浅谈PSA装置运行过程中存在问题及应对措施

摘 要：某石化运行了三年PSA装置存在的问题为程控阀阀门膜片损坏多更换频繁。分析了阀门膜片损坏的原因为环境原因，工艺条件苛刻进气压力高，负荷高阀门动作及膜片制造质量差等。通过更换更耐低温的膜片及操作调整使阀门的使用时间得到了延长。

关键词：PSA装置;程控阀;膜片;操作

前言

PSA装置在现代气体分离使用越来越多，根据设计压力的不同工艺介质的不同，每套装置在运行过程中存在的也有差异。本文阐述了某石化5.4MPa进气压力下的PSA装置运行中存在的问题及主要的应对措施仅供同行参考。

1 PSA 装置

1.1 工艺流程简介

变压吸附（PSA）法脱除原料气中CO2、甲烷、CO、氮气等气体杂质， 即根据上述原理，利用所选择的吸附剂在一定的吸附操作压力下，选择吸附原料气中的气态甲醇、CO2、甲烷、CO、氮气。就本装置而言，原料气先进入系统处于吸附状态的吸附床吸附，当吸附床吸附饱和后，通过五次均压降充分回收床层死空间中的氢气，同时增加床层死空间中CO2、甲烷、CO、氮气等杂质气体浓度，整个操作过程在入塔原料气温度下进行。

本装置由两套PSA系统（单套生产能力为195894Nm3/h氢气）以及4 台解析气压缩机构成，主工艺流程为14-3-5工艺，即14个吸附塔在任意时刻有3个塔进料5次均压，每个吸附塔在一次循环中需要经历吸附、5次压降、顺放、逆放、冲洗、5次升压以及最终升压等15个步骤。

1.2 操作因素分析

（1）原料气组成。吸附塔的处理能力与原料气组成的关系很大。原料气中氢含量越高时，吸附塔的处理能力越大;原料气杂质含量越高，特别是净化要求高的有害杂质含量越高时，吸附塔的处理能力越小。（2）原料气温度。原料气温度越高，吸附剂的吸附量越小，吸附塔的处理能力越低。（3）吸附压力：原料气的压力越高，吸附剂的吸附量越大，吸附塔的处理能力越高。（4）解吸压力：解吸压力越低，吸附剂再生越彻底， 吸附剂的动态吸附量越大，吸附塔的处理能力越高。（5）产品纯度：产品纯度越高，吸附剂的有效利用率就越低，吸附塔的处理能力越低。

1.3 正常调整产品氢纯度

（1）控制方式：调整吸附时间;吸附时间设定总原则：产品纯度过高则延长吸附时间，产品纯度过低则缩短吸附时间。（2）相关参数：原料气组成、吸附时间、吸附压力、处理量、冲洗压力等。（3）正常调整： 具体调整见表1。

2 运行过程中存在的问题

本PSA装置在运行过程中投用后过四个月就开始频繁更改程控阀阀门膜片。每周都要切塔操作，每次都得切一组塔。切塔按照1.6正常切塔步序进行，但是切塔前都得提前缩短吸附时间。缩短吸附时间又使运行的程控阀运行周期缩短，造成恶性循环。这样就有越来越多的阀的膜片不断损坏。一组塔从切除到投用得4个半小时，直接影响装置满负荷运行。本PSA 装置在运行中还存在阀门填料经常泄露，但是泄露量不大，泄漏可以在线消漏对装置运行影响不大。假如外泄量大导致现场可燃气体报警器一直报警在线无法消除就的停塔进行隔离置换交出更换阀门，投用时必须充压用氢气置换分析合格后方可投用，对装置负荷影响非常大，这是本PSA装置运行三年没有遇到的。

3 应对措施

（1） 程控阀是PSA运行中的关键设备，（变压吸附）PSA是一个近似等温变化的物理过程，它是利用气体介质中不同组份在吸附剂上的吸附容量的不同，在一定工作条件下进行选择性吸附，采用降压使吸附剂获得再生。在生产过程中要求周期性的切换阀门，且阀门数量多，动作频繁，人工操作是无法进行的。由于PSA装置工艺的特殊性，为保障装置长周期稳定可靠运行，程控阀必须满足以下要求：①密封性能好，经常受周期频繁动作而保持不泄露。②阀门开关速度要快，随阀门通径不同其啟闭时间应小于3秒。③具备双向耐压性和抗高速气流冲刷性能。④根据工艺要求， 易实现调节功能和阀位状态现场指示及远传等功能。所以本PSA装置为选阀为耐磨进口阀。

（2） 程控阀结构特点：气缸中密封圈采用耐油橡胶O型圈，密封性能好，易更换维修;阀门具备双向耐压性和抗高速气流冲刷性能，具有较高的硬度及机械强度，经常进行周期频繁动作而保持不泄漏;阀门开关速度快（启闭时间DN150一下≤2s，DN150以上≤3s）;可以实现远程控制， 集中控制和自动控制;可根据不同的使用条件，选配不同内径及行程的气（液）缸，适用范围广。所以程控阀运行维护相当重要。

（3） 针对阀门填料漏的处理一般联系仪表人员都能紧固住消除漏点。PSA装置的特点决定了它的动作必须频繁。冬天在零下15℃时膜片损坏率更高一般情况下只能用4个月。针对本装置公司最后把本装置的阀门膜片更换为耐低温的阀门膜片使用周期延长到8个月。在操作上在保证氢气纯度合格的情况下尽量延长吸附时间。吸附压力尽量的低不高于5.38MPa。针对本PSA装置仪表气冬天温度低，给仪表气增加伴热提高气源温度，对延长膜片使用时间也起到了良好作用。

4 结语

在操作上对PSA装置进行优化操作。在材料上对材质进行选型使用。对仪表气源进行加热改善。针对现场使用环境，尤其是电磁换向，阀位检查器的防水、防潮，现场给可给阀门增加防水罩。所用气源必须清洁、干净，最好含带少量雾化油，以减轻气缸对频繁运动的活塞和薄膜片之间相互摩擦，仪表气可增加精密过滤器。通过控制室监视与现场巡检，对发现的异常情况要及时判断和处理。做好易损件（如填料、密封圈）的备件工作。采取上述措施后本PSA装置运行周期大大提高。

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作者简介：王景森，1986年4月，男，穿青人，贵州纳雍，大专，助理工程师，从事石油化工及煤化工生产10年。

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