控制系統進行操作，此時需作停車處理。②電磁閥故障，切換閥無法操作，出現此類問題時須首先對電源和氣源進行檢查，檢查正常后進行手動操作，并考慮更換電磁閥。③切換閥動作緩慢導致控制系統暫停，引起此類事故的原因一般是氣源壓力低或閥門機械卡阻，此時需調節氣源壓力，處理卡阻或加以潤滑。④閥門出現泄漏[5]，這將影響空氣進塔量，導致氧提取率下降，嚴重時會對分子篩再生造成影響，降低分子篩的吸附容量。閥門是否發生泄漏可通過壓力、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泄漏或損壞，需對密封進行更換；若密封無問題，檢查執行機構與閥桿連接處是否出現松動，排除此類故障原因后需檢查閥門行程，如行程不足或過度，則調節至正常位置。

1.7 分子篩粉化破碎

分子篩若嚴重粉化，加工空氣會將粉化后的分子篩帶入換熱器或主塔內，導致換熱器和塔板的堵塞。在排除初次裝填時造成的分子篩破碎以及分子篩質量問題后，引起分子篩粉化破碎的其他原因如下：①分子篩進水造成其機械強度降低，導致分子篩粉化率增大。此時需對預冷系統進行嚴格操作，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加快分子篩的粉化，縮短其使用壽命。在操作過程中須嚴格遵守工藝指標，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；嚴格控制再生氣量，避免氣量大幅波動對分子篩造成沖刷。③分子篩順控程序中升壓和降壓的時間設置過短，導致壓力變化速率過大，也會加劇分子篩的粉化。此時需調整順控程序內的設定時間，適當延長時間，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、分子篩內形成氣體旋流，均會導致分子篩間摩擦粉化。

2 優化分子篩運行的措施

2.1 增設閥門

分子篩吸附器前的加工空氣管線最底部增設導氣閥，可通過此閥判斷出加工空氣中是否攜帶大量游離水，對判別分子篩是否進水有重大作用。分子篩吸附器最底部增設吹除閥，在吹掃時打開，同時作為污氮氣出分子篩吸附器的導淋閥，在分子篩解析時可通過此閥排除大量解析出的游離水。

2.2 順控系統跳步

分子篩吸附器在運行中會出現許多變故，除了必須暫停分子篩吸附器運行程序外，也可對順控程序的時間作出調整，可根據冷吹峰值以及出口空氣中CO2分析值適當延長解析時間，使分子篩充分脫附。

2.3 蒸汽加熱器和電加熱器配合使用

若出現蒸汽加熱器泄漏或電加熱器故障時，可通過改變加熱方式進行切換，將故障設備隔離后進行處理，避免停車，確保生產裝置的長周期運行。

3 結語

分子篩吸附器是空分系統的重要組成部分，一旦出現故障極易導致整個空分系統停車。在實際操作中，對分子篩脫附后的空氣中碳氫化合物、水分以及CO2含量要求極高，當分子篩吸附器出現故障時，需要準確分析故障原因，及時作出調整，確保空分系統正常運行。

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

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

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

[4] 湯學忠，顧福民.新編制氧工問答[M].北京：冶金工業出版社，2001.

[5] 胥波，閆偉東，孔繁魁，等.21000 m3/h空分設備分子篩純化系統故障分析及處理[J].深冷技術，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)