制氢装置PSA程控阀内漏原因分析及对策

毛小敏

摘要：在石油企业的生产过程中会经常使用到PSA装置来进行氢气的提纯工作，通过PSA制氢装置提取的氢气不仅纯度较高，而且制造氢气的效率也比较的高。在PSA制氢装置的实际运行过程中如果压力曲线出现异常，就证明了控制PSA装置的多个程控阀出现了内漏的现象，从而导致PSA的收率下降。因此本文就针对制氢装置PSA程控阀内漏原因进行简要的分析，并提出相应的解决策略。

关键词：制氢装置;PSA;程控阀;内漏

1 PSA程控阀的相关概念

程控阀就是一种切断阀，它是依靠液动或者是气动的的方式来进行驱动的。为了了实现计算机技术对程控阀的远程控制，需要将阀门与PLC或者是DCS集散控制系统相连接。程控阀主要应用于变压吸附的气体分离行业，例如：多晶硅尾气回收、甲醇制氢、回收二氧化碳、制氮等。程控阀的使用不仅可以保障系统的安全稳定运行，还可以保障吸附工作的顺利进行，因此是吸附装置中的重要设备。由于程控阀的使用频率较高，因此对程控阀的操作性能和要求也相对较高。

PSA是一种变压吸附技术，主要应用于气体的吸附与分离，使用此项技术进行气体分离不仅得到的产品纯度较高，而且生产的效率也相对较高，并且操作比较简单。因此，PSA工艺在程控阀中的应用是其吸附性能以及生产效率得到了进一步的提升。在进行气体吸附的时候可以采用变压吸附或者是变温吸附，在保持吸附平衡的情况下，压力越高，温度越低其吸附能力也就越强。由于PSA程控阀的使用频率较高，比较容易发生磨损，从而导致内漏问题的产生。

2 制氢装置PSA程控阀出现的问题及现象

在制氢装置PSA的实际运行过程中，会出现程控阀内漏的现象，一旦发生内漏现象就会有一部门的氢气通过内漏的程控阀进入到解吸气中，从而造成解吸气流量的组分发生大幅度的变动。当解吸气进入到转化炉的时候，转化炉炉膛内的温度会随着解吸气流量组分的变化而产生相应的变化。存在以下现象：

（1）炉膛温度的波动幅度会比较大，温度由检查之前的20摄氏度增长到了100摄氏度左右，在很大程度上增加了转化炉出口温度控制的难度;

（2）解吸气的流量出现异常的变化，由原来5dam3/h的平均流量增长到现在的8dam3/h;

（3）程控阀内漏导致吸附塔的压力或高或低，严重影响了吸附再生的效果，因此PSA吸附的曲线会出现异常的变化;

（4）解吸气中的氢气含量过高，但是在承受的符合压力相同的情况下，就算是延长吸附的时间也不降低解吸气中氢气的含量。通过相关的实验分析可以得出解吸气中的氢气含量会从原有的45%增加到70%，这也是导致氢气回收率降低的主要原因。

3 制氢装置PSA程控阀内漏的原因及对策分析

3.1 原因

为了了解程控阀出现内漏的原因，对PSA装置进行了停工检查，当打开吸附塔A塔头盖发现出口线管收集器的底盖出现了脱落的现象，从而导致了吸附塔中的粉剂进入到了管道之中，而经过粉化的吸附剂磨损了程控阀的阀座和密封件，所以就造成了程控阀发生了内漏问题。吸附塔在实际的工作流程中，在进行均降和吸附工作的时候原材料是从底部其中的一个程控阀进来的，然后再经由顶部进行排出，最后经过均升、冲洗、逆放等工作流程后，产生的气体会从顶部进入底部排出。在这样的状况下吸附塔的底盖会不断的承受两个方面的相反力。吸附塔收集器的底盖与A塔收集器的底盖相比较，A塔收集器的底盖会很容易出现焊接上的缺陷。A塔收集器的底盖在进行焊接的时候采用的是双面焊，在使用的过程中会出现一定程度的磨损，导致会经常有粉尘附着在A塔收集器的丝网表面上，而为了保障吸附塔的压力，A塔收集器的底盖会长期受到两个不同方向力的作用，从而造成A塔收集器底盖脱落的现象。底盖脱落后吸附剂会直接进入到PSA装置中，在运行的过程中不断的受到吸附剂的粉化磨损，最终造成了程控阀发生内漏的问题。

3.2 对策

在上文中已经大致分析了程控阀出现内漏的原因，因此就可以有针对性的采取防止程控阀出现内漏的相关措施。首先，可以先分析吸附塔塔顶收集器底盖的受力情况，根据分析的结果对其进行加固工作，尽量避免收集器的底盖出现脱落的问题。可以采用“十字加强筋”的方式对附塔的顶盖焊接加固，同时好需要根基PSA的压力曲线找到程控阀内漏的集中位置，然后定期的对程控阀进行检修工作并及时更换老旧的程控阀密封件，在更换密封件后还需要进行打压复检工作，以确保经过更换后的程控阀不会在出现内漏的问题。

导致程控阀出现内漏的另一个原因就是吸附剂粉化，导致吸附塔定福收集器的底盖出现脱落的现象。针对此项问题，一定要对吸附塔中的吸附剂进行及时检修和更换工作，以此来有效的避免吸附剂粉化现象的发生。在更换吸附剂的时候还需要使用氮气对PSA单元线管中的吸附剂进行清理工作，以此来避免程控阀密封件的磨损问题。在进行操作的过程中還需要有效的控制均压的速度，因为均压的速度可以直接影响吸附剂的质量，而吸附剂质量的好坏会直接影响到制氢装置PSA的操作性能。如若均压上升的速度和降压的速度过快，就很容易造成吸附剂的床层出现压碎和浮动的情况，从而就在很大程度上降低了吸附剂的使用性能，严重过影响到了吸附剂的使用寿命，不仅会对制氢的纯度产生一定的影响，还会对氢气的收集率产生一定的影响。而压碎的吸附剂还会增加吸附塔的阻力，在制取氢气的过程中泄漏出来的粉尘因为会对程控阀的阀座造成一定的磨损，同时也会影响PSA单元操作性能的稳定性，所以，控制好均压的速度就显得尤为重要。除了要控制均压的速度外还要掌控好吸附的时间，在PSA制氢装置的实际运行过程中，相关的人员一定要根据进料的组分和分量或者是某些特定的要求来调整吸附的时间，以此保障制取氢气的纯度以及收集率。同时制取氢气的相关操作人员还需要根据PSA单元实际的工作运行规律来记录好均压的时间，并对均压的时间进行定期的检查，才能有效的做到及时发现问题、解决问题。还要定期的对照PSA单元的实际曲线和压力曲线，以便于及时发现问题的症结所在，从而及时的进行纠正。

4 结语

首先要找到制氢装置PSA程控阀出现内漏的真正原因，才能根据生产运行中的实际状况针对问题的原因提出相应的解决策略，有效的从问题的根源进行问题的分析和解决，才能够保障PSA装置制造氢气的纯度和收集率，使制氢作业得以顺利的开展。

参考文献：

[1] 薛涛.制氢装置PSA程控阀内漏原因分析及对策[J].中国化工贸易，2018（36）.

[2] 王帅.制氢装置PSA程控阀内漏原因分析及对策[J].石化技术，2018（06）.

（作者单位：南京扬子石油化工工程有限责任公司）