PSA吸附塔上線失敗原因分析及應對措施

上海自動化儀表有限公司連續(xù)重整 ＰＳＡ裝置采用 ＵＯＰ公司提供的 ＰＯＬＹＢＥＤＴＭ ＰＳＡ提純氫氣技術，共計１０個吸附塔， 采用兩塔同時吸附，４氣回收率，采用逆放沖洗工藝對吸附劑進行再生，從混合氣中提純分離出純度 大于 ９８％的氫氣，送出界區(qū)至氫氣管網。在正常生產過程中，１號、６因泄壓速度變緩，吸附塔沖洗時 間延長報警，后多次上線均因沖洗時間延長報警導致上線失敗。根據 ＰＳＡ裝置運行特性，原料氣的組分以及程控 閥開著重從工藝方面分析 １號、６號吸附塔上線失敗的原因，并提出應對措施。

１ ＰＳＡ裝置介紹

變壓吸附（ＰｒｅｓｓｕｒｅＳｗｉｎｇＡｄｓｏｒｐｔｉｏｎ，ＰＳＡ）是 一種物理吸附，其特點是吸附過程沒有化學反應， 吸附過程進行極快，參物質間的動態(tài) 平衡在瞬間即可完成，這種吸附是完全可逆的。

ＰＳＡ裝置以重整氫為原料，采用變壓吸附氫 氣提純技術，從混合氣中提純分離出純度大于 ９８％的氫氣，送出界區(qū)至氫氣管網。混合原料氣 在提純氫ＳＡ解吸氣作為制氫裝置轉 化爐的燃料。

２ 、ＰＳＡ裝置運行特性介紹

根據 ＰＳＡ裝置運行特性，整個變壓吸附過程 通常由吸附（ＡＤＳ）、均壓力降（均降）（Ｅ１～Ｅ４）、 順放（ＰＰ）、逆放（ＢＤ）、沖洗（Ｐ）４～ Ｅ１）和終充（Ｒ）等步驟組成。

進料氣通過底部進料閥進入吸附塔，雜質被 選擇性吸附，吸附結束后，吸附塔里留下了一些雜 質。吸附塔底部的雜質#多，而越到頂部雜質越 少。通過減壓程序，從吸附塔頂部 回收氫氣，滯留在吸附塔里的純氫用于其他吸附 塔的均壓和沖洗操作中。 雜質在吸附劑的前沿轉移，在提供沖洗步序 結束時至#高位置，在沖洗步序結束 時，雜質前沿移至吸附劑#底層，依次循環(huán)使用吸 附劑，進而實現 ＰＳＡ的吸附和再生。

３、 問題的提出

吸附塔自動離線有多種原因，例如閥門故障、 吸附塔壓力變送器故障、排放結束壓力未達到、終 充結束壓力未達到力未達到、排放偏 差／終充偏差／提供沖洗偏差超過程序設定值等。 在正常生產過程中，１號、６號吸附塔突然因沖洗 時間延長報警致自動離線，在排力變 送器等設備故障后多次上線均因沖洗時間延長 報警，沖洗速度偏差過大（不小于 ０．２ＭＰａ）導致 上線失敗。

４ 原因分析

４．１ 直接原因

１號、６號吸附塔泄壓速度變緩，吸附塔沖洗 時間延長報警，沖洗速度偏差過大（不小于 ０．２ ＭＰａ）造成吸附塔上線失敗。

４．２ 間接原因

（１）重整裝置增壓機氫氣密封改為氮氣密封 時，ＰＳＡ操作系數由 １１４降至 １０８，操作系數 １０８ 對應的原料氣雜質含量仍然偏高，吸附塔的徹底。 （２）程控閥 ＸＶ ８０１６５／ＸＶ ８０１１５內漏嚴重。 （３）沖洗步序程控閥 ＰＶ ８０１１３在裝置正常 運行時開度較其他吸附塔上偏大。

４．３ 根本原因

ＰＳＡ吸附劑被污染，吸附容量下降，造成產品 雜質穿透，沖洗氣密度變大，提供沖洗氣的流速 下降。根據現場操作記錄，在產品氫純度下降后作系數由 １１４降至 １０８。由于下降后的 ＰＳＡ操作系數仍然較高，故提供沖洗時沖洗氣中 的氮氣組分增加，氣體密度增加，從而使閥門開度 增加洗氣的流速。但是，沖洗氣中雜 質增加，吸附劑再生不徹底，且進入吸附劑床層的 雜質會隨著吸附時間的增加而變多。

ＰＳＡ裝置在正常運行過程中無法在線檢測原 料氣中雜質含量，按照上述模式不斷循環(huán)運行，使 吸附劑的吸附容量達到飽和，在均降步序結束甚結束后，吸附塔出口沖洗氣為原料氣， 密度達到#高值，閥門開度也#大，吸附劑被污染 使吸附容量下降，造成原料氣雜質穿透吸附劑床 層，ＰＳＡ正常下，吸附塔提供沖洗氣應為 純氫氣，在吸附劑被雜質污染穿透后，提供沖洗氣 的為原料氣。氫氣與原料氣的密度不同，相同時 間內通過相同橫截面積的同，造成吸 附塔降壓速度不同，#終因沖洗時間延長報警致 吸附塔下線。

根據現場情況，檢查沖洗步序程控閥（ＰＶ ８０１１３）的開度情況，在地衣次吸附塔上線過程 中，程控閥（ＰＶ ８０１１３）在很短時間內閥全開狀態(tài)。

結合沖洗步序程控閥（ＰＶ ８０１１３）開度變化 趨勢、產品氫純度下降趨勢、原料氣中氮氣含量變 化趨勢以及重整裝置增壓機氫氣密封更換氮來看，三者時間點吻合，進而判斷原料氣 中氮氣含量增加，對吸附塔吸附劑造成污染，影響 吸附塔泄壓速度，是吸附塔多次上線運行失敗的 根本原因。

5、應對措施

（１）對有故障的程控閥進行下線維修，使其 達到完好狀態(tài)。該裝置程控閥均采用軟密封式 的雙偏心蝶閥。ＰＴＦＥ材質在軟密封上的使用，降 低了中線蝶閥的蝶板與閥座始終處 于擠壓、摩擦狀態(tài)，啟閉扭矩較大，磨損快導致閥 門使用壽命短。程控閥開關頻繁，再加上有吸附 劑粉塵的存在，粉塵隨帶出，對閥門 的密封面存在沖蝕，造成閥門密封面損傷進而內 漏［４］。頻繁開關還會導致起密封作用的軟閥座 破損、老化現象加重，失去彈性變形，板與閥座不能正常貼合密封，導致閥門內漏［５］。對 下線的程控閥 ＰＶ ８０１１３，ＸＶ ８０１６６，ＸＶ ８０１１５進行 檢查，均有閥板密封座變形等情況。 此時對閥板進行激光熔覆，熔覆后的閥板密封面 損傷已全部消除，對軟閥座進行更換。

（２）將連續(xù)重整裝置增壓機氮氣密封改為氫 氣密封，使 ＰＳＡ裝置原料組分達到設計要求，即 氮氣體積分數小于 ２％。

（３）對裝置現場的吸附塔上的單法蘭壓力變器ＰＴ ８０１１０，ＰＴ ８０１１１以及閥門定位器

行檢查，排除儀表故障。

（４）ＰＳＡ吸附劑的再生。盲板隔離相應的工 藝流程，從產品氫控制閥 ＸＶ ８０１１２處通過手閥 控制逆工藝流程引入產品氫氣，將受污染吸附劑至 ０．５ＭＰａ以上，從安全閥副線處 放空，將該吸附塔憋壓進行氫氣置換，將吸附劑中 的雜謘hou櫸紙馕 郊粱钚曰指匆院螅 椿指湊   常工藝流規(guī)程使吸附塔上線運行。

６ 效果檢查

ＰＳＡ裝置 １號、６號吸附塔成功上線運行后， 檢查沖洗步序程控閥（ＰＶ ８０１１３）的開度情況，其 開度由上線時的 ９４％逐漸降低至吸附 劑性能恢復良好。

７ 結束語

在日常的操作過程中，ＰＳＡ裝置吸附塔自動 離線有多種多樣的原因，如：吸附塔擴散硅壓力變送器序運行中各個部序的壓力偏差超過程序設 定值、ＰＬＣ電源故障、閥門故障等等。這就要求操 作人員根據不同的原因，提出相應的解決對策。 同時，及及產品氫的分析數據，在上 游裝置調整操作后，ＰＳＡ裝置更應及時調整操作 參數到位，在保證產品質量合格的情況下，上海自動化儀表有限公司通過分 析吸附塔壓力運行曲線的動作及開度 變化情況好壞，提前預判 ＰＳＡ裝置運行狀態(tài)，保證 ＰＳＡ裝置穩(wěn)定運行。