摘要:國內(nèi)某公司連續(xù)重整 PSA裝置采用 UOP公司提供的 POLYBEDTM PSA提純氫氣技術(shù),共計10個吸附塔, 采用兩塔同時吸附,4次均壓提高氫氣回收率,采用逆放沖洗工藝對吸附劑進行再生,從混合氣中提純分離出純度 大于 98%的氫氣,送出界區(qū)至氫氣管網(wǎng)。在正常生產(chǎn)過程中,1號、6號吸附塔突然因泄壓速度變緩,吸附塔沖洗時 間延長報警,后多次上線均因沖洗時間延長報警導致上線失敗。根據(jù) PSA裝置運行特性,原料氣的組分以及程控 閥開度變化趨勢,著重從工藝方面分析 1號、6號吸附塔上線失敗的原因,并提出應(yīng)對措施。
PSA吸附塔上線失敗原因分析及應(yīng)對措施
1 PSA裝置介紹
變壓吸附(PressureSwingAdsorption,PSA)是 一種物理吸附,其特點是吸附過程沒有化學反應(yīng), 吸附過程進行極快,參與吸附的各相物質(zhì)間的動態(tài) 平衡在瞬間即可完成,這種吸附是完全可逆的[1]。
PSA裝置以重整氫為原料,采用變壓吸附氫 氣提純技術(shù),從混合氣中提純分離出純度大于 98%的氫氣,送出界區(qū)至氫氣管網(wǎng);旌显蠚 在提純氫后剩余的 PSA解吸氣作為制氫裝置轉(zhuǎn) 化爐的燃料,工藝流程如圖 1所示。
2 、PSA裝置運行特性介紹
根據(jù) PSA裝置運行特性,整個變壓吸附過程 通常由吸附(ADS)、均壓力降(均降)(E1~E4)、 順放(PP)、逆放(BD)、沖洗(P)、均壓升(E4~ E1)和終充(R)等步驟組成,運行壓力曲線如圖 2 所示。
進料氣通過底部進料閥進入吸附塔,雜質(zhì)被 選擇性吸附,吸附結(jié)束后,吸附塔里留下了一些雜 質(zhì)。吸附塔底部的雜質(zhì)#多,而越到頂部雜質(zhì)越 少。通過一系列的順向減壓程序,從吸附塔頂部 回收氫氣,滯留在吸附塔里的純氫用于其他吸附 塔的均壓和沖洗操作中。 雜質(zhì)在吸附劑的前沿轉(zhuǎn)移,在提供沖洗步序 結(jié)束時,雜質(zhì)前沿移至#高位置,在沖洗步序結(jié)束 時,雜質(zhì)前沿移至吸附劑#底層,依次循環(huán)使用吸 附劑,進而實現(xiàn) PSA的吸附和再生[2]。
3、 問題的提出
吸附塔自動離線有多種原因,例如閥門故障、 吸附塔壓力變送器故障、排放結(jié)束壓力未達到、終 充結(jié)束壓力未達到、提供沖洗壓力未達到、排放偏 差/終充偏差/提供沖洗偏差超過程序設(shè)定值等。 在正常生產(chǎn)過程中,1號、6號吸附塔突然因沖洗 時間延長報警致自動離線,在排除程控閥、壓力變 送器等設(shè)備故障后多次上線均因沖洗時間延長 報警,沖洗速度偏差過大(不小于 0.2MPa)導致 上線失敗。
4 原因分析
4.1 直接原因
1號、6號吸附塔泄壓速度變緩,吸附塔沖洗 時間延長報警,沖洗速度偏差過大(不小于 0.2 MPa)造成吸附塔上線失敗。
4.2 間接原因
(1)重整裝置增壓機氫氣密封改為氮氣密封 時,PSA操作系數(shù)由 114降至 108,操作系數(shù) 108 對應(yīng)的原料氣雜質(zhì)含量仍然偏高,吸附塔的吸附 劑再生不徹底。 (2)程控閥 XV80165/XV80115內(nèi)漏嚴重。 (3)沖洗步序程控閥 PV80113在裝置正常 運行時開度較其他吸附塔上的程控閥開度偏大。
4.3 根本原因
PSA吸附劑被污染,吸附容量下降,造成產(chǎn)品 雜質(zhì)穿透,沖洗氣密度變大,提供沖洗氣的流速 下降。根據(jù)現(xiàn)場操作記錄,在產(chǎn)品氫純度下降后, PSA操作系數(shù)由 114降至 108。由于下降后的 PSA操作系數(shù)仍然較高,故提供沖洗時沖洗氣中 的氮氣組分增加,氣體密度增加,從而使閥門開度 增加,以便提高沖洗氣的流速。但是,沖洗氣中雜 質(zhì)增加,吸附劑再生不徹底,且進入吸附劑床層的 雜質(zhì)會隨著吸附時間的增加而變多[3]。
PSA裝置在正常運行過程中無法在線檢測原 料氣中雜質(zhì)含量,按照上述模式不斷循環(huán)運行,使 吸附劑的吸附容量達到飽和,在均降步序結(jié)束甚 至吸附步序結(jié)束后,吸附塔出口沖洗氣為原料氣, 密度達到#高值,閥門開度也#大,吸附劑被污染 使吸附容量下降,造成原料氣雜質(zhì)穿透吸附劑床 層,PSA正常運行情況下,吸附塔提供沖洗氣應(yīng)為 純氫氣,在吸附劑被雜質(zhì)污染穿透后,提供沖洗氣 的為原料氣。氫氣與原料氣的密度不同,相同時 間內(nèi)通過相同橫截面積的氣體流量不同,造成吸 附塔降壓速度不同,#終因沖洗時間延長報警致 吸附塔下線。
根據(jù)現(xiàn)場情況,檢查沖洗步序程控閥(PV 80113)的開度情況,在地衣次吸附塔上線過程 中,程控閥(PV80113)在很短時間內(nèi)閥門即呈現(xiàn) 為全開狀態(tài)。
結(jié)合沖洗步序程控閥(PV80113)開度變化 趨勢、產(chǎn)品氫純度下降趨勢、原料氣中氮氣含量變 化趨勢以及重整裝置增壓機氫氣密封更換氮氣密 封的時間來看,三者時間點吻合,進而判斷原料氣 中氮氣含量增加,對吸附塔吸附劑造成污染,影響 吸附塔泄壓速度,是吸附塔多次上線運行失敗的 根本原因。
5、應(yīng)對措施
(1)對有故障的程控閥進行下線維修,使其 達到完好狀態(tài)。該裝置程控閥均采用軟密封型式 的雙偏心蝶閥。PTFE材質(zhì)在軟密封上的使用,降 低了閥體成本,但中線蝶閥的蝶板與閥座始終處 于擠壓、摩擦狀態(tài),啟閉扭矩較大,磨損快導致閥 門使用壽命短。程控閥開關(guān)頻繁,再加上有吸附 劑粉塵的存在,粉塵隨工藝介質(zhì)一起帶出,對閥門 的密封面存在沖蝕,造成閥門密封面損傷進而內(nèi) 漏[4]。頻繁開關(guān)還會導致起密封作用的軟閥座 破損、老化現(xiàn)象加重,失去彈性變形,閥門關(guān)閉時閥 板與閥座不能正常貼合密封,導致閥門內(nèi)漏[5]。對 下線的程控閥 PV80113,XV80166,XV80115進行 檢查,均有閥板密封面損傷和軟閥座變形等情況。 此時對閥板進行激光熔覆,熔覆后的閥板密封面 損傷已全部消除,對軟閥座進行更換。
(2)將連續(xù)重整裝置增壓機氮氣密封改為氫 氣密封,使 PSA裝置原料組分達到設(shè)計要求,即 氮氣體積分數(shù)小于 2%。
(3)對裝置現(xiàn)場的吸附塔上的單法蘭壓力變送器 PT80110,PT80111以及閥門定位器、回訊器等進 行檢查,排除儀表故障。
(4)PSA吸附劑的再生。盲板隔離相應(yīng)的工 藝流程,從產(chǎn)品氫控制閥 XV80112處通過手閥 控制逆工藝流程引入產(chǎn)品氫氣,將受污染吸附劑 的吸附塔充壓至 0.5MPa以上,從安全閥副線處 放空,將該吸附塔憋壓進行氫氣置換,將吸附劑中 的雜謘hou櫸紙馕,吸附剂活性恢复以后,即恢笢?常工藝流程,按照操作規(guī)程使吸附塔上線運行,吸 附劑再生流程操作見圖 3。
6 效果檢查
PSA裝置 1號、6號吸附塔成功上線運行后, 檢查沖洗步序程控閥(PV80113)的開度情況,其 開度由上線時的 94%逐漸降低至 78%,說明吸附 劑性能恢復(fù)良好。
7 結(jié)束語
在日常的操作過程中,PSA裝置吸附塔自動 離線有多種多樣的原因,如:吸附塔擴散硅壓力變送器故 障、程序運行中各個部序的壓力偏差超過程序設(shè) 定值、PLC電源故障、閥門故障等等。這就要求操 作人員根據(jù)不同的原因,提出相應(yīng)的解決對策。 同時,及時關(guān)注原料氣及產(chǎn)品氫的分析數(shù)據(jù),在上 游裝置調(diào)整操作后,PSA裝置更應(yīng)及時調(diào)整操作 參數(shù)到位,在保證產(chǎn)品質(zhì)量合格的情況下,通過分 析吸附塔壓力運行曲線,判斷程控閥的動作及開度 變化情況好壞,提前預(yù)判 PSA裝置運行狀態(tài),保證 PSA裝置穩(wěn)定運行。