空分分子篩失效后的判斷及處理

張 成， 楊俊玲

(山西潞安煤基合成油公司，山西 長治 046100)

引 言

對于現代化大型空分裝置而言，其分子篩吸附器肩負著入冷箱工藝空氣的最終凈化重任[1]。山西潞安煤基合成油公司A套空分裝置1#、2#分子篩于2014年7月更換為UOP 13X-APG型號分子篩，期間運行均正常，吸附末期CO2在線均能維持在0.6×10-6以下，2019年6月24日，A套空分裝置1#罐吸附、2#罐冷吹期間，由于09閥電磁換向閥先導閥持續漏氣，導致閥門開氣路一直供氣，A套分子篩09閥閥門由關位變為開位，使得空冷塔后的0.45 MPa的13.5萬m3/h的空氣不經過1#分子篩吸附，而是走短路直接去消音器放空，A套空壓機出口壓力急劇下降，A套空分冷箱迅速封閉并退至汽輪機空轉。隨即更換新電磁閥，更換后切斷閥HV-09調試動作正常，A套空分進入開車恢復階段。

1 空氣純化系統

該系統主要由2臺吸附器、1臺蒸汽加熱器組成。分子篩吸附器為臥式雙層床結構，下層為活性氧化鋁，上層為分子篩，2臺吸附器切換工作。由空冷塔來的空氣，經吸附器除去其中的水分、CO2及其他一些CnHm后，除一部分作儀表氣以外，其余又分為3路：一路去增壓機110AC2，一路去冷箱經主換熱器冷卻后再去下塔,第三路去透平膨脹增壓機。

當一臺吸附器吸附時，另一臺吸附器則進行再生。由分餾塔來的污氮氣，經蒸汽加熱器加熱至180 ℃后，入吸附器加熱再生，脫附掉其中的水分及CO2,后經放空消聲器排入大氣。經由吸附器純化后的空氣水含量在-65 ℃露點以下，w(CO2)≤1×10-6，溫度為14 ℃。具體流程如圖1。

圖1 空氣純化系統

2 分子篩出現CO2穿透現象

6月24日，分子篩恢復投用后空分A套2#分子篩均在吸附2 h后，分子篩后二氧化碳質量分數開始上漲，最高漲至10×10-6，切至1#罐運行4 h，吸附末期分子篩后二氧化碳質量分數最高0.6×10-6，指標正常，遂開始排查分子篩后CO2在線含量超標的原因。具體排查過程如下：

1) 首先，通入標氣對分析表進行校正，校正前顯示數值9.68×10-6，校正完畢投用后顯示數值9.82×10-6，偏差不大，排除儀表故障導致的CO2在線含量超標。

2) 對空氣過濾器進口大氣中雜質含量進行檢測，未發現進口氣源中二氧化碳或其他雜質含量異常偏高情況，超標前、后進入分子篩吸附器的空氣溫度及空氣流量均無上漲趨勢，具體數據如第46頁表1。

3) 運行過程中2#分子篩工作時吸附末期出口二氧化碳含量超標，1#分子篩吸附器工作良好，檢查2#分子篩吸附前再生加熱時間、再生氣氣量、冷吹時間、冷吹峰值均正常，說明再生比較徹底，再生效果可以達到工藝要求。1#、2#分子篩均為2014年7月更換，使用5年時間，雖然快到使用壽命，但根據1#分子篩運行情況可判斷是2#分子篩吸附劑存在問題。分析在09閥異常開啟后，2#分子篩處于冷吹再生的低壓時段，大量空氣經10閥進入2#分子篩。從趨勢檢查發現，2#分子篩罐體出口壓力由10 kPa漲至200 kPa以上，經過空冷塔的大量空氣突然泄壓，夾帶大量水進入2#分子篩。1#分子篩由于處于吸附狀態，空氣出口閥開位，后系統保持壓力，未對1#分子篩帶水，而處于再生階段的2#分子篩進水相對嚴重。氧化鋁不能完全吸附這些水分，就給分子篩增加了負荷，吸收了水分的分子篩，自由水與分子篩形成了水結晶，不能通過普通的再生方法再生出來，吸附二氧化碳的能力就大大降低。

表1 進入分子篩吸附器各參數

3 采取的處理措施

1) 經過空冷塔的0.45 MPa、13.5萬m3/h空氣突然去消音器放空，由于放空消音器設計量僅為5萬m3/h，導致剩余的空氣反串至微正壓的2#分子篩，可能使得2#分子篩床層不平整。6月27日，2#分子篩卸壓階段，打開2#分子篩3個人孔發現里面床層比較平整，但分子篩吸附劑顏色較新分子篩顏色發黑，判斷因分子篩吸附性能發生變化導致CO2吸附能力變差，于是，對該分子篩補充2 t UOP 13X-APG分子篩，切換后，分子篩運行趨輕微好轉，但吸附容量有限，運行過程中2#分子篩工作時吸附末期出口二氧化碳含量仍超標。

2) 通過增加B套減少A套空分裝置氧負荷，減少空氣處理量由13.5萬m3/h降至11萬m3/h，提高再生溫度，加大再生氣流量至34 000 m3/h～35 000 m3/h，延長分子篩加熱時間最長至90 min，延長冷吹時間30 min，在1#分子篩再生合格的前提下，盡量縮短2#分子篩的吸附時間，但運行過程中2#分子篩工作時出口二氧化碳含量仍超標。為提高A套2#分子篩的吸附能力，對2#分子篩實行加熱延長的方法，但是也加重了1#分子篩的吸附任務，從最初2#分子篩加熱延長90 min到現在的60 min，CO2在線分析從穩定不變到現在的也需要延長加熱時間，說明1#分子篩的吸附能力也在下降。

3) 經過與廠家溝通，制定專項在線更換技術措施，計劃在線更換河南洛陽建龍JLPM3高效分子篩29 t。7月26日，經公司批準，辦理在線更換方案，選擇A套2#分子篩泄壓步驟，暫停運行程序，中控專人看護程序，作業期間為防止閥門誤動作，導致污氮氣或大量空氣進入A套2#分子篩罐內，A套污氮氣進蒸汽加熱器閥門FCV11201B閥門、進蒸汽加熱器旁路閥門FCV11201A為氣開閥門，作業時安排儀表人員關閉再生氣A/B閥門儀表氣源；A套2#分子篩空氣進出口閥門02、08閥門，儀表專人監護，現場用扳手卡住閥門通軸，以防閥門誤動作。利用4臺真空卸料機及4臺普通卸料機對A套2#分子篩罐內分子篩進行抽取，放置到現場提前準備好的噸包內，并及時搬運抽取出的廢舊分子篩，避免影響現場施工進度；現場將噸包內的新分子篩填料吊至分子篩人孔處，人孔處作業人員裝填新分子篩填料；質檢人員對分子篩罐體內進行受限分析，分析合格后，作業人員進入分子篩罐體內，將填料鋪設均勻、平整，裝填完畢后檢修人員封閉人孔；中控人員解除A套2#分子篩暫停程序，在儀表人員確認的前提下，對A套2#分子篩程序進行跳步至并列切換，使A套2#分子篩直接進入吸附程序，工藝人員加強吸附時CO2在線監控。經過5 h作業，2#吸附器分子篩全部更換完畢。經過一周測試，分子篩吸附末期二氧化碳分析保持在0.10×10-6～0.27×10-6，運行正常，說明分子篩在線更換相當成功，為以后分子篩在線更換積累了寶貴的經驗。

4 后期處理

1) 自6月24日分子篩閥門異常，到7月26日分子篩更換，A套氧氣負荷從20 000 m3/h正常工況，惡化至A套氧負荷15 000 m3/h；由于長期A套純化后二氧化碳分析偏高，導致A套低壓板換局部凍堵跑冷嚴重，7月26日主換熱器低壓跑冷達10 ℃以上(正常3 ℃左右，停車前A套低壓主換溫差1.2 ℃)，低壓板式換熱器壓差由之前的12.49 kPa上漲至現在13.67 kPa；A套主冷積液緩慢，基本維持冷量消耗，無富余液氧產出。2#分子篩吸附器填料吸附能力下降很大，吸附其他碳氫化合物能力下降很多，抗壓能力下降，部分主換的產品管道出口溫度開始出現零下，若時間久了，惡化嚴重，有凍壞管道的危險；同比分子篩事故前，A套主冷的總碳要比B套的高，為了防止出現主冷總碳超標引發事故，利用LNG裝置降負荷的機會，空分A套裝置退負荷，利用A套純化后空氣對冷箱整體復熱，待冷箱內溫度達零度以上，檢查冷箱出塔空氣露點連續3次合格后，A套系統開車，開車正常后低壓主換溫差1.2 ℃，低壓板式換熱器壓差12.14 kPa，恢復至2#分子篩工作時出口二氧化碳含量超標前的正常狀態，氧負荷及液氧產量正常。具體數據如表2。

表2 更換前后分子篩參數比較

5 結語

為了預防類似事故發生，儀表車間應仔細排查了空分界區內電磁換向閥易損部件的運行情況，對各部件的運行進行計劃檢修，對核心、關鍵的電磁閥進行定期更換；一旦出現空冷塔后空氣走短路直接去消音器放空，立即將機組負荷全部切至放空，檢查分子篩浸水情況，并對分子篩進行超級再生，吸附2個周期，分子篩吸附末期出口二氧化碳含量合格，方可繼續開車。