甲醇二期PSA阀门报警的原因和解决方法

轩忠民

（中海石油建滔化工有限公司，海南东方 572600）

甲醇二期是中海石油建滔化工有限公司一套年产800kt 甲醇的装置，位于海南省东方市工业园区；PSA 是甲醇二期一套以驰放气为原料、提取高纯度氢气的变压吸附单元，由四川天一科技股份有限公司设计和建造。

本装置主要采用变压吸附技术将原料气中的二氧化碳、一氧化碳、甲烷、氮气等杂质分离脱除，充分回收氢气。工艺流程框图如图1所示：

图1 工艺流程框图

变压吸附PSA 工序主要采用10-1-6/P 工艺，10个吸附塔，1个吸附塔进料，6次均压，顺放冲洗再生。多次均压，保证各次均压过程压差合适，并能充分有效回收氢气。顺放冲洗再生工艺无动力消耗，各个步骤的切换是通过94台程控阀按一定的控制程序来实现的。

1 出现问题

本装置主要的设备有原料气冷却器1台，气液分离器1台，吸附器10台，解吸气缓冲罐1台，解吸气混合罐1台，顺放气缓冲罐2台，程控阀门94台，其中程控阀是两位阀门，由仪表空气压力通过电磁阀的开启或关闭实现阀门的开关动作，94台中的22台带有换向器。自2010年中旬开车至2012年底，系统运行正常，无较大故障或报警发生；自2013年初，阀门报警逐渐增多，并主要以程控阀门为主，多次导致吸附塔切除，甚至导致PSA 单元跳车。

由于PSA 程控阀阀门频繁报警，引起PSA 压力波动较大，经常导致切塔运行，甚至导致PSA 单元跳车。于是在2013年五月至七月，对PSA 程控阀阀门报警出现的次数进行了统计。

从图2可以看出，PSA 程控阀阀门工作很不稳定，报警十分频繁，严重威胁着PSA 单元的安全稳定运行。由于PSA 单元为主装置提供氢气和转化炉燃料，其一旦运行不稳定，将会导致系统负荷大幅波动，同时也将导致转化炉炉膛压力出现波动。所以解决PSA 阀门报警的问题成了迫在眉睫的任务。

图2 2013年PSA程控阀阀门报警情况柱状图

2 原因分析

通过对PSA 故障的处理和认真分析，找出了可能导致PSA 程控阀故障报警的几个原因，同时经过分析和判断，也列出各个原因的主次，见表1。

表1 PSA阀门报警原因分析表

通过认真分析确认，初步确认以下几项为主要原因（见表2）。

表2 PSA阀门报警主要原因列表

从表3可以看出，影响PSA 阀门报警发生的主要原因有三点，见图3。

3 制定对策

针对以上主要原因，经过和技术人员、厂家一起商量讨论，制定了以下对策。对策表见表3。

表3 PSA阀门报警解决对策列表

4 对策实施

2013年底至2018年6月，利用甲醇二期两次检修的机会，经过公司批准，按计划对PSA 单元故障进行了处理，按照相应的处理措施逐一进行了实施，并最后对程控阀门进行了调试和空载运行。

实施一：

（1）2013年12月17日，拆卸旧换向器，检查发现有故障的换向器全部由弹簧断裂引起。

（2）2013年12月17日，对所有有故障的换向器进行了更换。

（3）不影响阀门动作的前提下，调低气源压力，降低弹簧的工作压力。

实施二：

（1）2015年6月27日，利用PSA 空转的机会，现场检查P+F 反馈探头的信号反馈情况，并对探头做了细致的防水处理。

（2）对P+F 探头接口处老化的接线端进行升级，延长接线端寿命。

（3）彻底检查控制柜内P+F 安全栅，没发现异常情况。

实施三：

（1）2018年5月28日，利用检修时机，更新DO 卡件（带光电隔离器的数字量输出卡）。

（2）对于所有去现场控制程控阀的DO 回路，串接超薄中间继电器。

实施四：

现场调试程控阀。利用2018年6月大修的机会，对实施完上述三种解决方案的程控阀进行调试，先在PSA 上位机将程控阀打手动，然后遥控现场开启或关闭，与现场进行联校，检查发现所有阀门联校都正常。

调试结束后，让PSA 空转运行10h，阀门无故障报警，运行良好，程序运行正常。

5 效果检查

实施和调试完以后，PSA 阀门运行一直都很稳定，提高了PSA 装置运行的稳定性。虽然偶尔有报警，但是由于发现及时，可以立即处理，因此未造成PSA 压力的波动。未因PSA 阀门故障而造成PSA 跳车，更未造成甲醇装置生产波动和跳车等重大事故。实施前后对比图如图3。

图3 PSA阀门报警解决对策实施前后对比图

通过对PSA 阀门报警原因的分析和故障的解决，取得了良好的结果，消除了由PSA 阀门报警而引起的PSA 压力波动，减少了装置的非计划检修，节约了检修费用、人工费用和仪表维护费用，杜绝了因PSA 阀门故障而造成的PSA 塔罐的切出和跳车等事故。

活动之后，进行了全面的经济核算：

（1）减少仪表维护费用

一台换向器3 000元，按一年损坏五台计算：

仪表维护费用=3 000*5=15 000元

（2）减少设备检修费用

PSA 阀门检修一次按3 000元计算：

设备检修费用=3 000*98=294 000元

（3）PSA 一个罐切出一次损失，一次按10 000元计算：

能耗损失：10 000*8=80 000元

（4）PSA 装置短期停车一次，损失在10万元左右

除此之外，还有不定期更换P+F 探头和PSA 的数字量输出卡件（DO 卡），除去人工费用和其他设备损耗等间接效益，以上四项共创造经济效益50万元。

由此可见，经济效益十分明显。

6 结语

通过对甲醇二期PSA 阀门历年报警次数的统计以及报警原因的分析，找出了阀门报警的主要原因，根据主要原因制定了相应的对策，同时根据实施的难易程度，制定了先现场、后控制系统的分时实施步骤，将问题一步一步地解决。经过两年多的观察，PSA 控制系统的数字输出DO 卡及中间继电器未发生过故障，现场阀门换向器弹簧未出现过断裂，阀门反馈探头接线端的老化问题也得到了逐步改善，PSA 阀门报警频次大大降低，为装置的稳定运行打下了坚实的基础。