44.分子筛纯化系统一些故障的处理

文章编号: 100929425(2003)0220045204 收稿日期: 2002201218 作者简介:杨杰 (1976 ) , 男, 1994年毕业于武钢一技校,同年在武钢氧气公司工作。1999年在西安交大深冷专业学 习, 2002年在武钢集团公司举办的第九届技术大比武中,荣获制氧专业“技术状元”称号。现为武钢氧气公司技术员。 分子筛纯化系统一些故障的处理 杨 杰,张才礼 (武钢氧气有限责任公司,武汉市青山区厂前 430083) 摘要:介绍武钢氧气有限责任公司的两台30000m 3 h制氧机自1993年投产以来,所发生的关 于分子筛纯化系统的各类故障,详细阐明了如何在空分设备不停机的情况下对各类故障进行相关 处理。 关键词:制氧机;分子筛纯化系统;故障;不停机处理 中图分类号: TQ028115 文献标识码: B H andling some troubles associated with the purification systems using molecular sieve Yang Jie , Zhang Cai - li (Oxygen Producing Co. ,Ltd.of Wuhan Iron and Steel Group,Inc. ,Chang Qian,Qingshan Dis2 trict,Wuhan City430083 ,Hubei Province) Abstract : Various troubles associated with the purification systems used for two sets of 30000?/ h oxygen plants operat2 ing in Wuhan Steel Oxygen Producing Co. since 1993 are described.The solutions for handling the troubles when the air separation plant still in operation are expounded. Keywords : Oxygen plant ; Molecular sieve purification system; Trouble ; Handling troubles when a plant still in opera2 tion 目前我国气体生产厂家已经越来越多地倾向于 使用带分子筛净化流程的空分设备,用以吸附空气 中的水分、二氧化碳及部分碳氢化合物,而且绝大 部分采用的是变温吸附(TSA)工艺。相对于传统 的切换式净化流程,分子筛净化流程具有产气量 高、能耗低、运转周期长、设备安全性高、操作简 单、自动化程度高等优点。 武钢氧气有限责任公司1993年相继投产的两 台“三万”制氧机采用的是分子筛净化流程。多年 来,在安全、高效、保产方面发挥了较大的作用。 但在实际生产过程中,也时有故障发生,如分子筛 泄漏、切换阀(电动控制阀)不动作或动作不到 位、程序紊乱等故障。上述故障在制氧机停机的情 况下都能得到有效的处理。但本文讨论的是如何在 制氧机不停机的情况下使上述故障也能得到圆满解 决,使之不影响各钢铁厂家的连续作业和减少能源 的浪费。 几年来,我公司针对以上故障,结合分子筛净 化流程的特点,反复进行分析、实验、认证,总结 出一套不停机就可以处理分子筛纯化系统故障的操 作方法。即根据分子筛故障发生的部位和特点,充 分利用分子筛纯化程序各步骤的时间因素进行不停 机处理。 1 分子筛纯化系统简介 我公司两台“三万”制氧机的分子筛纯化系统 由两个互相切换的分子筛吸附器,一台蒸汽加热 54 故障处理 深冷技术 2003年第2期 Cryogenic Technology 2 2003 器,一台电加热器组成(工艺流程图见图 1) 。其 分子筛吸附器为卧式双层床吸附器,吸附器长 1318m ,直径达412m ,两头呈半圆形。内装27吨 吸附剂:下层床铺设7吨活性氧化铝(粒径4mm) , 床层高度为200mm ,主要用来吸附空气中的水分; 上层 床 铺20吨13X分 子 筛(粒 径117mm 215mm) ,床层高度为650mm ,主要用来吸附空气 中的二氧化碳和部分碳氢化合物。两层吸附剂之间 用20目的不锈钢筛网加以隔离。同时其吸附器顶 部、底部也都设有不锈钢筛网。 图1 分子筛纯化系统工艺流程图 分子筛纯化系统由程序控制器KC2601控制。 其吸附器由A # 和B # 两个容器组成,交替工作。控 制器KC2601通过九个步骤来实现对分子筛纯化系 统的控制。每一步骤都设有为完成该步骤所需的等 待时间(WT)及最长等待时间(MT)。这九个步 骤分别为第一步准备卸压;第二步卸压;第三步准 备加热;第四步加热;第五步冷吹;第六步准备均 压;第七步均压;第八步准备切换;第九步切换。 这九个步骤又可视运行工况的正常与否,按操作人 员的要求在自动控制与手动控制之间互相转换。 分子筛程序控制器KC2601设有两种控制模块 来实现对这九个步骤的管理。分别为时间控制模块 (TIMER MODE)与 计 量 控 制 模 块( COUNTER MODE)。时间控制模块与计量控制模块的区别在 于时间控制模块对所有步骤均采用时间控制,同时 可对加热、冷吹步骤的最长等待时间进行修改,使 之满足生产需要;而计量控制模块则对加热、冷吹 步骤采取量的控制(其余步骤仍采用时间控制)。 如对加热步骤而言,当再生气计数器FQS2610累计 达到20500m 3 时,程序步进到第五步冷吹状态;对 冷吹步骤而言,当加工空气量通过正在使用的吸附 器,其加工空气计数器FQS2615累计达到257000m 3 时,程序步进到第六步准备均压状态。 不难发现,当程序选择在时间控制模块时,则 可对加热、冷吹步骤的时间进行修改,以改变正在 使用的吸附器的工作时间;而选择在计量控制模块 时,则可通过对空压机每小时压缩的空气量进行增 减,以改变正在使用的吸附器的工作时间。正是程 序控制器在设计中的这两个巧妙之处,为处理分子 筛纯化系统的各类故障提供了灵活变通的余地。 分子筛纯化系统的另一重要部件是切换阀。我 公司使用的相关阀门是由德国进口的电动控制阀。 其控制方式有两种:远程控制(REMOTE CON2 TROL)与就地控制 (LOCAL CONTROL)。其中就地 控制又分为电动开关与机械手摇式来实现对阀门的 操作过程。在就地控制模式下可令阀门处于开、关 行程之间的任一位置,而在远程控制模式下,阀门 受计算机控制只有全开与全关两种状态。 在此需要说明的是,经生产部门的多次认证, 每个吸附器在加工空气量达到151000m 3/ h 时,进 吸附器温度为12左右时,最长工作时间可达2 小时40分钟左右(若每小时加工空气量减少,则 实际最长工作时间还可延长)。而我公司使用的吸 附器是每2个小时切换一次,也就是说,当分子筛 纯化系统有故障出现时,我公司最少有40分钟的 时间处理故障。这是“一个重要前提”,正是在这 个重要前提下,才使我公司在制氧机不停机的情况 下处理各类分子筛纯化系统的故障有了可能。 2 分子筛泄漏的处理 1997年5月9日前夕,在一台“三万”制氧机 B # 分子筛吸附器规定的工作时间以内,出现加工 空气中二氧化碳含量超标现象。当时我公司生产人 员即判断B # 吸附器有可能泄漏(事后证明,当初 判断是正确的)。为了不影响各钢厂的正常生产, 我公司决定在制氧机不停机的情况下,充分利用 “一个重要前提”,对B # 吸附器进行补漏处理。 1997年5月9日上午9 : 50 ,我公司对B # 吸咐 器进行不停机处理。首先在A # 吸咐器进入使用状 态 时,将 加 工 空 气 量 由151000m 3/ h 减 少 到 115000m 3/ h , 程序控制器KC2601选择在计量控制 模块之下,这样A # 吸附器的工作时间可延长30分 钟左右,再加上纯化系统本身有40分钟的富余量, 则共有70分钟左右的时间处理故障。这也是使用 64 故障处理杨 杰,张才礼:分子筛纯化系统一些故障的处理 Cryogenic Technology2 2003 深冷技术 2003年第2期 计量控制模块的优势。B # 吸附器当时处于“卸压” 状态,将程序控制器KC2601打手动控制,以防止 程序在条件具备的情况下自动步进。然后将B # 吸 附器所有相关阀门转为就地控制,确认2646阀、 2648阀、2650阀全开; 2622阀、2628阀、2642阀 全关。955B # 吸附器泄压完毕,打开人孔分析, 其内含氧16 %。为提高容器内的含氧量,保证人 员的安全,将均压阀2625手动开至15 % ,含氧量 上升至20 %。1002生产操作人员进入容器内部, 发现有部分13X分子筛泄漏到吸附剂筛网以下的 容器底部,同时发现筛网有三处较大的破裂,最大 的破裂面积有300mm10mm。因在剩下的时间里 不能完成筛网的修补工作,就临时在破裂筛网上铺 了一张3m长、115m宽的不锈钢筛网。1050由于 即将达到A # 吸附器所能给予的最长处理时间,全 部了人员迅速退出B # 吸附器,关闭人孔,现场将 所有阀门恢复到“卸压”步骤时的阀门位置,程序 控制器KC2601转为自动控制,对B # 吸附器进行再 生工作。1239A # 吸附器进入再生状态,将加热时 间延长10分钟,为下一阶段的处理工作打下稳定 基础。 1507B # 吸附器进入新一轮的再生程序,生产 操作人员重复进行上一次的准备工作后再次进入容 器内部,开始对筛网进行修补。用不锈钢丝对裂逢 进行了缝合,同时将容器底部泄漏的分子筛清理出 去,用新的13X分子筛重新填入并堆至正常高度, 并用床层耙平机构对分子筛进行耙平, 1600关闭 人孔。至此不停机处理B # 吸附器分子筛泄漏故障 的工作顺利结束。 3 分子筛纯化系统阀门故障的处理 我们知道,切换阀是分子筛纯化系统的重要部 件,其阀门各部件(如阀体、控制部分、机械传动 部分)性能的好坏,将直接对空分生产的经济运行 与稳定运行产生不可忽视的影响。由前所述,我 公司使用的切换阀是由德国进口的电动控制阀,其 性能比较可靠。但由于吸附器每两小时切换一次, 阀门频繁切换,所以易出现故障(特别是在近两年 内阀门出现故障的频率有所提高)。最常见的故障 为阀门全开与全关不到位或根本不动作(在远程控 制模式下)。在处理这类故障的过程中需对阀门的 “极限开关”进行调整,或者是对控制部分、机械 传动部分进行更换(如电机、控制头等)。那么在 哪一个步骤下对故障阀门进行处理最合理、最符合 工艺流程特点,就是我们要考虑的问题。现将分子 筛纯化系统的每一个阀门在相应步骤下的动作清单 列于表1 ,以便分析。 表1 分子筛纯化系统阀门动作清单 A#分子筛吸附器处于再生状态时B#分子筛吸附器处于再生状态时 步骤 代号 全开阀门全关阀门 步骤 代号 全开阀门全关阀门 A21无2621 2625 2627B21无2622 2628 2625 A222645无B222646无 A232647 2649无B232648 2650无 A242632 26412634 HCV2610B242632 26422634 HCV2610 A2526342632B2526342632 A26HCV2610 2641 2645 2647 2649 B26HCV2610 2642 2646 2648 2650 A272625无B272625无 A282627无B282628无 A292621无B292622无 1998年10月20日深夜,分子筛纯化系统的加 热阀2632全关不到位,必须操作人员在现场就地 控制模式下才能使阀关到位。很显然,对这类问题 若不采取措施进行处理,势必造成操作人员在每一 次加热结束后都必须在现场手动操作,以使程序顺 利进行。这无疑将加重操作人员的工作量。若发现 问题不及时,造成分子筛程序不步进,则可能出现 二氧化碳超标现象,对制氧机的稳定运行造成影 响。但是在哪一步骤对这一阀门的极限开关进行调 整才是最合理的呢?带着这一问题,我们根据 2632阀的作用进行周密的思考,认为在第七步即 均压步骤对2632阀进行调整是最为可行的。因为 根据第七步各阀门的状态可知,当时处于再生状态 的吸附器的进出口阀门均已关闭,同时再生气量由 HCV2610阀放至大气中,对阀的调整将不会对分子 筛吸阶器产生影响。在这种思路下,我们协助计算 机控制人员(以下简称计控人员)对2632阀在第 七步进行了极限开关的调整,整个过程只用了约 15分钟,即排除了故障,保证了制氧机的正常 运行。 当然需要补充的是,对2632阀的调整也可在 冷吹步骤下进行,但在这个步骤下进行必须切断蒸 汽加热器的蒸汽气源,否则会影响冷吹效果,不如 在第七步调节来得方便。很显然,对于阀门易出现 的“完全不动作”的故障,也可采用相同的方法进 74 杨 杰,张才礼:分子筛纯化系统一些故障的处理故障处理 深冷技术 2003年第2期 Cryogenic Technology 2 2003 行处理,只不过判断并更换损坏部件的时间较长而 已,有时需多次分阶段进行,在此不再赘述。 通过这次故障,我们认识到分子筛纯化系统的 其它阀门也有可能出现类似问题。在“防患于未 然,确保制氧机稳定正常运行”的思路指导下,我 公司生产操作人员对哪一个阀门出现类似故障、在 哪一个步骤下进行处理而不影响设备的正常运行进 行了充分的预想、认证工作,现列表2 ,供各位同 行参考。 需要注意的是,在处理类似阀门故障的时候, 除了选择在一个最佳步骤下进行处理,还必须将程 序控制器KC2601由自动控制转为手动控制,防止 因处理阀门故障的时间过长,程序控制器KC2601 在条件具备时步进到下一步骤,对空分生产造成不 必要的影响。同时还必须将处理时间控制在一个吸 附器所允许的最长工作时间以内(以我公司为例, 当加工空气量达151000m 3/ h , 处理故障的允许时 间为40分钟)。 表2 阀门处理清单 阀门名称处理效果最佳的步骤 2632 2633 2634在A - 7或B - 7均压步骤下处理 2645 2647 2649 在A - 2泄压步骤末期或A - 3准备加热步骤 下处理 2646 2648 2650 在B - 2泄压步骤末期或B - 3准备加热步骤 下处理 2621 2627在A - 9切换步骤下处理 2622 2628在B - 9切换步骤下处理 HCV2610在A - 5或B - 5冷吹步骤末期处理 2641A - 3准备加热步骤下处理 2642B - 3准备加热步骤下处理 2625 在A - 7或B - 7均压步骤末期处理;在A - 8 或B - 8准备切换、A - 9或B - 9切换步骤下 也可处理 6 分子筛纯化系统程序紊乱的处理 所谓“程序紊乱”即为分子筛纯化系统不按规 定步骤顺序进行,而发生“跳步进”的现象。1998 年7月16日,当时我公司由于大面积停电造成两 台“三万”制氧机全停。在恢复供电后,又适逢 UPS电源发生故障,在按正常启动程序恢复制氧机 生产时,又发现分子筛纯化系统程序丢失。当计控 人员利用备份程序对其进行恢复后,程序控制器 KC2601显示分子筛纯化系统正工作在“A - 6”步, 而这台制氧机停车前正工作在“A - 4”步加热还 没有结束。很显然,在这一过程中“A - 4” 、 “A - 5”两步没有得到执行。由于发现及时,迅速采取 措施将相关阀门恢复到“A - 4”步:即全开2645 阀、2647阀、2649阀、2641阀,同时将加热阀 2632全开,冷吹阀2634、旁通阀HCV2610全关。 以上操作全在现场就地完成,同时将程序控制器 KC2610打手动控制。当加热、冷吹结束后,再将 相关阀门恢复到“A - 6”步时的状态,同时将程 序控制器KC2610打自动控制。 由此我们不难看到,这虽说是一次“突发故 障”,但对这类故障的处理,一定要