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酒泉鋼鐵(集團)有限公司(以下簡稱：酒鋼)于2003年秋季開始籌建3套21000m3/h空分設(shè)備，同期配套建設(shè)球罐調(diào)壓系統(tǒng)、液體儲存和汽化系統(tǒng)、氣瓶充裝檢驗系統(tǒng)以及站內(nèi)閉路循環(huán)水系統(tǒng)等。工程于2005年底順利建成投產(chǎn)。在建設(shè)過程中，酒鋼和設(shè)備施工、安裝單位緊密結(jié)合，并參考了同行業(yè)的調(diào)試經(jīng)驗，會同設(shè)計、供貨和安裝單位，在安裝試車過程中針對現(xiàn)場設(shè)備實際情況，在系統(tǒng)安裝和調(diào)試過程中積累了大量的操作經(jīng)驗。
現(xiàn)結(jié)合設(shè)備調(diào)試中分子篩純化系統(tǒng)出現(xiàn)的幾次故障，以及國內(nèi)同行在日常工作和設(shè)備調(diào)試、安裝中出現(xiàn)的同類故障，對分子篩純化系統(tǒng)常見故障及其處理經(jīng)驗作一總結(jié)，供參考。
1?21000m3/h空分設(shè)備分子篩純化系統(tǒng)簡介
??酒鋼21000m0/11空分設(shè)備分子篩純化系統(tǒng)設(shè)計處理空氣量150000m3/h，空氣進口溫度17℃，出口溫度24℃，分子篩再生溫度170℃，切換周期為4小時。分子篩吸附器采用活性氧化鋁和分子篩雙層床結(jié)構(gòu)，延長了分子篩的使用壽命，同時使床層阻力減少。內(nèi)裝13X-APG條形分子篩22t，活性氧化鋁11t。每套空分設(shè)備配有630kW功率的電加熱器3臺，2用1備。
酒鋼21000m3/h空分設(shè)備分子篩純化系統(tǒng)流程如圖1所示。
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2分子篩純化系統(tǒng)常見故障分析和處理
2．1??操作不當(dāng)使分子篩純化系統(tǒng)發(fā)生故障
2005年冬季，按照酒鋼計劃，1#21000m3/h空分設(shè)備配合生產(chǎn)主線進行停機檢修?？辗衷O(shè)備停機后，進行疏通氧壓機冷卻器的工作。其間，發(fā)現(xiàn)空壓機放空閥法蘭處大量滲水。技術(shù)人員當(dāng)時就意識到可能是空冷塔返水。后來經(jīng)過仔細檢查，發(fā)現(xiàn)常溫水泵的進出口閥門沒有關(guān)嚴，系統(tǒng)冷卻水通過水泵進入空冷塔，水位逐漸上升，進入空氣管道后經(jīng)放空閥法蘭處滲出。隨后立即打開分子篩吸附器進口處排水閥V1262進行檢查，沒有水流出。證明水沒有進入分子篩純化系統(tǒng)。如果有水進入分子篩純化系統(tǒng)，則必須進行處理后才能繼續(xù)工作。后來在空分設(shè)備正常運行時，兩個分子篩吸附器的冷吹峰值分別為115℃和118℃，說明分子篩純化系統(tǒng)運行正常。
酒鋼空分設(shè)備曾發(fā)生過因操作不當(dāng)導(dǎo)致水分進入分子篩純化系統(tǒng)的故障。3#6000m3/h空分設(shè)備臨時停車，操作工關(guān)閉空冷塔進出口閥門后發(fā)現(xiàn)排水閥V1262處流出大量水。檢查發(fā)現(xiàn)，由于空冷塔回水閥V1164沒有完全關(guān)閉，加之止回閥V1165存在故障，導(dǎo)致有壓回水經(jīng)回水管道進入空冷塔，最后水位上升，導(dǎo)致水進入分子篩純化系統(tǒng)。在開車過程中，用兩個運行周期的時間將分子篩徹底加溫，使其冷吹峰值達到85℃以上后，才投用分子篩純化系統(tǒng)。
2006年7月13日，1#21000m3/h空分設(shè)備1#分子篩吸附器進入加熱階段，2#電加熱器正常啟動，溫度上升至1700C，而3#電加熱器由于故障未啟動(1#電加熱器備用)，也無任何報警，操作工也未能及時發(fā)現(xiàn)，致使1#分子篩吸附器內(nèi)分子篩再生不徹底，冷吹峰值未達標。故障發(fā)生后，迅速采取相應(yīng)措施：①縮短2#分子篩吸附器內(nèi)分子篩的加熱及冷吹時間，減少1#分子篩吸附器的運行時間；②提高電加熱器出口溫度，將原設(shè)計出口溫度1700C提高到1900C，使2#分子篩吸附器內(nèi)分子篩能夠快速再生，盡早投入使用，縮短1#分子篩吸附器的運行時問；③啟動冷凍機，降低空氣出空冷塔溫度，減少空氣飽和水含量。在操作過程中，嚴密監(jiān)視分子篩吸附器進出口溫差，通過溫差判斷分子篩純化系統(tǒng)工作情況。通過采取以上措施，1#分子篩吸附器使用一周期后，冷吹峰值達到1300C，出分子篩吸附器空氣中二氧化碳含量為0.44×10-6沒有增加，分子篩純化系統(tǒng)壓差無變化。
2007年6月25日，當(dāng)班操作工發(fā)現(xiàn)2#分子篩吸附器無冷吹峰值，立即聯(lián)系自動化技術(shù)人員對相關(guān)系統(tǒng)進行檢查。經(jīng)過檢查，確認溫度等顯示正常。對V1212閥也進行了檢查，發(fā)現(xiàn)本應(yīng)處于打開狀態(tài)的V1212閥此時卻關(guān)閉。按照正常運行程序，分子篩純化系統(tǒng)各控制時序運行切換有兩個條件：①設(shè)定時間到位；②閥門動作到位。只有以上兩個條件同時滿足，程序才能繼續(xù)運行切換到下一個過程，否則程序?qū)⒆詣訒和２㈤_始報警。從現(xiàn)場情況分析，程序一直能自動運行。由此判斷，在分子篩純化系統(tǒng)控制時序到達加熱狀態(tài)時，V1212閥正常打開，程序繼續(xù)運行。但在后來的過程中，V1212閥的控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，導(dǎo)致閥門關(guān)閉，致使2#分子篩吸附器內(nèi)分子篩未能正?；罨偕ｋS即要求自動化技術(shù)人員立即對V1212閥控制系統(tǒng)進行處理；并且安排空分設(shè)備臨時停車，對分子篩進行活化后再投入使用。
2.2空冷塔就地液位計冬天凍堵導(dǎo)致分子篩吸附器進水
這種故障往往發(fā)生在空分設(shè)備試車過程中。冬季試車時，中國西北地區(qū)的室外溫度一般在-20℃左右，凌晨最低氣溫可達到-300C左右，這對空分設(shè)備空氣預(yù)冷系統(tǒng)以及室外儀控設(shè)備的運行是嚴峻考驗。按照設(shè)計慣例，為適應(yīng)北方的氣候條件，一般將空氣預(yù)冷系統(tǒng)的空冷塔、水冷塔和水泵等放置在室內(nèi)，并采取保溫措施。
某公司在冬季進行空分設(shè)備試車時，由于沒有考慮到外界環(huán)境低溫對設(shè)備運行的不利影響，對可能導(dǎo)致的后果考慮不足，采取的保溫措施不得當(dāng)，致使空冷塔就地液位計凍堵，同時造成中控室DCS控制系統(tǒng)無法正常顯示空冷塔液位。試車人員對由此可能造成故障的嚴重性估計不足，未采取有效防范措施，致使空冷塔液位無法正?？刂疲何簧仙娇諝馊肟谔?，汽液互相摻混，空冷塔頂部汽液分離器無法將全部液體分離，致使空氣夾帶大量水氣進入分子篩純化系統(tǒng)，發(fā)生分子篩吸附器進水故障。
故障發(fā)生后，先恢復(fù)被凍堵的液位計以及取樣管，并逐一檢查了其他水系統(tǒng)測量以及控制系統(tǒng)一次取樣點，采取了保溫措施，然后對分子篩純化系統(tǒng)進行了加溫處理。之后空分設(shè)備恢復(fù)正常運行。
2．3??空氣壓力波動造成分子篩純化系統(tǒng)進水
某公司在空分設(shè)備吹掃和試車過程中，發(fā)生了兩起分子篩純化系統(tǒng)進水故障，在分子篩純化系統(tǒng)空氣進口的疏水閥處有大量水噴出。經(jīng)過分析，發(fā)現(xiàn)是由于空分系統(tǒng)操作壓力變化的幅度過大，在設(shè)備冷卻過程中氣流分配不合理，對管道吹除閥操作過快、過急，使空氣預(yù)冷系統(tǒng)壓力大幅度波動，空氣流夾帶大量水流向分子篩純化系統(tǒng)。加之在吹掃作業(yè)中不斷調(diào)整分子篩純化系統(tǒng)的出口閥開度，導(dǎo)致空壓機后和空氣預(yù)冷系統(tǒng)壓力變化幅度大，而且未及時監(jiān)視和控制空氣預(yù)冷系統(tǒng)空氣壓力，使冷卻水竄入分子篩純化系統(tǒng)。同時，試車過程中空氣預(yù)冷系統(tǒng)停車聯(lián)鎖未投入運行，空分設(shè)備不能在出現(xiàn)異常情況時自動聯(lián)鎖停車也是故障發(fā)生的原因之一。
故障發(fā)生后，將電加熱器出口溫度設(shè)定值由180℃提高到220℃，并延長分子篩吸附器的加溫和冷吹時間。調(diào)整后空分設(shè)備恢復(fù)正常運行。
2．4分子篩床層不平整導(dǎo)致冷吹溫度峰值不正常
在其他制氧企業(yè)曾經(jīng)出現(xiàn)過這樣的故障：在瀏覽分子篩吸附器溫度曲線的趨勢圖時，發(fā)現(xiàn)正常的冷吹溫度峰值在100℃左右，而近期冷吹溫度峰值出現(xiàn)了兩個，分別為73℃和75℃。也就是說，在冷吹曲線上出現(xiàn)了兩個峰值，但都很低。另外，冷吹溫度曲線的形狀也有些“發(fā)胖”。正常情況以及異常情況下，分子篩吸附器再生階段出口溫度曲線由圖2、3所示
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查看歷史趨勢中的操作信息記錄，發(fā)現(xiàn)有一條記錄是2#分子篩吸附器入口閥V1202打開后又關(guān)閉、緊接著2#分子篩吸附器再生排放閥又打開的異常操作。
針對分子篩吸附器冷吹溫度曲線有兩個峰值現(xiàn)象，在理論上作了分析：一個平整的分子篩床層，任何一個截面的溫度梯度不會有太大的變化，冷吹溫度曲線應(yīng)該比較規(guī)則。當(dāng)分子篩床層厚薄不均勻時，較薄處由于分子篩對再生氣阻力較小，流過的氣量就多，分子篩溫度變化比較大；而較厚處的情況正好相反。這樣，在該水平表面的各處溫度不能同時到達峰值。吸附層表現(xiàn)為一個曲面，而正常的吸附層應(yīng)該是一個分層吸附的平面。因此，冷吹溫度曲線就會根據(jù)分子篩床層的厚薄而出現(xiàn)多個值。
空分設(shè)備臨時停車，打開2#分子篩吸附器人孔，發(fā)現(xiàn)分子篩床層表面中間有一個直徑300～400mm的坑，坑周邊分子篩比其他各處厚，坑的中心小部分分子篩已成碎末。檢修人員把粉狀分子篩取出后，將坑扒平并封好人孔。分子篩純化系統(tǒng)重新投用后冷吹溫度峰值正常。
2.5冷卻水系統(tǒng)藥劑投加失誤造成分子篩純化系統(tǒng)進水
空分設(shè)備冷卻水系統(tǒng)一般采用閉路循環(huán)。為了保證水質(zhì)指標穩(wěn)定，需要定期分析水質(zhì)，同時根據(jù)需要投放殺菌滅藻劑、緩蝕阻垢劑及其他藥劑。2006年2月，某公司因為冷卻水系統(tǒng)加藥時沒有按照規(guī)程執(zhí)行，導(dǎo)致空分設(shè)備停車事故，氧氣供應(yīng)中斷121小時22分鐘，影響了公司正常的生產(chǎn)組織和主要產(chǎn)品產(chǎn)量完成計劃，致使2月全公司鐵、鋼、材產(chǎn)量全面欠產(chǎn)，經(jīng)濟損失十分嚴重。
故障發(fā)生當(dāng)天，操作人員向循環(huán)水水池投加殺菌滅藻劑。但沒有按規(guī)定向上級匯報，也沒有通知空分設(shè)備主控室。更為嚴重的是，規(guī)程規(guī)定1#、2#、3#吸水井一共投加10桶藥劑，但操作人員沒按秘序先加入消泡劑，而且錯誤地理解為每個吸水井投加10桶，于是將28桶殺菌滅藻劑一次全部加入循環(huán)水1#、2#吸水井。
其后空分設(shè)備主控室發(fā)現(xiàn)分子篩吸附器壓差上升并報警，氧壓機、氮壓機聯(lián)鎖停車?？辗衷O(shè)備停車后，由于制氧崗位人員還不知道冷卻水系統(tǒng)發(fā)生了嚴重的違章操作，只是對主體設(shè)備進行了檢查。在沒有將停機原因徹底查清的情況下，就將空壓機升壓并送氣。之后計算機再次報警，分子篩吸附器壓差變大。再次查找原因，才發(fā)現(xiàn)是循環(huán)水水質(zhì)惡化導(dǎo)致分子篩吸附器進水所致。
一次性將大劑量的殺菌滅藻劑投入到水中，殺菌滅藻劑和冷卻水產(chǎn)生強烈的水解反應(yīng)，在未及時投入消泡劑的情況下，其中的水解物與表面活性劑形成大量泡沫。泡沫隨冷卻水進入空冷塔中，在空冷塔內(nèi)堆積到一定程度后，隨空氣進入分子篩純化系統(tǒng)，使分子篩失去吸附能力。而且，在第一次分子篩吸附器壓差上升報警后，崗位操作工沒有引起重視，僅依據(jù)計算機顯示數(shù)據(jù)判斷，認為是壓差儀表誤動作，在沒有徹底查清原因前就二次開機，致使事態(tài)進一步惡化。
在分析故障原因后立即采取了以下措施：①關(guān)小空壓機進口導(dǎo)葉，以減少空氣量，空壓機機后保壓至0．5MPa；②用未帶水的分子篩吸附器活化后的空氣，對帶水的分子篩吸附器內(nèi)的分子篩進行活化再生；③加大水池新水補人量，降低循環(huán)水中藥劑濃度，同時向水池中投加消泡劑，以消除泡沫。采取上述措施后，活化處理仍然無效，空分設(shè)備被迫停車。緊急更換了全部受損分子篩，并提前對空分設(shè)備進行檢修，才徹底解決了問題。
3結(jié)束語
分子篩純化系統(tǒng)在空分設(shè)備中起到除凈碳氫化合物、二氧化碳和水分等雜質(zhì)的作用，若發(fā)生故障，必將對空分設(shè)備的安全運行造成很大的威脅。因此，平時操作應(yīng)按操作規(guī)程進行，密切注意其各個運行參數(shù)的變化。一旦運行參數(shù)發(fā)生變化，要盡快找出原因并及時處理，以便將其對整套空分設(shè)備正常運行的影響減到最小。