譚瑞琪(中國石油大港油田天然氣公司, 天津 300280)

分子篩故障分析及處理措施

譚瑞琪(中國石油大港油田天然氣公司, 天津 300280)

“分子篩”指的是一種具有均勻的、與一般分子的孔徑大小相當(dāng)?shù)奈⒖椎奈镔|(zhì)。目前，分子篩主要用于充當(dāng)高效干燥劑、催化劑、選擇性吸附劑、以及離子交換劑等。雖然分子篩的應(yīng)用范圍十分廣泛，但是其的合成成本卻較高。并且在分子篩日常運(yùn)行及檢修中時(shí)常會(huì)發(fā)現(xiàn)一些故障，如分子篩粉化、分子篩結(jié)塊、干燥系統(tǒng)露點(diǎn)突然升高等，從而導(dǎo)致其吸附效率大大降低。本文主要針對(duì)4A分子篩故障進(jìn)行了分析，并結(jié)合實(shí)際提出了幾條處理措施。

分子篩；故障分析；處理措施

分子篩是一種人工合成的硅酸鹽，其特點(diǎn)是具有微型立方晶，作用是根據(jù)這些微型立方晶內(nèi)部孔穴的大小而篩選不同的分子，對(duì)于需要的分子吸附，對(duì)于不需要的則排斥，因此而得名。另外，分子篩還能夠選擇分子的優(yōu)先吸附次序，對(duì)于極性大、不飽和度高的分子具有更強(qiáng)的選擇吸附性。分子篩常出現(xiàn)的故障主要有分子篩粉化、分子篩結(jié)塊、干燥系統(tǒng)露點(diǎn)突然升高等，尤其是分子篩粉化會(huì)破壞其晶格結(jié)構(gòu)，從而不但降低吸附效率，更影響下游儀表等設(shè)備的正常運(yùn)行。以下筆者就以4A分子篩為例，談?wù)劮肿雍Y的常見故障及處理措施。

1 分子篩簡(jiǎn)介

“分子篩”的概念是由1932年提出的，它是一種人工合成的用于篩選不同物質(zhì)分子的工具，本質(zhì)是一種具有微型立方晶格的硅酸鹽。通過分子篩，可以將直徑小于其晶體孔穴直徑的物質(zhì)吸附進(jìn)來，而將直徑大于其晶體孔穴直徑的物質(zhì)排斥出去。本文所舉例的4A分子篩是分子篩中的一類，它屬于立方晶系，與氯化鈉的晶格結(jié)構(gòu)十分相似，空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由硅氧四面體及鋁氧四面體單元交錯(cuò)排列而成，有效孔徑為0.4納米，因此能夠吸附一些臨界直徑≤4納米的物質(zhì)分子，如水分子、氨分子、硫化氫分子、二氧化碳分子、二氧化硫分子、乙醇分子、乙烷分子、乙烯分子等。

2 分子篩工作流程概述

以分子篩在天然氣站場(chǎng)中的應(yīng)用為例：第一步先將低壓油田伴生氣經(jīng)過入口分離器，將游離水分離脫出；第二步進(jìn)入壓縮機(jī)，采用三級(jí)或四級(jí)增壓，直至壓力達(dá)到約3.0MPa，經(jīng)水冷器進(jìn)行換熱；第三步經(jīng)壓縮機(jī)出口除油器等進(jìn)行進(jìn)一步分離，將其中攜帶的雜質(zhì)如固體顆粒、凝液及游離水等去除；最后一步進(jìn)入到分子篩裝置中進(jìn)行脫水。

3 分子篩常見故障分析

(1)存在故障 在分子篩日常運(yùn)行及檢修中，時(shí)常會(huì)發(fā)現(xiàn)床層壓降增大、干燥系統(tǒng)露點(diǎn)突然升高、冷箱凍堵等現(xiàn)象，雖然加注甲醇等抑制劑并提高再生溫度后問題會(huì)得到一定的改善，但總體問題依然顯著。粉塵過濾器的濾芯常發(fā)生堵塞，久而久之引起破裂，從而堵塞再生氣分離器的排污管線。另外分子篩粉化、分子篩結(jié)塊等現(xiàn)象也十分嚴(yán)重，造成了分子篩的吸附效率大大降低。

(2)分析步驟 分子篩故障的分析步驟如下：①根據(jù)干燥塔的尺寸、原料氣流量、水含量以及干燥劑床層的裝填量和有效濕容量等計(jì)算達(dá)到轉(zhuǎn)效點(diǎn)時(shí)間與脫水周期，比較二者時(shí)間的長(zhǎng)短；②檢查干燥塔的近期運(yùn)行參數(shù)，查探再生氣流量和壓力是否出現(xiàn)過波動(dòng)大的現(xiàn)象；③檢查切換閥有無存在內(nèi)漏、竄氣等現(xiàn)象；④檢查各儀表的工作是否正常；⑤檢查有無存在因篩網(wǎng)破裂而引起的泄漏情況；⑥檢查有無粉化或結(jié)塊現(xiàn)象；⑦檢查有否存在因雜質(zhì)氣體中毒現(xiàn)象。

(4)故障原因 分子篩故障，尤其是分子篩粉化的原因主要如下：①分子篩本身質(zhì)量問題，如抗壓強(qiáng)度＜20N、磨損率＞0.5等，從而導(dǎo)致種種故障的發(fā)生；②濕氣未充分分離即進(jìn)入干燥塔，含有大量液態(tài)水；③再生切換之時(shí)降壓速度過快；④分子篩與鋼制容器的膨脹系數(shù)不同；⑤重組分被吸附在分子篩表面，致使微孔堵塞；⑥干燥塔頂/底部的分布器發(fā)生損壞或出現(xiàn)堵塞；⑦由于設(shè)計(jì)變化原因造成氣流波動(dòng)過大，致使進(jìn)入到分子篩中的氣體組分較重，分子篩優(yōu)先吸附這些重組分，經(jīng)加熱后發(fā)生碳化結(jié)塊。

4 分子篩故障的處理措施

常用的分子篩故障處理措施主要有以下幾項(xiàng)：①選用質(zhì)量合格的優(yōu)質(zhì)分子篩；②若干燥系統(tǒng)露點(diǎn)突然升高，可在保障儀表及設(shè)備正常的基礎(chǔ)上適當(dāng)延長(zhǎng)再生時(shí)間以增加再生氣量；③實(shí)時(shí)修正分子篩的溫度、壓力、流速等參數(shù)，確保其符合設(shè)計(jì)情況；④先采用高效除油器或高效聚結(jié)器等徹底分離出液態(tài)水和重?zé)N再進(jìn)入干燥塔，以減少對(duì)分子篩的污染；⑤保持干燥塔的操作壓力平穩(wěn)；⑥采用分子篩專用閥一三桿閥作為切換閥，以免床層受到高壓差氣流的沖擊及出現(xiàn)進(jìn)氣帶水情況；⑦采用干氣進(jìn)行冷吹，以減少水分對(duì)分子篩的損耗及重?zé)N污染；⑧為了彌補(bǔ)運(yùn)行損耗和震動(dòng)，可將吸附塔的篩板形式改為輔助罐形式或彈簧自補(bǔ)償壓緊形式等；⑨保護(hù)層采用活性氧化鋁，從而首先將液態(tài)水和液烴等吸附；⑩定期采用高溫水蒸氣對(duì)干燥塔進(jìn)行再生，以脫除吸附在表面的重組分。

5 結(jié)語

綜上所述，分子篩是一種常用的脫水物質(zhì)，在很多領(lǐng)域中都有著非常重要的應(yīng)用。雖然分子篩的運(yùn)行十分高效，但卻也有著十分脆弱的一面，經(jīng)常會(huì)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)種種故障，從而極大地影響到運(yùn)行效率。因此在分子篩的實(shí)際使用過程中，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照相關(guān)要求進(jìn)行操作，密切關(guān)注各項(xiàng)參數(shù)變化，隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)解決，以確保運(yùn)行的平穩(wěn)。

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譚瑞琪(1989- )，女， 天津人，助理工程師，本科，主要從事天然氣凈化處理工作。