分子筛纯化系统蒸气加热器改造

穆继伟

（辽阳石化公司动力厂，辽宁辽阳111003）

分子筛纯化系统蒸气加热器改造

穆继伟

（辽阳石化公司动力厂，辽宁辽阳111003）

将KDON-3200/6500型空分装置蒸气加热器改造为电加热器，并通过对控制系统的改进，解决了加热器泄漏，效率下降的问题。改造后分子筛运行平稳，保证了空分装置长周期连续稳定运行。

分子筛纯化系；蒸气加热器；电加热器

0 前言

KDON-3200/6500型空分装置分子筛纯化系统由2个互相切换的分子筛吸附器组成，采用吸附法净化空气中的水分、二氧化碳、乙炔和其他碳氢化合物。分子筛吸附剂在常温下将空气中的水分、二氧化碳等吸附质吸附在其表面上，加热再生时利用吸附剂高温下吸附容量减小的特性，再把吸附质解析出来，达到连续净化空气的目的。空气出分子筛吸附器的露点需要＜-66℃，分子筛再生气体温度需要＞170℃，分子筛再生冷吹峰值需要＞100℃。

分子筛纯化系统由DCS程序控制器控制，控制器通过9个步骤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及最长等待时间。其中卸压时间5 min；加热时间120 min；冷吹时间105 min；均压时间10 min。分子筛程序可视运行工况，按操作人员的要求在自动控制与手动控制之间互相转换。分子筛蒸汽加热器投运以来运行平稳。随着使用年限的增加，为防止蒸汽加热器泄漏增设1台电加热器，但使用中电加热器电热棒频繁损坏，使用功率达不到设计要求，由于电加热系统不是原设备设计，安装地点距离分子筛容器较远，热损较大，热效率低，只是在无蒸汽或蒸汽加热器泄漏时，才临时切换使用该系统。

1 蒸汽加热器存在的问题

空分装置分子筛纯化系统蒸汽加热器在长期使用过程中，由于蒸汽的长期冲刷，加热管束管壁明显减薄。经多次检修堵漏，部分加热管束已被堵死，换热效率明显下降，已不能满足生产运行需要。虽然几次出现蒸汽加热器泄漏事故都能及时发现，但分子筛吸附能力已经明显下降，判断蒸汽加热器是否泄漏的技术手段滞后，只能通过二氧化碳在线分析仪报警提示，等到冷吹时将蒸汽加热器污氮入口阀关闭，在蒸气加热器底部的污氮侧吹除阀处，用小镜子试验是否有水蒸气附在镜子表面。当观察到吹除阀有水蒸气排出时，分子筛吸附剂已受到严重污染，空分系统将被迫停车，重新活化分子筛，但活化效果并不理想。

2 改造方法

拆除原分子筛再生系统的蒸汽加热器和电加热器，更换为2台电加热器，互为备用，主流程采用原电加热器流路，电加热器加温阀保留，蒸气加热器加温阀取消。将原加热时间和电加热器通电时间一致（120 min），改为加热115 min，加热器联锁停电；电加热器继续通入污氮5 min后再切换，避免电加热器切换与断电同时进行，造成电加热器余热过高，缩短使用寿命。电加热器气体出口温度由可控硅调功器进行调节，并增设温度高报警，高高联锁控制。

2.1 设备选型

新增电加热器由电加热器和控制系统两部分组成，发热元件采用具有良好耐蚀性、耐热性，以及较好的冷作成型和焊接性的SUS304不锈钢无缝管作为保护套，采用电气物理特性稳定、高温力学性能好，冷变形塑性好，长期使用不会产生脆性断裂的Cr20Ni80电阻电热合金丝，经压缩工艺成型。控制部分采用数字电路，集成电路触发器、可控硅等组成可调测温、恒温系统。

新增2台电加热器为立式，额定功率360 kW/台，1用1备。工况Ⅰ：通过气量5000 m3/h，出口温度220℃。工况Ⅱ：通过气量7000 m3/h，出口温度170℃。

2.2 设备结构

电加热器为直立圆筒式结构，由多只管状电热元件和筒体组成，管状电热元件是在金属管内放入高温电阻丝，空隙部分填入具有良好绝缘性和导热性能的结晶氧化镁粉，采用管状电热元件做发热体。再生气从上部进入，通过电热管组件使气体温度升高，再从下部出去进入分子筛吸附器，电加热器电热元件共27支，每支15 kW，共405 kW。额定功率360 kW，接线24支，另有3支未接线，45 kW作为备用件预留在设备中，三项电源380 V，50 Hz。

2.3 控制系统

（1）AI808型数显温度控制柜，采用数显温度调节仪，集成电路触发器，大功率可控硅和测温元件组成测量、调节、控制回路。电加热过程中，测温元件将电加热器出口温度电信号送至数显温度调节仪进行放大、比较后显示测量温度值。同时输出4～20 mA电流信号至可控硅触发器组件的输入端，控制输出脉冲相位，从而控制可控硅导通角度，实现良好的控制精度和调节性。

（2）将原分子筛再生污氮流量指示报警回路改为流量指示报警联锁回路。当污氮流量达到低限时，控制室报警，当污氮流量达到低低限时联锁停电加热器；在电加热器出口设置温度指示报警联锁，当温度达到高限时，控制室报警，当温度达到高高限时，联锁停电加热器；设有电加热器炉膛温度超高自动断电保护，防止电加热器干烧造成电热元件损坏。

（3）由于控制系统一直没有升级更新，微机系统配置较低，导致内部的原程序不易改动，为实现取消加温阀和在分子筛加热115 min时联锁停电加热器，又不影响切换程序运行，将加温阀的开关信号在控制柜内短接和设立一个单独的计时程序计时。电加热器控制测量点及参数见表1。

表1 电加热器控制测量点及参数

3 改造效果

改造前原电加热器分子筛再生气体温度165℃，再生气量≤5000 m3/h；蒸汽加热器分子筛再生气体温度165℃，再生气量≥6000 m3/h。再生出口气体温度冷吹峰值≤100℃，只达到分子筛再生需要的低限，分子筛中的水分、二氧化碳基本能解析，但随着分子筛使用周期的增加，其吸附容量下降，吸附后期就会出现分子筛纯化系统出口空气中的二氧化碳含量上升的现象。

改造后的电加热器分子筛再生气体温度179℃，再生气量≥6000 m3/h，再生气体出口温度冷吹峰值≥120℃，分子筛再生效果良好。

分子筛再生加热器改造投用后，由于设计配置合理，使再生气量和温度保持在最佳状态，满足了分子筛再生需求，分子筛再生指标达到了要求，安全性经济性得到了提高，保证了空分设备的连续稳定运行。

〔编辑李波〕

TB657.9

B

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2016.12.35