高压乙炔干燥器 的工作原理.doc

再谈分子筛高压乙炔干燥器 的工作原理及使用中应注意的一些问题 丹阳市亚洲工业气体设备厂 石兴发 朱贤富 一、前言 分子筛高压乙炔干燥器，是上世纪八十年代末从瑞典公司引进的溶解乙炔成套设备中的主要装置之一。引进后，由于该装置具有其他高压乙炔干燥器所不具备的特点，如无乙炔损耗、安全性能高、处理能力强、干燥效率不随工作时间变化、操作方便可靠、自动化程度高及分子筛使用寿命长等，很快得到国内溶解乙炔行业的好评。此时，生产该干燥器吸附剂分子筛的合资企业”上海环球分子筛有限公司”也正式投产。有了符合要求的分子筛，给欲测绘仿制该装置的国内几个单位创造了条件。很快，该装置在国内溶解乙炔行业得到了推广。多年来，使用分子筛高压乙炔干燥器的单位也日益增多。 近两年来。笔者走访了全国各地的数十家溶解乙炔厂，发现许多厂家对该设备的工作原理及必要的管理措施仍了解甚少。尽管在以前的行业会议或杂志上曾经有过介绍分子筛高压乙炔干燥器的文章，但笔者认为仍有必要再次向广大同行做些介绍，以便大家能更好地了解它、使用它。 二、乙炔干燥的必要性 溶解乙炔气瓶（以下简称乙炔瓶）对炔酮比有一定范围的要求，炔酮比最高值为。控制炔酮比是为了保证乙炔瓶的安全使用性能。乙炔瓶的丙酮充装量为，乙炔最大装量为，其炔酮比为。充灌时如乙炔中带水过多。就会使乙炔瓶中丙酮的含水量上升，而丙酮的挥发性能远大于水，因而乙炔瓶在实际使用中丙酮易带出，水一般不会带出。经过多次反复充装的乙炔瓶，瓶内水分不断累积增多，在保持溶剂重量不变的情况下。会直接影响瓶内丙酮的浓度。使丙酮对乙炔的溶解度下降，充灌时炔酮比上升，最终导致乙炔瓶充气量不足或静置后瓶内压力偏高，直接影响乙炔瓶的使用和安全性能。 乙炔瓶内充填的硅酸钙填料，对水的亲和力远大于丙酮。如瓶内有水存在，会以吸附竞争形式削弱丙酮对填料的渗透性能，占领部分填料的空隙。使填料实际可使用空隙率下降，降低了填料在乙炔充灌中应有的作用。 水会对乙炔瓶的内壁起一定的腐蚀作用，影响乙炔瓶的实际使用寿命。 雷柏（）反应机理的研究表明，水的大量存在将使雷柏反应的几率增大。从而证明与活化水的参与有关。 由于硅酸钙填料对水的亲和力较强，而且相对而言水的沸点比较高（。）一旦乙炔瓶进水。如要将其除去，比除去乙炔瓶内多余的丙酮要困难得多。目前。几乎没有一家生产厂在做乙炔瓶内水的处理工作。一般，处理一个含水一的乙炔瓶，在加温、抽真空的条件下。约需花个小时。因此。在乙炔实现定点充装以后。每一乙炔生产厂都将面临进水乙炔瓶的处理问题。 因此。对乙炔气进行干燥处理，主要是为了保证安全，其次是为了减少乙炔瓶不必要的报 技术论谈篇废。 三、分子筛的干燥原理 分子筛高压乙炔干燥器中使用的分子筛是分子筛，也称分子筛，由分子筛母体分子筛（分子筛）经过与交换（交换率大于）而成。 分子筛的基本形式如下式所示： （）（）。 它由正八面体平切而成。且含有个顶角、个四元环及个六元环，总体积为埃，直径为埃。当取代成为分子筛时。由于半径大于半径，而两者价数相同（同为一价），其单元晶穴孔径由埃变为埃，所以分子筛也称分子筛。 物质分子的直径一般均在几个埃范围内，如水为埃，乙炔为埃，氧为埃等，当上述气体混合物通过分子筛时，仅有水及乙炔会被吸附，其他分子因为直径大于埃而无法进入分子筛晶穴内。因此，分子筛以埃为界把混合气体筛分，留下小于埃的气体分子，大于埃的气体分子则可以直接通过而不被吸收。这就是分子筛也被称为分子筛的原因。 分子筛由于是正八面体平切而成，故分子在晶穴内是面被吸附的，吸附能力为一般干燥剂（如硅胶）的倍左右。由于水分子直径比乙炔分子直径更接近分子筛孔径，两者被吸附的能力差倍以上，当湿乙炔通过分子筛时，水分子被留在分子筛孔穴内，此时实际上不发生与乙炔的共吸附。 型分子筛具有下列特点： 温度对吸水量的影响远小于一般干燥剂（如硅胶）； 干燥能力随干燥剂含水量的上升而减弱； 干燥能力与湿乙炔流速影响不大； 在相同湿度的条件下，吸水容量大于其他干燥剂（如硅胶）。 由于温度对型分子筛影响不大，故它的加热再生效果不及其他干燥剂。所以，公 司利用吸附剂变压吸附量变化的原理，用吸附后的部分干燥气体在变压后来吸附干燥剂的水 分，达到干燥剂负载自然平衡的目的。这种变压吸附干燥后乙炔的露点温度可达一以下 （小于），完全能满足溶解乙炔工艺的要求。 3、 分子筛高压乙炔干燥器的工作程序 分子筛高压乙炔干燥器的主要性能 工作介质： 工作压力： 处理能力： 工作温度： 进气含水量：饱和水蒸气干燥乙炔含水量：（ 运转周期：分钟 运用方法：无热再生全自动 干燥周期：分钟 再生时间：一分钟 再生气量：约占处理气量的一 均压时间：一分钟 干燥器简体强度试验压力： 分子筛高压乙炔干燥器工作程序 （）湿乙炔通过进气球阀进入干燥器两只吸附筒中的一只。气体从吸附筒底部进入、顶部 流出。在吸附筒中，湿乙炔中的水分被分子筛吸附，干燥的乙炔气体通过单向阀、热交换器及 背压阀进入充灌排。 技术论谈篇 （）吸附筒中的已吸附水分的分子筛，利用部分（左右）干燥乙炔进行再生。该部分气体在单向阀与热交换器之间与去充灌排的乙炔气分开；通过再生气回路，在热交换器中升温后通过单向阀从顶部进入被再生的吸附筒。再生气逆向通过分子筛使其再生，供下一周期使用。吸附水分的再生气通过球阀，经阻火器送人压缩机前的低压系统回收。 （）重复（）、（）工序，吸附筒、球阀更换另一组，整个周期为分钟。在干燥器工作期间，两只吸附筒的工作切换由程序控制器控制，在切换前吸附筒必须进行均压，避免产生对分子筛的冲击。 再生气体的需求量可用下式求得（供调整再生气量时用）： 再再干 式中 再一再生气体， 一干燥气体， 千一工作压力，（绝对压力） 再一再生气压力，（绝对压力） 常数 在实际操作过程中，一般可不做该计算，只要控制好进入干燥器气体总量的左右作为再生气量，就能满足再生气量需求。 干燥器工作时序图 分子筛高压乙炔干燥器示意图及阀门的工作状态 示意图 吸附简 换热器 流量计 单向阀 针形阀 球阀 、一气动球阀 气动球阀正常工作状态 分钟周期分为二个时序。第一时序为吸附筒干燥、吸附筒再生；第二时序为吸附筒干燥、吸附筒再生。 第一时序：， 吸附筒（）干燥工作分钟，吸附筒（）解析再生分钟，充气均压分钟。 分钟 气动球阀、开，气动球阀、关闭（必须保证阀打开后，阀才能关闭）。 分钟 气动球阀开。 分钟 气动球阀、开，气动球阀、关闭（吸附筒开始均压）。 第二时序： 吸附筒（）干燥工作分钟，吸附筒（）解析再生分钟，充气均压分钟。 分钟。 气动球阀、开。气动球阀、关闭。（必须保证阀打开后，阀才能关闭） 分钟 气动球阀开。 分钟 气动球阀、开，气动球阀、关闭（吸附筒开始均压）。 技术论谈篇 返回第一时序到。 四、分子筛高压乙炔干燥器工作中常见的故障 被再生的吸附筒内压偏高 这是一个比较常见的问题。在干燥器的正常工作状态下，除非在均压过程。一般情况为在干燥工作中的吸附筒压力应大于；另一只处于再生状态的吸附筒应趋于常压。当该吸附筒在球阀（或）和（）全打开的情况下，仍产生压力偏高的现象，应视为有故障存在。一般有可能是： 单向阀漏气 被再生的吸附筒上干燥乙炔出口的单向阀（或）密封圈损坏，使得干燥乙炔通过此阀进入该吸附筒，造成压力偏高现象。 处理方法：停机更换单向阀密封圈。 出口管道积水（湿乙炔出口管） 吸附筒底部到中压阻火器的管道内有积水现象。使湿乙炔气（再生气）排出，产生阻力（液封）。 处理方法：停机排出积水。应考虑在适当的位置加装放液口，并定时排放。 干燥器工作压力超压。导致压缩机自动停机 干燥器正常工作压力在之间，如果在充灌压力未达到要求时，干燥器的工作压力就已超过。这种现象往往是在短时间内产生的，瞬间导致压缩机自动停车。 背压阀控制失灵 背压阀在使用过程中，由于某种原因，造成控制压力超过正常工作的最高压力（）。检查阀门内膜片是否疲劳（造成不易调节）。压力控制是否超高等。 干燥效果不好，高压出口管道出现水合晶体 干燥效果好坏，取决于操作是否正常。一般认为。干燥的乙炔是不会出现水合晶体的。如已出现水合晶体，只能采用热水或蒸汽解冻（停车后压力下降也能解冻）。但要查明影响干燥效果的原因。 程序控制出错 分子筛高压乙炔干燥器的工作程序绝对不能有误。特别是球阀、，在一只阀门关闭前，必须保证另一阀门处于“开启”状态。一旦出现程序控制错误，必须停车检查： 控制气动元件的气源压力是否正常（空气压力必须大于）； 控制气动元件的气源管路是否有漏气现象； 程序控制器的控制元件是否损坏。 干燥乙炔气量不足，钢瓶充灌时问增加 再生气量过大 采用分子筛干燥器能使压缩机产量降低左右。该左右的气源用来作再生气源。一般在正式运转前。通过调节再生气回路上的针形阀（）来控制再生气量。平时。不要随意变动针形阀的开启大小，因为开大了会影响产量。干燥气源都进入再生回路；开小了再生效果不好。 球阀或单向阀内漏 环阀或单向阀的密封圈损坏，当该阀处于关闭状态时，就造成气体内渗漏进入再生回路。 处理方法：更换密封圈。 技术论谈篇 程序控制器失灵 目前，分子筛高压乙炔干燥器的程序控制系统绝大部份采用气动元件，时间控制采用凸轮（包括公司产品）。造成不正常的原因可能是： 气动元件质量不好 处理方法：更换气动元件。 气源压力偏低 处理方法：调整气源压力，使其不低于。 采用的气源没有经过净化处理 如气源没有经过净化处理，气源中有可能带有水分或微粒。气动元件对气源要求很高，不纯的气源会影响气动元件的使用寿命。 处理方法：给气源净化，即使是从无油润滑空压机内出来的气源也要进行净化，必须除去气源中的水、油及微粒。 五、关于分子筛高压乙炔干燥器应重新拾起的几个重要概念 乙炔气中含水量大部分在压缩系统除去 分了筛的干燥能力不是无限大的。而且它随着吸水量的增加干燥能力就降低。分子筛干燥器的运用周期（分钟）及处理能力（），是根据干燥剂的装填量，在工作压力的条件下计算出来的。分子筛干燥器在使用时，必须与背压阀配套使用，就是为了保证干燥器能在以上的工况条件下工作。 保证干燥器的工作压力大于，主要是为了使进人干燥器的乙炔气中含水量能控制在最低范围内。严格地说，湿乙炔的水分绝大部分是在压缩系统内被除去。 乙炔压缩采用等温压缩。在温度不变的情况下，由于加压，水的分压上升，当超过此时的饱和蒸汽分压值时，超过部分的水汽将以水的方式在气态中析出。但此时。乙炔含量没有发生变化。同时，在压缩系统中有冷却及油水分离设备，经压缩的气体还要进行冷却。使与温度对应的饱和水蒸汽量减少。当常温乙炔的水分压超过某温度下（如）的饱和水蒸汽时，超过部分也以水的形式从气态中析出。因此，在压缩系统中，乙炔脱水是以加压、冷却（）、分离形式完成的。 湿乙炔在进入分子筛高压干燥器前。已分离出乙炔中的一含水量。因此，在压缩系统中必须及时排放被分离出来的液体（水、油等）。这是一个相当关键的操作过程，在实际工作中往往容易被忽视。当年公司来华指导调试开车的技术人员，要求每分钟必须排放一次压缩系统分离出来的液体。目前，乙炔专用压缩机没设独立的分离器（老式的型有独立的冷凝器、分离器），液体存放空间较小，如不及时把它排出机外，则该部分已分离出来的水会被气体夹带回干燥器内，增加干燥器的脱水负荷。 分子筛高压乙炔干燥器的确是一个安全、高效的干燥装置，但它对管理也有比较高的要求。要让分子筛高压乙炔干燥器发挥出应有的作用，操作者必须在完全理解它工作原理的前提下，不折不扣地执行操作规程，并调整好背压阀的工作压力，及时排放压缩系统分离出来的液体等。 关于气动球阀、的作用 国内仿造分子筛高压乙炔干燥器的厂家有四五家，但与的产品相比，都还存在着一定的差距，尤其在控制系统方面。 分子筛高压乙炔干燥器的控制程序除了有时间控制程序外，还有一套完整的压力气 技术论谈篇动控制系统，主要是控制、球阀调节再生气量及两吸附筒均压时的压力平衡。 国内制造的分子筛高压乙炔干燥器没有设置压力气动控制系统，主要是无合适的国产压力气动仪表可选用，而国外的压力气动仪表价格又高得惊人。由于缺少了压力气动控制系统。故气动球阀、就没有发挥出应有的作用。 事实上，有许多溶解乙炔厂已将球阀、弃之不用。笔者认为，这两只阀门可按我们的国情重新考虑其作用。在已有的干燥器上，可考虑用阀来控制补充再生气，以达到两吸附筒均压的目的（当然是用时间来控制它的开关）；阀可用来调节再生气量的大小，但需在气动阀的气路管上加一开关，根据需要决定其开始动作或关闭的时间。 在新制作的分子筛高压乙炔干燥器中，如仍不考虑压力气动控制系统，完全可将、球阀中的一个省掉（注意，是省掉一个球阀，但仍要保留其再生气回路管道，并在上面增加一只针形阀）。这样既可节约一只气动球阀，又能达到调节再生气量的目的。 关于分子筛 分子筛高压乙炔干燥器上用的吸附剂是分子筛，但最好选用类似美国联碳公司生产的分子筛。上海环球分子筛有限公司是美国联碳公司在中国的合资企业，该公司生产的产品完全可以用做高压乙炔干燥器上的吸附剂。国内多数厂家生产的分子筛只能在较低压力环境下工作，如用在空分设备的纯化装置中。尽管不同厂家生产的分子筛结构完全一样，但有些产品在高压环境中使用极易破裂。在高压乙炔干燥器中，分子筛使用分钟就要切换一次。从高压到低压，再从低压到高压，经过多次反复，质量达不到要求的分子筛很快就会变成粉末，影响干燥器的正常使用。 分了筛的再生，主要靠扩散脱水，因温度对它影响不大，所以将含水分子筛用太阳晒或用烘、炒的手段帮助它脱水都意义不大，至少是再生不彻底。 分子筛高压乙炔干燥器的最佳安装地点 高压乙炔干燥器（包括分子筛干燥器）的安装位置，应尽量靠近乙炔压缩机的出口处。因为，从压缩机出来的乙炔气带有水分，在高压下极易生成乙炔的水合晶体（），如含水乙炔的高压管道过长，就非常容易造成管道堵塞。因此，为了避免这类情况的发生，一定要注意高压乙炔干燥器的安装位置，并且不宜放置在室外。 分子筛高压乙炔干燥器的制造标准 这一问题的回答应该是很简单的。那是按照有关国家标准制造。国标（乙炔站设计规范第条规定，乙炔管道的阀门和附件的公称压力，当乙炔的工作压力为 。时，不应小于。国标（溶解乙炔气瓶充装站安全技术条件条规定，乙炔管道的阀门和附件的公称压力不应小于。行业标准溶解乙炔设备条规定，高压