一起分子筛吸附器阀门故障的分析与处理

王军成

（江西铜业集团有限公司 贵溪冶炼厂，江西 贵溪 335424）

1 引言

20 世纪90 年代以来，常温分子筛前端吸附净化已成为制氧机的标配流程。分子筛纯化器已在大中型全低压制氧机中得到广泛应用。全低压分子筛纯化流程具有操作简便、流程简化、产品提取率高、运转周期长、运行安全可靠、装置投资少等优点［1］。

江铜集团贵溪冶炼厂动力车间现运行有5 套制氧机组，均为分子筛吸附净化流程。在运行中，分子筛曾发生多起故障，甚至引发设备事故［2］。现对其中一台10000m3/h 制氧机（简称2#制氧机），在2016 年9 月份发生过的一起分子筛阀门引起的故障进行分析，对将来分子筛点检与维护进行探讨。

2#制氧机分子筛纯化器流程图见图1。

图1 2#制氧机分子筛纯化器流程图

2 故障现象

2016 年9 月26 日11:39，2#制氧机出现“分子筛吸附时分子筛前后压差高”报警。此时2#制氧机分子筛程序为1#分子筛再生、2#分子筛吸附。压差正常运行值一般为9kPa 左右，高报警设定值为11kPa，若压差上升到18kPa 空压机就会连锁放空。当时实际测量数值达到12.5kPa，并在每次2#分子筛吸附时均有上升趋势，最高上升近18kPa。1#分子筛吸附时压差显示正常，

查看DCS 操作记录无误操作情况，现场检查无明显泄露，阀门动作指示正常。故障报警开始以后到23:29 检修完毕，25 日中午11 点以后的分子筛前后压差趋势如图2。其中分子筛压差出现的3 个异常矩形波，起止时间为9 月25 日11:39-14:00，16:20-18:40，21:00-23:20，都处于2#分子筛吸附1#分子筛再生状态。

图2 2#制氧机分子筛压差趋势图

3 原因分析

检查发现1#、2#分子筛升压正常都能正常切换，在2#分子筛升压完成开始吸附后，压差就开始报警，保持2#分子筛吸附的整个周期，并且压差随着2#分子筛每次吸附变得越来越大。查明原因解决问题刻不容缓。

3.1 现场阀门状态分析

2#制氧机分子筛阀门因结构紧凑，难以通过观察阀门阀杆确定阀门动作情况，阀门开关是否到位不好判断。但从2 台分子筛都能正常切换、吸附再生，且无明显异音来看，阀门对外泄露的可能性可以排除［3］。

3.2 阻力上升的规律性分析

分子筛压差测量取值为空气进出分子筛的总管道上，在1#、2#分子筛工作时连续监测。压差显示趋势上升和报警仅限于2#分子筛吸附时，说明2#分子筛吸附时有阻力增大可能。

3.3 相关运行参数分析

空压机后出口压力稳定、空冷塔冷冻水及冷却水压力流量稳定，分子筛出口二氧化碳含量正常稳定，分子筛进口温度曲线趋势正常，排除因带水造成的分子筛压差高。

3.4 DCS 中阀门状态分析

查看V02、V04 阀门动作趋势，发现V02 阀门出现异常，在9 月26 日中午11:39，2#分子筛开始吸附时，V02 阀MV 值是2（阀位输出指示），PV 值却是1（阀位反馈指示），持续2#分子筛整个吸附时间。这个状况随后再次出现于2#分子筛16:20 吸附、21:00 吸附时。查看详细的报警记录，在2#分子筛开始吸附时，V02 有ANS+（阀位反馈异常）报警，这是设备运行以来V02 第一次出现的异常趋势与报警，阀门打开不到位可能性极大。

V02 阀门开关信号趋势如图3 所示。

3.5 从1#、2#分子筛运行状况对比分析

由表1 数据对比后可看出，自从报警出现后，每当2#分子筛吸附时，空冷塔出口压力都会略有上升，分子筛及总管压力同步下降。证明空气在2#分子筛吸附时流通阻力增加，进一步说明V02阀动作异常开启时不到位。

表1 两分子筛吸附时相关参数对比（21：00） MPa

4 故障处理

随着压差的不断增大，故障恶化愈发明显。为了保证系统的正常稳定运行，满足生产用氧需求，经过对分子筛运行过程分析，决定不停机在线处理［4］。

具体方案是：在2#分子筛升压即将完成时将程序由运行切换至暂停状态，此时1#、2#分子筛压力相等，2#分子筛进出口关闭。2#分子筛进口阀V02 进行检修与测试时，其动作不会影响系统运行。

通过DCS 手动给出V02 阀门开关信号，找出并处理阀门开启不到位的原因。

9 月27 日1:42，DCS 手动操作V02 数次，检修现场确认阀门在开启时有卡阻现象，且距全开有大约10%左右的偏差。更换V02 阀控制器，并调整阀门气缸行程后确认开关位置准确、阀门动作正常［4］；分子筛切换回运行状态，观察2#分子筛压差显示恢复正常，整个处理过程用时0.5h。

5 总结与改进

经过此次事故，总结以下分子筛点检维护方面一些问题，并做相关处理办法。

5.1 报警显示方面优化

因2#机设备运行了二十多年，系统陈旧，多套机组报警联网，DCS 上频繁出现大量报警。处理此次故障时，花费了大量时间与精力来查找历史记录。一定程度上影响了故障判断分析速度。

由此梳理历史报警，对频繁出现的报警进行逐条分析、跟踪与整理，根据参数控制逻辑与报警数据进行优化，逐步减少报警，并且对仪表重要报警作中文说明，使其通俗易懂。通过降低报警率，使监控人员能第一时间轻易发现重要报警并及时应对［5］。

5.2 分子筛点检方面优化

为了提高分子筛点检效率，简易的检查方式是对分子筛各参数趋势定期查看确认。趋势的规律性波动被破坏，意味着某些异常发生，应立即判断与处理。这样能避免大多数异常故障对设备稳定生产的影响。

但是趋势形成滞后，某些故障在趋势形成就已经对分子筛造成不利影响。例如2#机分子筛运行周期短，蒸汽加热器若发生故障造成加热阶段温度不够时，往往不易及时发现。所以要求在点检分子筛时，能根据当前的分子筛运行阶段立即判断与即时数据是否相符，尤其在没有报警保护的部分——加热与冷吹阶段，加强各数据监控。做到对分子筛当前阶段下各压力、温度、流量等参数具体数据都非常熟悉。这样才能监护分子筛在吸附与再生时确认其顺利进行。

最后，及时发现重要报警与数据或趋势异常，是即时处理故障降低损失的重要保证。

5.3 分子筛阀门维护方面优化

对报警的历史数据进行梳理后发现，在故障发生更早之前，V02 阀门已经出现过ANS 报警。说明阀门经过长周期运行，早已经出现劣化趋势。

经过沟通讨论，阀门若出现重要报警，应立即进行处理，并做好专项记录与统计。做到准确掌握阀门的劣化趋势，进行及时处理与预先维护，避免故障影响停产。根据阀门现场实际与劣化趋势记录，做到阀门预先计划检修，必要时作为计划停机处理阀门的数据依据［6］。

5.4 分子筛其他维护项目

对分子筛各运行参数进行备案，尤其对分子筛吸附余量心中有数。在分子筛运行异常需要在线处理时，一定要参考分子筛满负荷吸附的时间，避免因在线检修时间过长、分子筛超负荷运行而影响生产。

6 结束语

随着设备的更新，设计更加合理、使用更佳高效的会陆续买入投运。作为设备的使用与管理者，深刻认识设备运行机理、建设完善的设备点检维护制度，是长周期安全生产的重要保证。