分子筛吸附器出口CO2含量超标故障的判断与处理

    1 概述

   包钢氧气厂 40 000 m3/h 空分设备采用全低压分子筛吸附净化、增压透平膨胀机、氧气外压缩流程，于 2006 年 8 月底投产，各项参数均达到设计指标，设备运行状态平稳。2009 年 6 月分子筛纯化系统的 1＃吸附器发生了出口 CO2含量超标的故障，我们经过准确的判断，充分的准备，对故障进行了不停机处理，保证了空分设备的安全连续运行，同时避免了停机对公司造成的生产影响。

     2 分子筛纯化系统介绍

    分子筛纯化系统由两个互相切换的分子筛吸附器和 3 台电加热器组成，工艺流程如图 1 所示。

    吸附器采用卧式双层床结构，吸附剂床层厚1 470 mm，由支承栅架承托，支承栅架是由工字钢、格栅板和不锈钢孔板组成的。下层为 覫3~5 mm 的WHA－103 型活性氧化铝，装填量为 31 t，高度 520mm，主要用于吸附水分；上层为 1/16"（条形）的13X－APG 型分子筛，装填量为 47 t，高度 950 mm，主要用来吸附空气中的二氧化碳及碳氢化合物。两个分子筛吸附器一台工作，一台再生，切换周期为 5h，再生时间分配表见表 1。

   3 故障现象及判断

   3.1 故障现象及调整措施

   2009 年 6 月 8 日发现 1＃分子筛工作周期的后1 个小时出分子筛 CO2含量表指示由 0.3×10-6逐渐升高到切换前的 0.95×10-6，当切换至 2＃分子筛运行时，CO2含量表指示迅速回到正常值 0.3×10-6，在之后的 1＃分子筛工作周期仍然持续出现此现象，而且1#分子筛出口的 CO2含量有持续升高的趋势。我们最初判断会不会存在 1＃分子筛运行时有冲击带水事故或 1＃分子筛有再生不彻底的情况发生，但是通过查看趋势图，没有发现空气预冷系统或空分工况发生波动，也没有再生时加热器不工作或冷吹峰值不达标的情况发生。但是从以往的经验分析，分子筛CO2含量高往往与再生过程有关，我们对再生过程进行了调整，首先采取了调整再生温度和再生气量的办法：3 台电加热器同时投入运行，并增加了再生气量，加热阶段进分子筛的温度由原来的 180 ℃提高到 200 ℃，冷吹峰值由原来的 113 ℃达到 145℃，但是经过几个周期对 CO2含量分析的观察没有明显效果。我们又采取了缩短切换时间，逐步调整加热和冷吹时间，最终将切换时间由原来的 5 h 缩短至 4 h，在这个过程中观察到 1＃分子筛在调整后的几个周期 CO2含量有所下降但之后又升高。6 月 24日 CO2含量最高达到 1.48×10-6，到 6 月 25 日最高已达到 2.48×10-6，6 月 26 日达到 2.9×10-6。

     3.2 故障判断及对策

     从上述的故障现象及对再生过程调整的结果来看，通过提高再生温度和再生气量对 CO2含量的变化基本不产生影响；通过缩短切换时间也不能改变CO2含量持续升高的趋势，说明此次故障与 1＃分子筛的再生过程无关。CO2含量持续升高证明故障仍然在发展，所以我们排除分子筛部分失效和分子筛床层受冲击的可能性，最后判断存在唯一的可能性就是分子筛发生内部泄漏，造成局部空气净化不完全，CO2含量随着泄漏量的增加表现出持续升高的现象。但是考虑到作为占氧气厂产能 1/3 的 40 000m3/h 空分设备如果停车检查处理这次故障，将对公司生产造成极大的影响，而空分在如此的情况下继续运行，也势必会造成主换热器通道堵塞事故。我们结合分子筛纯化系统的工艺经过认真的分析和讨论后决定在 1＃分子筛工作末期，容器内部充满空气的条件下，通过将 2＃分子筛吸附器的工作时间由 4 h再延长到 5 h，利用多出的 1 h 不停车检查 1＃分子筛吸附器的内部泄漏状况，并做好处理准备。