分子筛吸附器故障分析及优化措施

丁盼盼，王德胜，刘春燕

(1.荣盛集团中金石化有限公司 浙江宁波 315000；2.中南大学化学化工学院 湖南长沙 410083)

分子筛吸附器故障分析及优化措施

丁盼盼1，王德胜1，刘春燕2

(1.荣盛集团中金石化有限公司 浙江宁波 315000；2.中南大学化学化工学院 湖南长沙 410083)

分子筛吸附器的吸附效果是空分系统正常运行的保障，分子筛进水、CO2含量超标、阀门泄漏等异常情况均会对空分系统的正常运行产生危害。针对分子筛吸附器在实际运行过程中存在的常见故障，分析其原因并提出解决方法，同时给出优化分子筛吸附器运行的措施。

分子筛；吸附；空分；优化措施

分子筛种类繁多，目前常用的分子筛可以分为A型、X型和Y型；根据阳离子的不同，其孔径和性质也不同，可分为3A，4A，5A，10X，13X等多种型号。由于分子筛吸附性能和机械强度的不同，高、中压空分装置一般采用5A型分子筛，全低压大型空分装置一般采用13X型分子筛。

分子筛在空分系统中较为常见，若其运行出现故障，轻则空分系统工况异常，重则停车甚至出现意外事故并造成重大危害。

1 分子筛故障及解决方法

1.1 分子筛吸附器进水

当空气夹带大量水分进入分子筛吸附器时，会造成分子筛进水事故，严重时会引发分子筛穿透，此时分子筛底部疏水阀会排出大量游离水，冷吹峰值出现异常，分子筛吸附器出口空气中CO2含量较高，严重时会造成板式换热器和冷箱冻结、相关管道冻裂的事故，对后系统及后期检修影响巨大。同时，水分的冲击会对分子筛造成永久性损伤，使其使用寿命大幅缩短。水分的大量进入加剧了分子筛的吸附负荷，导致碳氢化合物和CO2含量的超标，此时静电现象愈加明显，严重时会引发冷箱爆炸事故。

分子筛带水与空冷塔的相关性很大[1]。当空冷塔底部液位过高、循环水中杂质过多、循环水消泡剂消泡效果差、启动预冷系统时先开水泵后导气等，都会造成分子筛带水。空冷塔结构设计不合理、气液分离空间小，当空气量增大时也会带出一部分液体。

在操作过程中应通过以下方法避免分子筛带水：排除仪表故障原因后，严格控制水量，不可突然增加气量；开车阶段严格执行先导气后开水泵的操作顺序，严格监控仪表、液位计、阀门的安全准确性，避免因操作不当而造成分子筛带水；严格控制循环水的工艺指标，避免因气泡过多、水质差或管道堵塞等原因造成的分子筛带水。

1.2 分子筛吸附器出口空气中CO2含量超标

分子筛吸附器出口处的CO2分析表是判断CO2含量是否超标的最直观的手段。CO2进入换热器后会造成换热器阻力增大，还会引起主塔塔板阻力波动，增大了主冷爆炸和泄漏的风险。CO2含量超标的原因如下：①大气中CO2含量超标引起分子筛吸附器吸附不完全，此时需由分析人员确认空压机进口处空气中CO2含量，确定原因后适量降低空压机负荷，调整分子筛吸附时间，缩短单台吸附器的工作时间。若空气中CO2含量长期高于正常水平，需考虑现场增加分子筛的装填量。②大气中H2S和SO2含量超标会引起分子筛失活；循环水中若含有大量H2S或SO2，将会通过空冷塔带入分子筛，此时需对供排水的水质进行监测并寻找H2S及SO2含量超标的原因，尽快减少有害气体进入分子筛吸附器。③空压机负荷增大，但未对分子筛运行参数进行相应调整，导致分子筛吸附不完全，长期累积导致分子筛吸附器出口空气中CO2含量增大。此时应提高分子筛脱附温度、加大再生气量、调整分子筛切换周期，并视情况增加分子筛的装填量。④分子筛装填量过少或装填过程中出现粉碎，都可导致分子筛吸附不完全，分子筛吸附器出口空气中CO2含量增大。此时应与分子筛供应商协商，以保证正常运行以及破损工况下有足够的分子筛装填量。⑤分子筛投用初期，在排除设计缺陷的情况下，若活化不完全，分子筛吸附效率将下降；避免分子筛过早装填而出现受潮等问题；开车后，分子筛必须活化再生3个周期以上，以保证其吸附性能。

1.3 分子筛冷吹峰值异常

分子筛再生时，冷吹阶段初期污氮气出口温度会持续升高并出现一个峰值。其原因是由于分子筛床层内积聚的热量将气体及下层分子筛加热，若床层平整，相同截面下的温度大致相同，直至出口处温度也相同，故会出现一个最高温度。如果分子筛床层不平整，气流在不同部位通过的床层厚度不同，将导致出口处最高温度出现的时间不同，从而出现多个峰值、峰顶平坦、峰值温度低等异常冷吹曲线[2]。床层厚度不均的原因可能是分子筛装填不均匀，也可能是分子筛出现局部粉碎而引起流通的气量不均匀所致，都会导致冷吹峰值异常。

若分子筛进水时会出现平头峰，伴随分子筛吸附器压力忽高忽低、阻力升高等现象。水分进入分子筛后会吸收加热时的热量，在加热阶段需对多余的水分进行解析，所以在冷吹时污氮气出口温度降低并保持一段时间，峰值趋于平缓。一般平头峰曲线越长，进入分子筛的水分越多。

冷吹峰值过低表明分子筛再生不充分，此时需对工况进行调整。冷吹峰值过低的原因包括：分子筛负荷过大，如加工空气量过大或加工空气温度过高都会引起分子筛负荷的变化；再生气量不足或再生气温度过低，导致分子筛再生不充分；加热和冷吹时间过短。

1.4 电加热器异常

电加热器常见故障为中间继电器等电气元件出现损毁，导致电加热器使用异常[3]。如有2套电加热器可进行切换，应定期对周波控制器和电气元件进行检测，避免不必要故障的出现。电加热管的连接故障也是造成再生气出口温度异常的常见原因，使用中须加强对电加热管连线的检查，防止发生连接线断路、短路等，避免电加热管出现断电、损毁等故障，保证分子筛吸附器的正常运行。

1.5 蒸汽加热器泄漏

蒸汽加热器泄漏时，再生污氮气水分含量会急剧升高，分子筛吸附器出口空气中CO2含量也会明显上升，且水分进入分子筛吸附器将造成分子筛机械强度下降而出现粉化现象，严重影响分子筛吸附能力和使用寿命，同时会给冷箱带来严重的安全隐患。

设计上的缺陷、流体介质的冲击破坏、内部振动过大引起的蒸汽管束破损、长期使用及负荷的变化对材质造成的疲劳损伤等都会引起蒸汽加热器泄漏。出现蒸汽加热器泄漏时，应根据蒸汽加热器出口气体水含量报警提示及早发现、及时判断。蒸汽加热器泄漏初期可通过提高再生污氮气气量、降低再生气水分含量、提高蒸汽温度以保证分子筛再生效果。如果蒸汽加热器泄漏严重且有备用电加热器，可考虑切换至电加热器加热再生气，否则就必须停车检修，避免造成更大的损失。

1.6 切换系统故障

分子筛吸附器在切换过程中会出现诸多问题，常见问题如下：①控制系统故障，程序出现错误，此时需转入手动操作[4]。如有备用控制器则切换至备用控制器；如手动操作无效，则无法对控制系统进行操作，此时需作停车处理。②电磁阀故障，切换阀无法操作，出现此类问题时须首先对电源和气源进行检查，检查正常后进行手动操作，并考虑更换电磁阀。③切换阀动作缓慢导致控制系统暂停，引起此类事故的原因一般是气源压力低或阀门机械卡阻，此时需调节气源压力，处理卡阻或加以润滑。④阀门出现泄漏[5]，这将影响空气进塔量，导致氧提取率下降，严重时会对分子筛再生造成影响，降低分子筛的吸附容量。阀门是否发生泄漏可通过压力、流量、温度、声音等变化来判断。阀门泄漏的原因可能为密封出现泄漏或损坏，需对密封进行更换；若密封无问题，检查执行机构与阀杆连接处是否出现松动，排除此类故障原因后需检查阀门行程，如行程不足或过度，则调节至正常位置。

1.7 分子筛粉化破碎

分子筛若严重粉化，加工空气会将粉化后的分子筛带入换热器或主塔内，导致换热器和塔板的堵塞。在排除初次装填时造成的分子筛破碎以及分子筛质量问题后，引起分子筛粉化破碎的其他原因如下：①分子筛进水造成其机械强度降低，导致分子筛粉化率增大。此时需对预冷系统进行严格操作，避免水分带入分子筛中，保证分子筛活性。②过高的操作压力和温度会加快分子筛的粉化，缩短其使用寿命。在操作过程中须严格遵守工艺指标，避免加工空气量的突然增大或减小，保证加工空气出水冷塔的温度变化正常；严格控制再生气量，避免气量大幅波动对分子筛造成冲刷。③分子筛顺控程序中升压和降压的时间设置过短，导致压力变化速率过大，也会加剧分子筛的粉化。此时需调整顺控程序内的设定时间，适当延长时间，减小压力变化速率。④分子筛床层不平整、气体分布器分布不均、分子筛内形成气体旋流，均会导致分子筛间摩擦粉化。

2 优化分子筛运行的措施

2.1 增设阀门

分子筛吸附器前的加工空气管线最底部增设导气阀，可通过此阀判断出加工空气中是否携带大量游离水，对判别分子筛是否进水有重大作用。分子筛吸附器最底部增设吹除阀，在吹扫时打开，同时作为污氮气出分子筛吸附器的导淋阀，在分子筛解析时可通过此阀排除大量解析出的游离水。

2.2 顺控系统跳步

分子筛吸附器在运行中会出现许多变故，除了必须暂停分子筛吸附器运行程序外，也可对顺控程序的时间作出调整，可根据冷吹峰值以及出口空气中CO2分析值适当延长解析时间，使分子筛充分脱附。

2.3 蒸汽加热器和电加热器配合使用

若出现蒸汽加热器泄漏或电加热器故障时，可通过改变加热方式进行切换，将故障设备隔离后进行处理，避免停车，确保生产装置的长周期运行。

3 结语

分子筛吸附器是空分系统的重要组成部分，一旦出现故障极易导致整个空分系统停车。在实际操作中，对分子筛脱附后的空气中碳氢化合物、水分以及CO2含量要求极高，当分子筛吸附器出现故障时，需要准确分析故障原因，及时作出调整，确保空分系统正常运行。

[1] 李楷，黄武，王金娟.分子筛吸附器带水原因及预防措施[J].山西化工，2008(1)：57- 58.

[2] 杨秉彪，王立，岳献芳，等.分子筛纯化系统常见故障分析与处理[J].深冷技术，2009(4)：21- 24.

[3] 吴波.分子筛纯化系统电加热器故障分析及预防措施[J].深冷技术，2013(3)：8- 10.

[4] 汤学忠，顾福民.新编制氧工问答[M].北京：冶金工业出版社，2001.

[5] 胥波，闫伟东，孔繁魁，等.21000 m3/h空分设备分子筛纯化系统故障分析及处理[J].深冷技术，2012(6):15- 18.

AnalysisofMolecularSieveAdsorberFaultandOptimizationMeasures

DING Panpan1, WANG Desheng1, LIU Chunyan2

(1.Rongsheng Group Zhongjin Petrochemical Co., Ltd., Ningbo 315000, China；2.Chemistry and Chemical Engineering, Central South University, Changsha 410083, China)

The adsorption effect of molecular sieve adsorber is essential in ensuring normal functioning of air separation system, while abnormities like water entered molecular sieve, CO2content exceeded limit, valve leakage, etc. can cause harm to normal operation of air separation system. In connection with common faults existed in actual operation of molecular sieve adsorber, the causes are analyzed and the countermeasures are suggested, at the same time, measures optimizing molecular sieve adsorber operation are proposed.

molecular sieve; adsorption; air separation; optimization measures

丁盼盼(1990—)，男，助理工程师；1154808009@qq.com

TQ116.11

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1006- 7779(2017)05- 0056- 03

2016- 01- 20)