張 成， 楊俊玲

(山西潞安煤基合成油公司，山西 長(zhǎng)治 046100)

引 言

對(duì)于現(xiàn)代化大型空分裝置而言，其分子篩吸附器肩負(fù)著入冷箱工藝空氣的最終凈化重任[1]。山西潞安煤基合成油公司A套空分裝置1#、2#分子篩于2014年7月更換為UOP 13X-APG型號(hào)分子篩，期間運(yùn)行均正常，吸附末期CO2在線均能維持在0.6×10-6以下，2019年6月24日，A套空分裝置1#罐吸附、2#罐冷吹期間，由于09閥電磁換向閥先導(dǎo)閥持續(xù)漏氣，導(dǎo)致閥門(mén)開(kāi)氣路一直供氣，A套分子篩09閥閥門(mén)由關(guān)位變?yōu)殚_(kāi)位，使得空冷塔后的0.45 MPa的13.5萬(wàn)m3/h的空氣不經(jīng)過(guò)1#分子篩吸附，而是走短路直接去消音器放空，A套空壓機(jī)出口壓力急劇下降，A套空分冷箱迅速封閉并退至汽輪機(jī)空轉(zhuǎn)。隨即更換新電磁閥，更換后切斷閥HV-09調(diào)試動(dòng)作正常，A套空分進(jìn)入開(kāi)車恢復(fù)階段。

1 空氣純化系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要由2臺(tái)吸附器、1臺(tái)蒸汽加熱器組成。分子篩吸附器為臥式雙層床結(jié)構(gòu)，下層為活性氧化鋁，上層為分子篩，2臺(tái)吸附器切換工作。由空冷塔來(lái)的空氣，經(jīng)吸附器除去其中的水分、CO2及其他一些CnHm后，除一部分作儀表氣以外，其余又分為3路：一路去增壓機(jī)110AC2，一路去冷箱經(jīng)主換熱器冷卻后再去下塔,第三路去透平膨脹增壓機(jī)。

當(dāng)一臺(tái)吸附器吸附時(shí)，另一臺(tái)吸附器則進(jìn)行再生。由分餾塔來(lái)的污氮?dú)?，?jīng)蒸汽加熱器加熱至180 ℃后，入吸附器加熱再生，脫附掉其中的水分及CO2,后經(jīng)放空消聲器排入大氣。經(jīng)由吸附器純化后的空氣水含量在-65 ℃露點(diǎn)以下，w(CO2)≤1×10-6，溫度為14 ℃。具體流程如圖1。

圖1 空氣純化系統(tǒng)

2 分子篩出現(xiàn)CO2穿透現(xiàn)象

6月24日，分子篩恢復(fù)投用后空分A套2#分子篩均在吸附2 h后，分子篩后二氧化碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)開(kāi)始上漲，最高漲至10×10-6，切至1#罐運(yùn)行4 h，吸附末期分子篩后二氧化碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高0.6×10-6，指標(biāo)正常，遂開(kāi)始排查分子篩后CO2在線含量超標(biāo)的原因。具體排查過(guò)程如下：

1) 首先，通入標(biāo)氣對(duì)分析表進(jìn)行校正，校正前顯示數(shù)值9.68×10-6，校正完畢投用后顯示數(shù)值9.82×10-6，偏差不大，排除儀表故障導(dǎo)致的CO2在線含量超標(biāo)。

2) 對(duì)空氣過(guò)濾器進(jìn)口大氣中雜質(zhì)含量進(jìn)行檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)進(jìn)口氣源中二氧化碳或其他雜質(zhì)含量異常偏高情況，超標(biāo)前、后進(jìn)入分子篩吸附器的空氣溫度及空氣流量均無(wú)上漲趨勢(shì)，具體數(shù)據(jù)如第46頁(yè)表1。

3) 運(yùn)行過(guò)程中2#分子篩工作時(shí)吸附末期出口二氧化碳含量超標(biāo)，1#分子篩吸附器工作良好，檢查2#分子篩吸附前再生加熱時(shí)間、再生氣氣量、冷吹時(shí)間、冷吹峰值均正常，說(shuō)明再生比較徹底，再生效果可以達(dá)到工藝要求。1#、2#分子篩均為2014年7月更換，使用5年時(shí)間，雖然快到使用壽命，但根據(jù)1#分子篩運(yùn)行情況可判斷是2#分子篩吸附劑存在問(wèn)題。分析在09閥異常開(kāi)啟后，2#分子篩處于冷吹再生的低壓時(shí)段，大量空氣經(jīng)10閥進(jìn)入2#分子篩。從趨勢(shì)檢查發(fā)現(xiàn)，2#分子篩罐體出口壓力由10 kPa漲至200 kPa以上，經(jīng)過(guò)空冷塔的大量空氣突然泄壓，夾帶大量水進(jìn)入2#分子篩。1#分子篩由于處于吸附狀態(tài)，空氣出口閥開(kāi)位，后系統(tǒng)保持壓力，未對(duì)1#分子篩帶水，而處于再生階段的2#分子篩進(jìn)水相對(duì)嚴(yán)重。氧化鋁不能完全吸附這些水分，就給分子篩增加了負(fù)荷，吸收了水分的分子篩，自由水與分子篩形成了水結(jié)晶，不能通過(guò)普通的再生方法再生出來(lái)，吸附二氧化碳的能力就大大降低。

表1 進(jìn)入分子篩吸附器各參數(shù)

3 采取的處理措施

1) 經(jīng)過(guò)空冷塔的0.45 MPa、13.5萬(wàn)m3/h空氣突然去消音器放空，由于放空消音器設(shè)計(jì)量?jī)H為5萬(wàn)m3/h，導(dǎo)致剩余的空氣反串至微正壓的2#分子篩，可能使得2#分子篩床層不平整。6月27日，2#分子篩卸壓階段，打開(kāi)2#分子篩3個(gè)人孔發(fā)現(xiàn)里面床層比較平整，但分子篩吸附劑顏色較新分子篩顏色發(fā)黑，判斷因分子篩吸附性能發(fā)生變化導(dǎo)致CO2吸附能力變差，于是，對(duì)該分子篩補(bǔ)充2 t UOP 13X-APG分子篩，切換后，分子篩運(yùn)行趨輕微好轉(zhuǎn)，但吸附容量有限，運(yùn)行過(guò)程中2#分子篩工作時(shí)吸附末期出口二氧化碳含量仍超標(biāo)。

2) 通過(guò)增加B套減少A套空分裝置氧負(fù)荷，減少空氣處理量由13.5萬(wàn)m3/h降至11萬(wàn)m3/h，提高再生溫度，加大再生氣流量至34 000 m3/h～35 000 m3/h，延長(zhǎng)分子篩加熱時(shí)間最長(zhǎng)至90 min，延長(zhǎng)冷吹時(shí)間30 min，在1#分子篩再生合格的前提下，盡量縮短2#分子篩的吸附時(shí)間，但運(yùn)行過(guò)程中2#分子篩工作時(shí)出口二氧化碳含量仍超標(biāo)。為提高A套2#分子篩的吸附能力，對(duì)2#分子篩實(shí)行加熱延長(zhǎng)的方法，但是也加重了1#分子篩的吸附任務(wù)，從最初2#分子篩加熱延長(zhǎng)90 min到現(xiàn)在的60 min，CO2在線分析從穩(wěn)定不變到現(xiàn)在的也需要延長(zhǎng)加熱時(shí)間，說(shuō)明1#分子篩的吸附能力也在下降。

3) 經(jīng)過(guò)與廠家溝通，制定專項(xiàng)在線更換技術(shù)措施，計(jì)劃在線更換河南洛陽(yáng)建龍JLPM3高效分子篩29 t。7月26日，經(jīng)公司批準(zhǔn)，辦理在線更換方案，選擇A套2#分子篩泄壓步驟，暫停運(yùn)行程序，中控專人看護(hù)程序，作業(yè)期間為防止閥門(mén)誤動(dòng)作，導(dǎo)致污氮?dú)饣虼罅靠諝膺M(jìn)入A套2#分子篩罐內(nèi)，A套污氮?dú)膺M(jìn)蒸汽加熱器閥門(mén)FCV11201B閥門(mén)、進(jìn)蒸汽加熱器旁路閥門(mén)FCV11201A為氣開(kāi)閥門(mén)，作業(yè)時(shí)安排儀表人員關(guān)閉再生氣A/B閥門(mén)儀表氣源；A套2#分子篩空氣進(jìn)出口閥門(mén)02、08閥門(mén)，儀表專人監(jiān)護(hù)，現(xiàn)場(chǎng)用扳手卡住閥門(mén)通軸，以防閥門(mén)誤動(dòng)作。利用4臺(tái)真空卸料機(jī)及4臺(tái)普通卸料機(jī)對(duì)A套2#分子篩罐內(nèi)分子篩進(jìn)行抽取，放置到現(xiàn)場(chǎng)提前準(zhǔn)備好的噸包內(nèi)，并及時(shí)搬運(yùn)抽取出的廢舊分子篩，避免影響現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度；現(xiàn)場(chǎng)將噸包內(nèi)的新分子篩填料吊至分子篩人孔處，人孔處作業(yè)人員裝填新分子篩填料；質(zhì)檢人員對(duì)分子篩罐體內(nèi)進(jìn)行受限分析，分析合格后，作業(yè)人員進(jìn)入分子篩罐體內(nèi)，將填料鋪設(shè)均勻、平整，裝填完畢后檢修人員封閉人孔；中控人員解除A套2#分子篩暫停程序，在儀表人員確認(rèn)的前提下，對(duì)A套2#分子篩程序進(jìn)行跳步至并列切換，使A套2#分子篩直接進(jìn)入吸附程序，工藝人員加強(qiáng)吸附時(shí)CO2在線監(jiān)控。經(jīng)過(guò)5 h作業(yè)，2#吸附器分子篩全部更換完畢。經(jīng)過(guò)一周測(cè)試，分子篩吸附末期二氧化碳分析保持在0.10×10-6～0.27×10-6，運(yùn)行正常，說(shuō)明分子篩在線更換相當(dāng)成功，為以后分子篩在線更換積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

4 后期處理

1) 自6月24日分子篩閥門(mén)異常，到7月26日分子篩更換，A套氧氣負(fù)荷從20 000 m3/h正常工況，惡化至A套氧負(fù)荷15 000 m3/h；由于長(zhǎng)期A套純化后二氧化碳分析偏高，導(dǎo)致A套低壓板換局部?jī)龆屡芾鋰?yán)重，7月26日主換熱器低壓跑冷達(dá)10 ℃以上(正常3 ℃左右，停車前A套低壓主換溫差1.2 ℃)，低壓板式換熱器壓差由之前的12.49 kPa上漲至現(xiàn)在13.67 kPa；A套主冷積液緩慢，基本維持冷量消耗，無(wú)富余液氧產(chǎn)出。2#分子篩吸附器填料吸附能力下降很大，吸附其他碳?xì)浠衔锬芰ο陆岛芏啵箟耗芰ο陆?，部分主換的產(chǎn)品管道出口溫度開(kāi)始出現(xiàn)零下，若時(shí)間久了，惡化嚴(yán)重，有凍壞管道的危險(xiǎn)；同比分子篩事故前，A套主冷的總碳要比B套的高，為了防止出現(xiàn)主冷總碳超標(biāo)引發(fā)事故，利用LNG裝置降負(fù)荷的機(jī)會(huì)，空分A套裝置退負(fù)荷，利用A套純化后空氣對(duì)冷箱整體復(fù)熱，待冷箱內(nèi)溫度達(dá)零度以上，檢查冷箱出塔空氣露點(diǎn)連續(xù)3次合格后，A套系統(tǒng)開(kāi)車，開(kāi)車正常后低壓主換溫差1.2 ℃，低壓板式換熱器壓差12.14 kPa，恢復(fù)至2#分子篩工作時(shí)出口二氧化碳含量超標(biāo)前的正常狀態(tài)，氧負(fù)荷及液氧產(chǎn)量正常。具體數(shù)據(jù)如表2。

表2 更換前后分子篩參數(shù)比較

5 結(jié)語(yǔ)

為了預(yù)防類似事故發(fā)生，儀表車間應(yīng)仔細(xì)排查了空分界區(qū)內(nèi)電磁換向閥易損部件的運(yùn)行情況，對(duì)各部件的運(yùn)行進(jìn)行計(jì)劃?rùn)z修，對(duì)核心、關(guān)鍵的電磁閥進(jìn)行定期更換；一旦出現(xiàn)空冷塔后空氣走短路直接去消音器放空，立即將機(jī)組負(fù)荷全部切至放空，檢查分子篩浸水情況，并對(duì)分子篩進(jìn)行超級(jí)再生，吸附2個(gè)周期，分子篩吸附末期出口二氧化碳含量合格，方可繼續(xù)開(kāi)車。