浅谈深冷空分制氧纯化系统分子筛设备故障与优化

浅谈深冷空分制氧纯化系统分子筛设备故障与优化

袁野邓爱娟

呼伦贝尔驰宏矿业有限公司内蒙呼伦贝尔021000

摘要：随着社会经济的飞速发展，我国大型冶金行业、石油燃气化工行业也在朝着更加壮大更加环保的方向发展，从而带动了空分行业的发展壮大。目前低温法-深冷空分制氧工艺逐渐完善。为了能够适应节能环保型社会的发展，分子筛的性能也要不断提升，以便保证空分塔的稳定性。针对纯化系统中分子筛容易出现的问题也要给予高度的重视，并对其故障能够进行及时优化处理。本文对深冷空分系统中分子筛常见故障以及维修方法做出了探讨。

关键词：空分塔；分子筛；纯化系统；故障

空分是通过一定的方法，将空气进行深度冷冻，然后利用各气体沸点的不同，逐步分离出氧气、氮气和一些稀有气体的一整套设备。其中，深冷空分制氧设备中的重要净化、精馏设备为分子筛及空分塔。空气在空分塔中进行换热、冷化、净化、分离等步骤，其稳定性对空分质量有着重要的作用。所以，面对深冷空分塔所发生的故障，要对其进行及时维修，以保障深冷空分塔的正常运行。

一、深冷空分原理及深冷制氧气和氮气流程

1.1.深冷空分原理

深冷空分的原理是将空气作为原料，对其进行压缩、净化、热压缩等处理后把空气液化，而空气液化后的产物主要是氧气和氮气的混合物，随后再利用液氧和液氮沸点的不同，经过精馏，从而最终获得氧气和氮气的过程。

1.2.深冷空分制氧工艺流程

深冷空分制氧气和氮气工艺流程，首先就是要把空气中含有的杂质进行过滤处理，然后将处理后的空气送入空气压缩机，经过压缩机给予的压力后，再将空气送入到空气冷却器，经过冷却后再送入分子筛中，从而去除空气中的水分以及其它成分；其次将净化后的空气送入空分塔中的主换热器中，而将其余气体进行冷却处理至饱和，再送入精馏塔底部，最后在空分塔顶部得到氮气、中部得到液氧、底部得到液空。污氮气从上塔上部复热引出、氮气从上塔顶部复热引出，一部分作为分子筛吸附器的再生气体和冷却冷却塔中外界水，另一部分作为密封气和生产氮气储存。最后，液态空气在经过节流后被送入冷凝蒸发器进行蒸发处理，同时冷却被精馏塔送出来的部分氧气，经透平氧气压缩机压缩后储存供生产，达到用户单位压力和高纯度要求；另一部分则成为成品液氧被分离出空分塔，将空分塔分离出来的液氮进行存贮，当空分设备进行检修时，贮槽内的液氧经液氧泵进入汽化器内，经过水浴式汽化器加热后的氧气被送入氧气储罐供用户单位生产需用。

二、深冷分子筛常见故障分析以及维修措施

在深冷空分过程中，深冷空分塔是其中最主要的一个设备，它主要包括主换热器、液化器、精馏塔、冷凝蒸发器等。而现今在进行空气净化时，一般都采取分子筛纯化系统，一旦其发生故障，将会影响空分塔的稳定性，所以，我们要对深冷空分制氧纯化系统中分子筛设备故障进行分析，以便遇到故障时能够及时维修。

2.1.分子筛切换阀常见故障

深冷空分制氧工艺中纯化系统气动阀门众多，在制氧过程中对气动阀门的切换频繁，对气动阀阀头、电磁阀控制、气源压力等要求精度高，故容易出现故障。

2.1.1分子筛切换阀开关度不到位

当分子筛切换阀开关度不到位时，控制系统会发出警报，分子筛程序将会自动暂停，这是因为由于开关度不到位，DCS中控制画面中收不到阀门回馈信号引起的。这种情况下，操作人员要及时查找故障原因对故障进行维修。第一、先确认气源的压力是否充足，如果是气源压力的问题要及时进行调节；第二、再检查气动阀的压差是否正常，如果不正常要及时调整正常；第三、如果发生跑气现象，就看电磁阀是否发生故障，如果发生故障，要对电磁阀进行更换，可以在不停机的情况下对电磁阀进行更换，但要控制好时机。如果不是电磁阀问题，就要检查活塞，看是否是活塞窜气，如果是，可以对气缸密封圈进行更换，有条件的还可以换掉整个气缸。更换时要保证阀门阀板已经进行了固定，防止意外的发生；第四、在电磁阀和活塞都不跑气的情况下，需要检查行程开关，看是否需要进行调整；第五、最后检查切换阀轴与轴套之间是否卡滞以及是否由于温度过低而影响了切换阀开关度不到位。

2.1.2分子筛切换阀泄露

纯化系统分子筛工作过程中，分子筛冷吹温度比正常温度明显偏低，而分子筛控制系统没有发出警报，这种情况下，有可能是分子筛切换阀泄露。在确定是否是切换阀泄露时，可以通过压力曲线图进行分析，通过参数变化判断是否是切换阀泄露。如果是分子筛切换阀泄露，可以对分子筛切换阀进行在线调整或是停车更换切换阀。

2.2分子筛进水故障

纯化系统分子筛进水后，分子筛内惰性瓷球及X13等填料失去吸附功能，严重的还会引起联锁反应，导致联锁停车，给企业带来巨大的损失。

分子筛大量进水后，首先要关闭空气进入空分塔的总阀门，对水分子进行单体再生，即在两个分子筛之间进行切换吸附和再生，将没有进水的分子筛中空气对进水分子筛进行再生，两个分子筛系统都带水后，接着进行循环往复的再生过程，最后减少含水量，让两个分子筛都具有吸附能力，需要特别注意，在分子筛再生过程中，需要高温回炉，确保加热器达到加温吹除温度峰值。

2.3分子筛粉化

深冷空分塔工作时，分子筛粉化也是经常会遇到的现象之一。面对分子筛粉化现象，我们要分析其粉化原因，找出应对措施。

2.3.1透平空气压缩机进排气压力过高

在深冷制氧工艺控制过程中，透平空气压缩机的排气压力过高，导致气流进入分子筛进行吸附时压力过大，分子筛受到过大的冲击后容易将吸附剂击碎为粉末，同时，进气的压力超过分子筛的承受上限，从而引起分子筛碳颗粒之间的摩擦力加大，造成分子筛粉化。

这种情况下，要降低透平空气压缩机的排气压力，从而降低分子筛内填料所受到的冲击力。空气按顺序通过活性氧化铝层等床层后进入空分塔，这样，不仅能够分散进入气流，减少分子筛的冲击力，还可以对空气进行净化。

2.3.2进入空分塔的空气含有大量水分

空气在进入空分塔前都要经过吸附，但是有时候空气分离不彻底，带有大量水分，造成吸附剂吸水过多而抗压能力下降，这种情况下，当受到气流冲击后，吸附剂之间的相互碰撞会造成分子筛粉化。

在遇到这种情况时，首先要加大填料惰性瓷球的储罐容量，然后还要使分子筛长久的保持活性，可以在进行压缩空气处理时增加微热再生，保证进入空分塔的空气含水量低于规定值、露点达到工艺要求规范值，以此来保证吸附剂的正常工作，防止分子筛粉化。

三、总结

深冷空分制氧工艺中空分塔和分子筛是制备氧气、氮气以及其它稀有气体的主要设备之一，如果在生产过程中发生故障，尤其是纯化系统中分子筛故障，将会影响整个空分塔的稳定性，最后影响空分的质量，所以，我们要对其生产过程高度关注，对出现的故障及时进行维修处理，保障深冷空分空分塔的稳定性。

参考文献：

[1]郭东升.分子筛纯化系统蒸汽加热器泄漏故障处理[J].深冷技术，2016，04：60-62.

[2]谭瑞琪.分子筛故障分析及处理措施[J].化工管理，2016，31：194.