制氫II 套PSA 程控閥故障及改進(jìn)措施

馬文禮，胡 月，劉俊生，樊安寧，張宗領(lǐng)，劉 鵬

（1.中石油克拉瑪依石化有限責(zé)任公司，新疆克拉瑪依 834003；2.神華新疆化工有限公司，新疆烏魯木齊 831400）

0 引言

變壓吸附提純技術(shù)是當(dāng)下煉油化工中普遍使用的從氣體中提取氫氣的一種方法，主要原理是利用吸附劑對(duì)氣體的吸附具有選擇性[1]。裝置的壓力變化直接影響提純氫氣的產(chǎn)量和質(zhì)量，而作為控制壓力變化的程控閥門(mén)是整個(gè)制氫裝置的主要設(shè)備，因此程控閥的運(yùn)行工況將直接影響提純氫氣的純度。

1 制氫Ⅱ套PSA 系統(tǒng)運(yùn)行說(shuō)明

某石化公司制氫Ⅱ套PSA（Pressure Swing Adsorption，變壓吸附）系統(tǒng)共有8 臺(tái)吸附塔A～H 組成，正常時(shí)2 臺(tái)始終處于吸附狀態(tài)，其余6 臺(tái)處于再生的不同階段。8 臺(tái)吸附塔的整個(gè)吸附與再生工藝切換過(guò)程，均是通過(guò)68 臺(tái)程控閥門(mén)按一定的工藝步序和順序進(jìn)行開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。閥門(mén)功能和作用如下：1#為中變氣進(jìn)口閥；2#為產(chǎn)品氣出口閥；3#為一均、終升閥；4#為二均、三均閥；5#為沖洗入口閥；6#為順?lè)砰y；7#為逆放閥；8#為沖洗出口閥；09A、90B 為產(chǎn)品氣升壓公共閥；10A、10B 為順?lè)殴查y。正常狀態(tài)“8→2→3”流程PSA 的D、E、F 塔閥門(mén)動(dòng)作狀態(tài)如表1 所示。其中，符號(hào)A 表示吸附。

從表1 可以看出，在“8→2→3”正常狀態(tài)下，兩塔同時(shí)吸附，吸附時(shí)間=2×（T1+T2+T3），如切除一塔后，運(yùn)行狀態(tài)改為“7→1→3”模式，吸附時(shí)間=1×（T1+T2+T3），吸附時(shí)間自動(dòng)縮短以保證產(chǎn)品質(zhì)量，如E 塔的1#閥（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“E1 閥”）出現(xiàn)故障未開(kāi)情況，E 塔的進(jìn)料是處于切斷狀態(tài)，當(dāng)E 塔與D 塔、F 塔配合進(jìn)行兩塔吸附時(shí)，實(shí)際只有D 塔和F 塔處于單塔吸附狀態(tài)，在加工量為1700 Nm3/h 時(shí)，單塔吸附時(shí)吸附時(shí)間較長(zhǎng)可以滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求，而在裝置滿負(fù)荷狀態(tài)下（4300 Nm3/h）便會(huì)因吸附時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而出現(xiàn)CO 穿透的情況。

2 PSA 程控閥故障簡(jiǎn)述

2019 年11 月，由于該公司甲醇廠需要停工消缺，安排90萬(wàn)噸/年制氫Ⅱ套裝置進(jìn)行開(kāi)工，11 月23 日10:30 裝置引原料，13:05 脫硫氣取樣合格后并入轉(zhuǎn)化和中變，15:30 轉(zhuǎn)化中變?nèi)雍细窈蟛⑷隤SA 系統(tǒng)，至17：40 第一次工業(yè)氫取樣，23:00 連續(xù)兩個(gè)工業(yè)氫合格后氫氣并入系統(tǒng)，兩次分析CO 分別為0.9%和0.4%。24 日0:00 開(kāi)始提量，由1700 Nm3/h 提至4100 Nm3/h，24日13：00 甲醇斷氫時(shí)加工量已提至4300 Nm3/h 滿負(fù)荷。

16:30 分，工業(yè)氫分析顯示，CO 含量1405 mg/m3，車(chē)間立即安排再次取樣復(fù)查，確定為CO 含量超標(biāo)，裝置緊急降量，縮短PSA 吸附時(shí)間，同時(shí)公司安排3 套高壓加氫和45 萬(wàn)噸/年加氫裝置停工循環(huán)，PSA 調(diào)整后每2 h 取樣一次進(jìn)行復(fù)查，CO 含量均不合格。至25 日10:00，科技處人員發(fā)現(xiàn)PSA 程控閥中E1 閥始終不開(kāi)啟，與車(chē)間人員對(duì)接后判斷為E1 閥處于校驗(yàn)狀態(tài)，CO超標(biāo)原因可以斷定是由E1 程控閥未開(kāi)啟導(dǎo)致。

3 故障原因分析

3.1 直接原因

由于PSA 程控閥E1 處于校驗(yàn)狀態(tài)，在PSA 程序運(yùn)行中始終未打開(kāi)，E1 閥又是中變氣進(jìn)PSA 的進(jìn)口控制閥，就造成當(dāng)程序運(yùn)行至D 塔和E 塔、E 塔和F 塔兩塔吸附時(shí)，只有D 塔和F塔單塔工作，而且執(zhí)行的是“8→2→3”程序，雖是單塔吸附但是執(zhí)行的吸附時(shí)間為2×（T1+T2+T3），滿負(fù)荷吸附時(shí)出現(xiàn)CO 穿透，造成質(zhì)量超標(biāo)。D 塔和E 塔兩塔吸附在正常與異常情況下，E1閥色塊顯示不一樣：正常時(shí)為綠色，故障狀態(tài)下為紅色。

3.2 間接原因

（1）車(chē)間管理疏漏，由于PSA 系統(tǒng)自動(dòng)化程度很高，所有程控閥全部由程序控制，PSA 系統(tǒng)的油溫、油壓、閥門(mén)開(kāi)關(guān)不到位都設(shè)置有報(bào)警，鑒于高度依賴(lài)自動(dòng)化的報(bào)警系統(tǒng)，因此造成了管理人員并未重視對(duì)PSA 程控閥的逐一確認(rèn)，導(dǎo)致疏漏。

（2）車(chē)間對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)工作的交接落實(shí)存在紕漏，E1 閥打校驗(yàn)狀態(tài)原因和時(shí)間均未被記錄，交接工作落實(shí)不到位。

表1 正常狀態(tài)8→2→3 流程PSA 的D、E、F 塔閥門(mén)動(dòng)作狀態(tài)表

（3）開(kāi)工操作卡片上未對(duì)PSA 系統(tǒng)投運(yùn)前的檢查和運(yùn)行開(kāi)始后的狀態(tài)檢查進(jìn)行具體規(guī)定，在開(kāi)工組織程序上錯(cuò)過(guò)了發(fā)現(xiàn)程控閥E1 處于故障狀態(tài)的時(shí)機(jī)。

（4）CO 分析超標(biāo)問(wèn)題出現(xiàn)后，車(chē)間管理人員也從各方面尋找原因，包括對(duì)各塔的吸附曲線進(jìn)行了排查。E1 閥是中變氣進(jìn)PSA 的進(jìn)口閥，該塔的各級(jí)均壓和終升閥門(mén)均為正常狀態(tài)。圖1為2019 年11 月24 日E1 閥故障時(shí)的E 塔壓力曲線（實(shí)際顯示為藍(lán)色），它與正常時(shí)完全一致，這也讓車(chē)間在判斷故障原因時(shí)未將程控閥納入考慮范圍。

圖1 E1 程控閥故障下的E 塔壓力曲線

4 改進(jìn)措施

（1）生產(chǎn)車(chē)間在管理層面上要舉一反三，在開(kāi)停工組織形式上進(jìn)行改進(jìn)，不能流于形式、避重就輕，做到日常生產(chǎn)和開(kāi)停工過(guò)程均受控。

（2）日常工作交接班要進(jìn)行改進(jìn)，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)未處理問(wèn)題不但要做到班長(zhǎng)崗位記錄詳細(xì)交接，還要列入技術(shù)干部日常工作，短期內(nèi)無(wú)法處理的問(wèn)題列入車(chē)間問(wèn)題臺(tái)賬進(jìn)行跟蹤處理，以免現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題交接出現(xiàn)紕漏而影響裝置安全生產(chǎn)。

（3）完善制氫Ⅱ套開(kāi)工操作卡，操作卡中必須規(guī)定PSA 投運(yùn)前的系統(tǒng)檢查具體項(xiàng)目，包括PSA 油箱油位、PSA 系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥試運(yùn)、蓄能器檢查、程控閥投運(yùn)狀態(tài)等。PSA 系統(tǒng)投運(yùn)后要對(duì)程序逐步確認(rèn)，程控閥門(mén)開(kāi)關(guān)狀態(tài)，PSA 油溫油壓等全面檢查并確認(rèn)[2]。

（4）制氫Ⅱ套裝置目前只有一套氫氣在線分析儀表，是氫氣純度的在線分析，后面增加一套CO 在線分析儀表，以便對(duì)工業(yè)氫組分做在線監(jiān)控。

（5）當(dāng)開(kāi)工過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，應(yīng)立即停止繼續(xù)推進(jìn)，車(chē)間立即組織技術(shù)人員從可能的各個(gè)方面進(jìn)行原因排查，以盡快將裝置轉(zhuǎn)入正常生產(chǎn)軌道，防止此生事故的發(fā)生。

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)制氫Ⅱ套開(kāi)工過(guò)程PSA 氫氣純度不足，CO 超標(biāo)問(wèn)題，從各個(gè)角度分析原因最終找出程控閥故障，并提出一些程控閥故障的管理經(jīng)驗(yàn)及改進(jìn)措施，希望能為相關(guān)石化企業(yè)判斷程控閥故障提供借鑒和參照。