浅析变压吸附大型化存在问题(方友)

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1、浅析变压吸附装置大型化存在问题方友（中国海油惠州炼化公司）摘要：本文通过分析大型制氢装置的变压吸附单元出现的问题及常见故障处理，并希望能对大型变压吸附单元的操作运行有一定借鉴作用。关键字：变压吸附程控阀吸附剂1.前言变压吸附技术（简称PSA）是近几十年来在工业上新崛起的气体分离技术，其原理是基于压力和循环条件对多组分气体通过吸附柱的吸附平衡及对速率行为影响效果的差异进行快速的吸附与脱附循环，从而达到气体分离和吸附剂循环使用的目的。自70年代以来，变压吸附法技术已在化工分离技术发展中占有了重要地位，其主要特点是：循环时间短，常温操作(能耗低)、

2、易于自动控制、可获得高纯度产品。由于新型高效吸附剂的研制、工艺的开发，变压吸附的应用领域还在不断拓宽，处理规模也在日益扩大，已成为一种成熟的多组分气体分离技术。我国PSA技术水平和应用领域已进入世界先进行列，日处理量随需要达到了很宽的范围，并能提供小至20Nm3／h大至10万Nm3／h的各种规模的PSA装置。但随着PSA装置规模的大型化，一些PSA的问题也显现出来。2.PSA问题分析在对国内多套变压吸附装置运行状况调查统计，发现变压吸附装置出现的问题主要是集中在吸附剂粉碎和程控阀故障两方面。针对出现的问题，多套装置的运行管理技术人员与设计技术

3、人员都采取相应措施。2.1吸附剂粉碎的原因及处理措施根据对变压吸附的运行操作经验和对吸附剂粉化情况的分析和处理经验总结，我们认为造成吸附剂粉化有如下几个因素。2.1.1原料带水造成吸附剂粉碎对吸附剂来说，原料气带水有两点危害：一是吸附剂有很强的吸水性，而且与水有很强的亲和力，吸水后普通的物理方法很难将其脱附，PSA在常温条件下几乎无法脱除，这样造成吸附剂对杂质气体的吸附容量大幅度下降，无法提纯产品气；二是吸附剂吸水后，抗侧压强度大幅度下降，在PSA频繁均压过程中，极易损坏吸附剂。PSA原料气带水的情况在设计和工艺操作上完全可以避免。如果PSA

4、入口设计有脱水罐，工艺操作上注意分液罐液位，以及PSA入口脱水罐定期脱水，PSA原料气就不会有带水现象发生。2.1.2均压过程压差和流速太大造成吸附剂粉碎PSA运行中如果均压过程的压差和流速太大很容易造成吸附剂的粉碎。一般大型化的PSA装置都采取了四次均压，均压的压差都在0.5MPa左右，这个压差对吸附剂影响不会太大，但如果采用3次均压时，均压的最大压差会达到1.0MPa左右，这对吸附剂影响就较大。如果均压管道及程控阀尺寸太大，就会造成均压速度太快,流速过高,引起吸附塔内吸附剂碰撞、冲击和粉化。为了避免吸附剂的粉碎问题，PSA程序设计应该保证

5、均压在四次均压。均压管道和程控阀尺寸应设计在合理范围，如果在管道和程控阀尺寸不能调整的情况下，在相应均压的程控阀法兰处加装节流孔板，降低气流流过吸附塔床层的速度，利用此办法可以改善吸附剂粉化问题。2.1.3吸附塔顶吸附剂压网和压板的影响通常在对有吸附剂粉碎的吸附塔顶部大盖拆开检查时都发现有以下现象：吸附剂粉化严重时都有不锈钢丝网拉破、卷边、穿洞现象，而且固定压栅板有明显松动、变形，甚至有固定螺栓拉断现象（见图1）。造成这些问题原因主要以下几个方面：1、安装过程中丝网没有压好，有空隙。-S8[1},B!u6I'q2、装吸附剂时，没有对丝网检查，

6、丝网有破损。2K3、丝网选择的网孔过大，至少20目以上。!e1_'y/v'W/I+K+Z4、丝网的强度不够。  F:t'c*J  E/p4g  n,5、筛网周边没有压紧，压力不均匀，使局部在运转中正反压力交错作用而出现漏吸附剂现象。如果不重新安装好，床层越来越松，分子筛处于悬浮状态，能快速的磨损，造成吸附剂报废。图12.2程控阀的问题及处理措施PSA的程控阀有程控截止阀和程控蝶阀两种，两种程控阀经常发生问题主要有：两种程控阀的阀芯密封面都有损坏问题；程控截止阀存在填料泄漏，缓冲垫有开裂和粉碎问题；程控蝶阀的阀板轴套开裂问题；程控蝶阀的汽缸头的

7、轴套开裂问题；程控阀阀检误报等问题。（详见：图2、图3）两种程控阀的阀芯密封面损坏程控截止阀缓冲垫开裂和粉碎图2程控蝶阀的阀板轴套开裂程控蝶阀的汽缸头的轴套开裂图32.2.1程控阀的阀芯密封面损坏问题程控阀阀芯密封面的损坏主要是以下几个方面造成的：1、程控阀阀芯密封面质量问题；6e!]4{2F5l#V(m7i1、1、、、、2、开车初期，吹扫不干净，有杂质在阀门密封处，造成密封件的损坏；9q#L(T#F"K(l13、吸附剂破损后，粉尘随气流带出吸附塔后进入程控阀门，冲击密封面导致密封面损坏；4、程控阀前后压差越大，密封件越易损坏；5、程控蝶阀（

8、三偏心蝶阀详见图4）参数设计不合理，密封圈转动过程与阀座干涉摩擦，由于密封圈和阀座是金属面配合，很快拉毛破坏，引起阀门泄漏；6、程控蝶阀关闭时扭力矩过大或是速度够快