淺談PSA裝置運(yùn)行過(guò)程中存在問(wèn)題及應(yīng)對(duì)措施

摘 要：某石化運(yùn)行了三年P(guān)SA裝置存在的問(wèn)題為程控閥閥門膜片損壞多更換頻繁。分析了閥門膜片損壞的原因?yàn)榄h(huán)境原因，工藝條件苛刻進(jìn)氣壓力高，負(fù)荷高閥門動(dòng)作及膜片制造質(zhì)量差等。通過(guò)更換更耐低溫的膜片及操作調(diào)整使閥門的使用時(shí)間得到了延長(zhǎng)。

關(guān)鍵詞：PSA裝置;程控閥;膜片;操作

前言

PSA裝置在現(xiàn)代氣體分離使用越來(lái)越多，根據(jù)設(shè)計(jì)壓力的不同工藝介質(zhì)的不同，每套裝置在運(yùn)行過(guò)程中存在的也有差異。本文闡述了某石化5.4MPa進(jìn)氣壓力下的PSA裝置運(yùn)行中存在的問(wèn)題及主要的應(yīng)對(duì)措施僅供同行參考。

1 PSA 裝置

1.1 工藝流程簡(jiǎn)介

變壓吸附（PSA）法脫除原料氣中CO2、甲烷、CO、氮?dú)獾葰怏w雜質(zhì)， 即根據(jù)上述原理，利用所選擇的吸附劑在一定的吸附操作壓力下，選擇吸附原料氣中的氣態(tài)甲醇、CO2、甲烷、CO、氮?dú)狻＞捅狙b置而言，原料氣先進(jìn)入系統(tǒng)處于吸附狀態(tài)的吸附床吸附，當(dāng)吸附床吸附飽和后，通過(guò)五次均壓降充分回收床層死空間中的氫氣，同時(shí)增加床層死空間中CO2、甲烷、CO、氮?dú)獾入s質(zhì)氣體濃度，整個(gè)操作過(guò)程在入塔原料氣溫度下進(jìn)行。

本裝置由兩套PSA系統(tǒng)（單套生產(chǎn)能力為195894Nm3/h氫氣）以及4 臺(tái)解析氣壓縮機(jī)構(gòu)成，主工藝流程為14-3-5工藝，即14個(gè)吸附塔在任意時(shí)刻有3個(gè)塔進(jìn)料5次均壓，每個(gè)吸附塔在一次循環(huán)中需要經(jīng)歷吸附、5次壓降、順?lè)拧⒛娣拧_洗、5次升壓以及最終升壓等15個(gè)步驟。

1.2 操作因素分析

（1）原料氣組成。吸附塔的處理能力與原料氣組成的關(guān)系很大。原料氣中氫含量越高時(shí)，吸附塔的處理能力越大;原料氣雜質(zhì)含量越高，特別是凈化要求高的有害雜質(zhì)含量越高時(shí)，吸附塔的處理能力越小。（2）原料氣溫度。原料氣溫度越高，吸附劑的吸附量越小，吸附塔的處理能力越低。（3）吸附壓力：原料氣的壓力越高，吸附劑的吸附量越大，吸附塔的處理能力越高。（4）解吸壓力：解吸壓力越低，吸附劑再生越徹底， 吸附劑的動(dòng)態(tài)吸附量越大，吸附塔的處理能力越高。（5）產(chǎn)品純度：產(chǎn)品純度越高，吸附劑的有效利用率就越低，吸附塔的處理能力越低。

1.3 正常調(diào)整產(chǎn)品氫純度

（1）控制方式：調(diào)整吸附時(shí)間;吸附時(shí)間設(shè)定總原則：產(chǎn)品純度過(guò)高則延長(zhǎng)吸附時(shí)間，產(chǎn)品純度過(guò)低則縮短吸附時(shí)間。（2）相關(guān)參數(shù)：原料氣組成、吸附時(shí)間、吸附壓力、處理量、沖洗壓力等。（3）正常調(diào)整： 具體調(diào)整見表1。

2 運(yùn)行過(guò)程中存在的問(wèn)題

本PSA裝置在運(yùn)行過(guò)程中投用后過(guò)四個(gè)月就開始頻繁更改程控閥閥門膜片。每周都要切塔操作，每次都得切一組塔。切塔按照1.6正常切塔步序進(jìn)行，但是切塔前都得提前縮短吸附時(shí)間。縮短吸附時(shí)間又使運(yùn)行的程控閥運(yùn)行周期縮短，造成惡性循環(huán)。這樣就有越來(lái)越多的閥的膜片不斷損壞。一組塔從切除到投用得4個(gè)半小時(shí)，直接影響裝置滿負(fù)荷運(yùn)行。本PSA 裝置在運(yùn)行中還存在閥門填料經(jīng)常泄露，但是泄露量不大，泄漏可以在線消漏對(duì)裝置運(yùn)行影響不大。假如外泄量大導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)可燃?xì)怏w報(bào)警器一直報(bào)警在線無(wú)法消除就的停塔進(jìn)行隔離置換交出更換閥門，投用時(shí)必須充壓用氫氣置換分析合格后方可投用，對(duì)裝置負(fù)荷影響非常大，這是本PSA裝置運(yùn)行三年沒(méi)有遇到的。

3 應(yīng)對(duì)措施

（1） 程控閥是PSA運(yùn)行中的關(guān)鍵設(shè)備，（變壓吸附）PSA是一個(gè)近似等溫變化的物理過(guò)程，它是利用氣體介質(zhì)中不同組份在吸附劑上的吸附容量的不同，在一定工作條件下進(jìn)行選擇性吸附，采用降壓使吸附劑獲得再生。在生產(chǎn)過(guò)程中要求周期性的切換閥門，且閥門數(shù)量多，動(dòng)作頻繁，人工操作是無(wú)法進(jìn)行的。由于PSA裝置工藝的特殊性，為保障裝置長(zhǎng)周期穩(wěn)定可靠運(yùn)行，程控閥必須滿足以下要求：①密封性能好，經(jīng)常受周期頻繁動(dòng)作而保持不泄露。②閥門開關(guān)速度要快，隨閥門通徑不同其啟閉時(shí)間應(yīng)小于3秒。③具備雙向耐壓性和抗高速氣流沖刷性能。④根據(jù)工藝要求， 易實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)功能和閥位狀態(tài)現(xiàn)場(chǎng)指示及遠(yuǎn)傳等功能。所以本PSA裝置為選閥為耐磨進(jìn)口閥。

（2） 程控閥結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：氣缸中密封圈采用耐油橡膠O型圈，密封性能好，易更換維修;閥門具備雙向耐壓性和抗高速氣流沖刷性能，具有較高的硬度及機(jī)械強(qiáng)度，經(jīng)常進(jìn)行周期頻繁動(dòng)作而保持不泄漏;閥門開關(guān)速度快（啟閉時(shí)間DN150一下≤2s，DN150以上≤3s）;可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制， 集中控制和自動(dòng)控制;可根據(jù)不同的使用條件，選配不同內(nèi)徑及行程的氣（液）缸，適用范圍廣。所以程控閥運(yùn)行維護(hù)相當(dāng)重要。

（3） 針對(duì)閥門填料漏的處理一般聯(lián)系儀表人員都能緊固住消除漏點(diǎn)。PSA裝置的特點(diǎn)決定了它的動(dòng)作必須頻繁。冬天在零下15℃時(shí)膜片損壞率更高一般情況下只能用4個(gè)月。針對(duì)本裝置公司最后把本裝置的閥門膜片更換為耐低溫的閥門膜片使用周期延長(zhǎng)到8個(gè)月。在操作上在保證氫氣純度合格的情況下盡量延長(zhǎng)吸附時(shí)間。吸附壓力盡量的低不高于5.38MPa。針對(duì)本PSA裝置儀表氣冬天溫度低，給儀表氣增加伴熱提高氣源溫度，對(duì)延長(zhǎng)膜片使用時(shí)間也起到了良好作用。

4 結(jié)語(yǔ)

在操作上對(duì)PSA裝置進(jìn)行優(yōu)化操作。在材料上對(duì)材質(zhì)進(jìn)行選型使用。對(duì)儀表氣源進(jìn)行加熱改善。針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)使用環(huán)境，尤其是電磁換向，閥位檢查器的防水、防潮，現(xiàn)場(chǎng)給可給閥門增加防水罩。所用氣源必須清潔、干凈，最好含帶少量霧化油，以減輕氣缸對(duì)頻繁運(yùn)動(dòng)的活塞和薄膜片之間相互摩擦，儀表氣可增加精密過(guò)濾器。通過(guò)控制室監(jiān)視與現(xiàn)場(chǎng)巡檢，對(duì)發(fā)現(xiàn)的異常情況要及時(shí)判斷和處理。做好易損件（如填料、密封圈）的備件工作。采取上述措施后本PSA裝置運(yùn)行周期大大提高。

參考文獻(xiàn)：

[1] 氣體凈化裝置操作手冊(cè)（三）一一PSA工藝（油印本），國(guó)營(yíng)805成TDⅠ生產(chǎn)籌備組，國(guó)營(yíng)805成TDⅠ生產(chǎn)籌備組.

[2] 依巖.運(yùn)行核電廠PSA設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)采集與處理，出版社：原子能出版社出版時(shí)間：2015-07-01.

[3]陳雷，陳雷.煉油與化工[J]，2020，1.

[4] 張超.PSA裝置運(yùn)行中的問(wèn)題分析與處理[J].中氮肥，2014，（1）.38-41.

[5] 賴紅軍，王志芳.PSA單元順控時(shí)序錯(cuò)誤分析與優(yōu)化[J].化工自動(dòng)化及儀表.2020，（6）.556-559.

[6] 楊亮， 李鸞成， 寇蕊娜.PSA提氫裝置解析氣優(yōu)化改造[J]. 石化技術(shù)， 2019，（5）.278-279.

作者簡(jiǎn)介：王景森，1986年4月，男，穿青人，貴州納雍，大專，助理工程師，從事石油化工及煤化工生產(chǎn)10年。

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