制氫裝置PSA程控閥內漏原因分析及對策

毛小敏

摘要：在石油企業的生產過程中會經常使用到PSA裝置來進行氫氣的提純工作，通過PSA制氫裝置提取的氫氣不僅純度較高，而且制造氫氣的效率也比較的高。在PSA制氫裝置的實際運行過程中如果壓力曲線出現異常，就證明了控制PSA裝置的多個程控閥出現了內漏的現象，從而導致PSA的收率下降。因此本文就針對制氫裝置PSA程控閥內漏原因進行簡要的分析，并提出相應的解決策略。

關鍵詞：制氫裝置;PSA;程控閥;內漏

1 PSA程控閥的相關概念

程控閥就是一種切斷閥，它是依靠液動或者是氣動的的方式來進行驅動的。為了了實現計算機技術對程控閥的遠程控制，需要將閥門與PLC或者是DCS集散控制系統相連接。程控閥主要應用于變壓吸附的氣體分離行業，例如：多晶硅尾氣回收、甲醇制氫、回收二氧化碳、制氮等。程控閥的使用不僅可以保障系統的安全穩定運行，還可以保障吸附工作的順利進行，因此是吸附裝置中的重要設備。由于程控閥的使用頻率較高，因此對程控閥的操作性能和要求也相對較高。

PSA是一種變壓吸附技術，主要應用于氣體的吸附與分離，使用此項技術進行氣體分離不僅得到的產品純度較高，而且生產的效率也相對較高，并且操作比較簡單。因此，PSA工藝在程控閥中的應用是其吸附性能以及生產效率得到了進一步的提升。在進行氣體吸附的時候可以采用變壓吸附或者是變溫吸附，在保持吸附平衡的情況下，壓力越高，溫度越低其吸附能力也就越強。由于PSA程控閥的使用頻率較高，比較容易發生磨損，從而導致內漏問題的產生。

2 制氫裝置PSA程控閥出現的問題及現象

在制氫裝置PSA的實際運行過程中，會出現程控閥內漏的現象，一旦發生內漏現象就會有一部門的氫氣通過內漏的程控閥進入到解吸氣中，從而造成解吸氣流量的組分發生大幅度的變動。當解吸氣進入到轉化爐的時候，轉化爐爐膛內的溫度會隨著解吸氣流量組分的變化而產生相應的變化。存在以下現象：

（1）爐膛溫度的波動幅度會比較大，溫度由檢查之前的20攝氏度增長到了100攝氏度左右，在很大程度上增加了轉化爐出口溫度控制的難度;

（2）解吸氣的流量出現異常的變化，由原來5dam3/h的平均流量增長到現在的8dam3/h;

（3）程控閥內漏導致吸附塔的壓力或高或低，嚴重影響了吸附再生的效果，因此PSA吸附的曲線會出現異常的變化;

（4）解吸氣中的氫氣含量過高，但是在承受的符合壓力相同的情況下，就算是延長吸附的時間也不降低解吸氣中氫氣的含量。通過相關的實驗分析可以得出解吸氣中的氫氣含量會從原有的45%增加到70%，這也是導致氫氣回收率降低的主要原因。

3 制氫裝置PSA程控閥內漏的原因及對策分析

3.1 原因

為了了解程控閥出現內漏的原因，對PSA裝置進行了停工檢查，當打開吸附塔A塔頭蓋發現出口線管收集器的底蓋出現了脫落的現象，從而導致了吸附塔中的粉劑進入到了管道之中，而經過粉化的吸附劑磨損了程控閥的閥座和密封件，所以就造成了程控閥發生了內漏問題。吸附塔在實際的工作流程中，在進行均降和吸附工作的時候原材料是從底部其中的一個程控閥進來的，然后再經由頂部進行排出，最后經過均升、沖洗、逆放等工作流程后，產生的氣體會從頂部進入底部排出。在這樣的狀況下吸附塔的底蓋會不斷的承受兩個方面的相反力。吸附塔收集器的底蓋與A塔收集器的底蓋相比較，A塔收集器的底蓋會很容易出現焊接上的缺陷。A塔收集器的底蓋在進行焊接的時候采用的是雙面焊，在使用的過程中會出現一定程度的磨損，導致會經常有粉塵附著在A塔收集器的絲網表面上，而為了保障吸附塔的壓力，A塔收集器的底蓋會長期受到兩個不同方向力的作用，從而造成A塔收集器底蓋脫落的現象。底蓋脫落后吸附劑會直接進入到PSA裝置中，在運行的過程中不斷的受到吸附劑的粉化磨損，最終造成了程控閥發生內漏的問題。

3.2 對策

在上文中已經大致分析了程控閥出現內漏的原因，因此就可以有針對性的采取防止程控閥出現內漏的相關措施。首先，可以先分析吸附塔塔頂收集器底蓋的受力情況，根據分析的結果對其進行加固工作，盡量避免收集器的底蓋出現脫落的問題。可以采用“十字加強筋”的方式對附塔的頂蓋焊接加固，同時好需要根基PSA的壓力曲線找到程控閥內漏的集中位置，然后定期的對程控閥進行檢修工作并及時更換老舊的程控閥密封件，在更換密封件后還需要進行打壓復檢工作，以確保經過更換后的程控閥不會在出現內漏的問題。

導致程控閥出現內漏的另一個原因就是吸附劑粉化，導致吸附塔定福收集器的底蓋出現脫落的現象。針對此項問題，一定要對吸附塔中的吸附劑進行及時檢修和更換工作，以此來有效的避免吸附劑粉化現象的發生。在更換吸附劑的時候還需要使用氮氣對PSA單元線管中的吸附劑進行清理工作，以此來避免程控閥密封件的磨損問題。在進行操作的過程中還需要有效的控制均壓的速度，因為均壓的速度可以直接影響吸附劑的質量，而吸附劑質量的好壞會直接影響到制氫裝置PSA的操作性能。如若均壓上升的速度和降壓的速度過快，就很容易造成吸附劑的床層出現壓碎和浮動的情況，從而就在很大程度上降低了吸附劑的使用性能，嚴重過影響到了吸附劑的使用壽命，不僅會對制氫的純度產生一定的影響，還會對氫氣的收集率產生一定的影響。而壓碎的吸附劑還會增加吸附塔的阻力，在制取氫氣的過程中泄漏出來的粉塵因為會對程控閥的閥座造成一定的磨損，同時也會影響PSA單元操作性能的穩定性，所以，控制好均壓的速度就顯得尤為重要。除了要控制均壓的速度外還要掌控好吸附的時間，在PSA制氫裝置的實際運行過程中，相關的人員一定要根據進料的組分和分量或者是某些特定的要求來調整吸附的時間，以此保障制取氫氣的純度以及收集率。同時制取氫氣的相關操作人員還需要根據PSA單元實際的工作運行規律來記錄好均壓的時間，并對均壓的時間進行定期的檢查，才能有效的做到及時發現問題、解決問題。還要定期的對照PSA單元的實際曲線和壓力曲線，以便于及時發現問題的癥結所在，從而及時的進行糾正。

4 結語

首先要找到制氫裝置PSA程控閥出現內漏的真正原因，才能根據生產運行中的實際狀況針對問題的原因提出相應的解決策略，有效的從問題的根源進行問題的分析和解決，才能夠保障PSA裝置制造氫氣的純度和收集率，使制氫作業得以順利的開展。

參考文獻：

[1] 薛濤.制氫裝置PSA程控閥內漏原因分析及對策[J].中國化工貿易，2018（36）.

[2] 王帥.制氫裝置PSA程控閥內漏原因分析及對策[J].石化技術，2018（06）.

（作者單位：南京揚子石油化工工程有限責任公司）