分子篩吸附器底部床層在線堵漏的探索與應用

張砷釔，榮林

分子篩吸附器底部床層在線堵漏的探索與應用

張砷釔，榮林

（河南龍宇煤化工有限公司，河南 永城 476600）

臥式分子篩吸附器廣泛應用于空分裝置中，其床層的好壞決定著分子篩吸附器能否高效、長周期的運行，當分子篩吸附器內部出現問題時，通常采用停車的方式進行檢修，但當底部床層出現微量或少量泄漏時，停車檢修往往會造成巨大經濟損失。根據實際案例，對分子篩吸附器底部床層在線堵漏的嘗試、探索、應用及效果進行簡述。

分子篩吸附器；床層；在線堵漏；探索

分子篩吸附器是空分裝置中純化系統最關鍵的設備，經透平壓縮機壓縮后的空氣進入空氣冷卻塔，被冷卻至15 ℃左右后進入分子篩吸附器內，空氣中所含有的水、乙炔、二氧化碳等雜質相繼被吸附清除，從而保證后續系統的正常運行[1]。分子篩吸附器按照結構形式有立式和臥式兩種之分，內部均填充分子篩和氧化鋁用于吸附再生[2]。其中臥式分子篩吸附器占地面積大，氣量分布不均勻，時間久了床層容易發生下沉，易受到沖擊造成床層損壞。

1 結構簡述

河南龍宇煤化工有限公司空分裝置分子篩吸附器為開封空分設計，臥式結構，罐體直徑約4.6 m，總長度約18 m，空氣進口為中間對稱分布，由分子篩吸附器底部進入；出口在分子篩吸附器上側，與底部進口對稱分布。上下各有一層檢修床層用于檢修作業，中間一層為最重要的填料支撐床層，用于支撐分子篩內部的填料，分子篩吸附器內的設計值為氧化鋁14.2 t，裝填高度250 mm；分子篩61.3 t，裝填高度1 250 mm。結構形式為氧化鋁下方為填料支撐床層，氧化鋁上方鋪設絲網用于避免與分子篩混裝，絲網上方堆放分子篩。吸附時，空氣由底部進入分子篩經吸附后從上方流出；再生時，再生氣由上方進入底部吹出，對內部的分子篩及氧化鋁進行再生反吹。

2 實際案例

2021年10月1日，筆者公司工藝班組在巡檢過程中，發現1#分子篩吸附器周圍地面上散落較多的分子篩顆粒，對地面吹落的分子篩進行打掃與觀察，懷疑分子篩底部填料支撐床層泄漏，氧化鋁順破損處泄漏至底部筒體內，后隨再生氣體經放空管線吹出散落至地面。經過多天觀察，每周期吹出的分子篩不斷增多，漏點有擴大趨勢，必須盡快進行消漏，保證分子篩吸附器的正常運行。

3 原因分析與評估

經與行業維修廠家及原廠家多方面聯系進行原因分析，分析出現床層泄漏現象的主要原因應為吸附器的應力與變形及熱腐蝕、熱變形等[3]。因公司分子篩是臥式結構，填料支撐床層上方堆置填料共75.5 t，板網存在較大的應力和變形，再加上運行時受正流氣體和反吹氣體的不斷沖擊，底部床層的漏點會不斷的擴大。內部氧化鋁及分子篩不斷的泄漏，會造成內部分子篩床層的不平整，嚴重影響分子篩的吸附效果，造成空氣短路出口CO2含量升高，堵塞主冷內部的管道、閥門等，嚴重時會引起碳氫化合物進入主冷造成主冷爆炸、冷箱坍塌等現象[4]；在再生過程中，污氮氣進行反吹，加大漏點的泄漏量，不斷地造成漏點擴大，同時大量的分子篩及氧化鋁泄漏出，造成分子篩及氧化鋁大量的浪費；當泄漏點達到臨界值時，會出現床層坍塌現象[5]，內部的氧化鋁及分子篩會大量地流入進口管道和底部筒體內，造成裝置緊急停車檢修。分子篩吸附器損壞需極長的檢修時間進行檢修，同時需對內部床層進行整體檢修和更換，對管道進行吹掃，對后續系統的管道、換熱器進行清理、吹掃分子篩粉末等[6]，造成裝置大面積停車且無法短時開車，形成極大的生產安全事故。

同時因筆者公司的分子篩吸附器前期運行時受到過沖擊，分子篩已出現破損、粉末化現象，吹出的分子篩接觸到空氣變成吸附飽和狀態，且在裝置大修時已經進行扒裝一次，無法再進行扒裝，如若進行停車檢修，則必須更換新分子篩和氧化鋁，費用較高，加上緊急采購、裝置停車等各種費用，總損失巨大。最終，公司決定嘗試先對分子篩吸附器內部進行在線檢查、檢修、在線堵漏。

4 在線堵漏的探索

因分子篩吸附器共兩臺，一臺再生一臺吸附交替運行，程序步驟共有10步，由PLC程序自動控制[7]，每臺吸附器吸附約4 h，再生約4 h，4 h一切換，8 h一循環。為此，公司決定在2#分子篩吸附器吸附時，根據1#分子篩吸附器的再生步驟，對程序進行人為的手動控制，暫停自控程序，對1#分子篩吸附器進行維修。

4.1 程序控制分析，選定暫停步驟

經過分析，選取1#分子篩吸附器處于再生過程中泄壓階段后期或者冷吹階段末期時，當內部壓力卸完后，對1#分子篩吸附器底部人孔進行打開進入檢查。因分子篩再生氣閥門無法完全隔離，同時冷吹后期的氣體為污氮氣，內部污氮氣含量高，為保證人員安全，進入人員全部佩戴長管呼吸器[8]。

4.2 根據作業天氣，選定每次暫停時間

因程序暫停加長了2#分子篩吸附器的吸附時間，導致分子篩吸附過于飽和，會增加2#分子篩出口的CO2含量，影響裝置運行；同時天氣溫度越高，空氣中水分越大，分子篩吸附飽和越快。為此，每次暫停時間必須根據天氣溫度、CO2含量情況進行嚴格控制程序暫停時間，天氣溫度越低、CO2含量越低，暫停時間相對較長，約在25～45 min之間。

4.3 查漏

在程序暫停后，快速打開人孔，人員迅速進入，對底部床層泄漏部位進行檢查。經過多次進入檢查與堵漏觀察，依次發現底部床層板網與筒體本身連接處（如圖1、圖2所示）、板網與板網之間連接處及板網支撐梁與筒體T型連接處出現漏點，如圖3、圖4所示，此次在線檢查共計檢查出18處漏點，較大處6處。

4.4 在線堵漏

因分子篩床層與其他漏點不同，且漏點部位隱蔽，存在正反流氣體且內部禁油[9]，無法采取常規堵漏措施。為此進行多次試驗與嘗試，主要堵漏措施如下：

圖1 底部床層板網與筒體

圖2 底部床層板網與筒體示意圖

圖3 板網與板網之間連接處示意圖

圖4 T型連接示意圖

a）對泄漏處進行填塞絲網，夜間觀察后發現有效果但作用不持久；

b）尋找密封膠進行密封，對中性硅酮結構密封膠、耐高溫原子灰配固化劑、樂泰207等進行嘗試、填充與密封，經觀察部分漏點部位有效果，如圖5所示。

c）針對仍泄漏部位，如孔格、縫隙等部位，上述方式無效時使用角鐵、扁鐵、鋼板等方式進行填充焊接，將泄漏部位徹底堵死。

d）對上述仍有地方泄漏的，周圍使用絲網填縫、樂泰207打膠填縫涂抹，如圖6所示。

圖5 底部床層板網與筒體

圖6 鋼板焊接后涂抹密封膠

4.5 平整、清理、回填床層

對床層進行平整，清理吹出分子篩，對分子篩過篩等回填。在暫停程序時，人員進入分子篩上部，平整分子篩床層；同時進入下部，對人孔下方泄漏出的分子篩進行收集裝袋，與吹出的分子篩一起過篩后進行裝填，減少損耗量，保證吸附效果[10]。

4.6 更改程序運行時間

每次進入分子篩吸附器內部檢修完畢后，在后面的周期內暫停1#分子篩加熱程序10 min，延長1#分子篩的加熱時長，對其進行特殊再生，保證1#分子篩的吸附效果和再生效果。

經以上堵漏方式，歷經15天，將近20多次暫停程序將漏點全部進行消除，進行多次觀察現漏點已堵住，泄漏量極小，分子篩吸附器運行正常，出口二氧化碳含量正常。

5 結束語

1）以往的分子篩吸附器內部檢修，均在裝置停車時才可作業，此次在兩臺分子篩吸附器切換過程中作業，屬于裝置在線作業，實現了分子篩吸附器不停車內部檢修，是分子篩床層在線消漏的一種探索與應用，同時此維修保證了分子篩吸附器的正常運行，無損吸附器的運行效果，不影響分子篩及整套空分裝置的整體運行。

2）此次探索對分子篩吸附器在線檢修理論進行了實踐與驗證，積累了一定的先進經驗，并創新出了分子篩吸附器在線堵漏和床層在線堵漏的方法、方式，為其他裝置內的分子篩吸附器及其他同種類型的吸附器檢修積累了寶貴的經驗。此次在線堵漏的實踐，同時亦是在線裝填分子篩、在線平整分子篩床層的實踐。

3）此次利用對分子篩吸附器自動化控制程序進行人為的控制，通過調整分子篩吸附器的程序運行時間，實現了短暫時間內對分子篩吸附器進行內部檢查、檢修，并通過調整程序時間，實現對分子篩內部的特殊再生。

4）分子篩吸附器內部為無油狀態，此次堵漏嘗試了不同的密封膠及新型材料，驗證了中性硅酮結構密封膠、耐高溫原子灰配固化劑等密封膠在分子篩內無油狀態下的使用效果。

5）此次對床層進行在線堵漏所采取的方式在以往的分子篩吸附器檢修過程中從未采用過，探索出了新型的分子篩床層堵漏方式。

6）此在線堵漏方式適用于床層相對完好、破壞率較低、漏點泄漏部位較小的床層，不適用床層受到沖擊或損壞嚴重、泄漏部位較大的床層。

[1] 鄭磊，張福亭，王希奮.分子篩出口二氧化碳超標原因分析及處理[J].氮肥技術，2020，41（4）：16-18.

[2] 周躍紅.新型分子篩在吸附器床層結構改造中的應用[J].深冷技術，2015（3）：10-11.

[3] 楊廣普.分子篩吸附器泄漏原因分析及處理[J].大氮肥，2015，38（5）：325-327.

[4] 王鵬.探究分子篩純化系統常見故障分析與處理[J].化工管理，2020（5）：104-105.

[5] 楊維維.分子篩床層泄漏導致分子篩出口二氧化碳含量超標分析[J].大氮肥，2021，44（2）：116-119.

[6] 孫秀敏.臥式分子篩吸附器故障分析與處理[J].煉油與化工，2014，25（4）：54.

[7] 王深濤，錢芝忠.空分分子篩程控閥的維護與順控程序優化[J].化工自動化及儀表，2019，46（11）：957-959.

[8] 王建新，侯志勇，劉智靈，等.檢修時分子篩吸附器氧含量低的原因與預防措施[J].深冷技術，2008（5）：77-79.

[9] 李偉，王青龍，張槐槐.采用床層探位法解決分子篩吸附器空氣偏流問題[J].深冷技術，2006（6）：5-7.

[10] 任震蔚，葉凌偉，盧沛，等.基于有限元的分子篩吸附裝置筒體結構分析設計[J].遼寧化工，2018，47（9）：878-880.

Exploration and Application of On-line Plugging of Bed at the Bottom of Molecular Sieve Adsorber

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(Henan Longyu Coal Chemical Co., Ltd., Yongcheng Henan 476600, China)

The horizontal molecular sieve adsorber is widely used in the air separation unit. The quality of its bed is the key influence factors to the efficient and long-term operation of the molecular sieve adsorber. When there are problems in the molecular sieve adsorber, the mode of shutdown maintenance is usually adopted. However, when there is a small amount of leakage in the bottom bed, shutdown maintenance will cause huge economic losses. Based on practical cases, the attempt, exploration, application and effect of on-line plugging in the bottom bed of molecular sieve adsorber were briefly described.

Molecular sieve adsorber; Bed; Online plugging; Exploration

2021-11-05

張砷釔（1995-），男，河南省武陟縣人，助理工程師，2016年畢業于中原工學院機械設計制造及其自動化專業，研究方向：空分裝置設備管理，大機組管理。

TQ051.8+6

A

1004-0935（2022）06-0841-04