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1、空分设备分子筛纯化系统出口空气中二氧化碳含量超标分析与处理（陕西兴化集团空分车间 刘刚）摘要：分子筛纯化系统出口空气中二氧化碳含量超标是影响空分设备稳定运行的主要因素之一。文章从分子筛纯化系统加工气体质量，设计制造，安装操作以及分子筛本身性能4方面，综合分析了导致二氧化碳含量超标的根本原因和处理措施。关键词：空分设备；分子筛纯化系统；二氧化碳含量；超标；处理陕西兴化集团有限责任公司空分车间制氧设备都采用分子筛净化带增压透平膨胀机流程。其中，分子筛纯化系统出口空气中CO2含量超标对空分设备的影响很大，长期超标对空分设备的运行造成了安全隐患。随着空气的不断冷却，被冻结的水分和二氧化碳沉积在低温换热
2、器、透平膨胀机或精馏塔内，会堵塞通道、管线和阀门；乙炔集聚在液氮中有引发爆炸的危险。分子筛纯化系统净化空气是利用分子筛及活性氧化铝的多孔性固体表面去吸取空气混合物中的某种组分，使该组分从空气中分离出来。当具有一定吸附质浓度的空气开始以恒定流速进入分子筛吸附器时，在吸附质与吸附剂充分接触后，终将达到平衡，被吸附的量达到了最大值（即饱和值）。吸附和解吸事实上是同时进行的，只不过未到饱和前吸附的量大于解吸的量。为使吸附质从吸附剂表面上解脱出来，从而使吸附剂恢复吸附能力，必须对吸附剂进行“再生”。1、进口气源条件的影响1.1 进口空气杂质含量过高 若空气过滤器进口大气中杂质含量高，或者因吸入口迎风向设
3、置在石化等污染较重的厂区，可能导致进口气源中二氧化碳含量过高，一量偏离设计工况过多，分子筛纯化系统出口空气中二氧化碳含量必然会超标。处理措施:（1）应急处理方案是根据超标具体情况相应缩短单只分子筛吸附器的工作时间；（2）可根据运行情况并结合设备的情况，考虑增加适量分子筛；（3）若是空压机进气口方向影响，最好改变吸入器方向，以彻底改善气源质量。1.2 空气进口温度过高，水含量超出设计范围若进口空气中的水含量高，将会增加分子筛的负荷。由于分子筛先吸附水分，再吸附乙炔、二氧化碳等，因此吸附的水分多了，吸附二氧化碳的能力自然大大降低，有可能导致二氧化碳含量超标。处理措施：（1）检查空气预冷系统的工作情
4、况，控制好进入分子筛吸附器的空气温度；（2）必要时，可考虑增设冷水机组。我公司1#空分采用冷水机组，2#空分采用氨冷器换热。1.3 处理空气量增加，超出设计工况较多空气处理量应该在一个合理的范围内变化，如果增加过多，就可能造成分子筛的吸附容量不足，使二氧化碳含量超标。解决措施：（1）空气处理量如果需要增加，应根据现场的运行情况逐步增加，观察相关运行参数、二氧化碳含量运行曲线等，以便确定合适的处理空气量；（2）当需要增加较多处理空气量时，可以通过提高再生温度、缩短分子筛吸附器切换周期、增加适量分子筛等方法来实现。1.4 空压机出口压力低于设计压力，使相对水含量增加若二氧化碳含量超标，其他影响因素
5、不明显，而空压机出口压力偏低，就需要适当提高空压机出口压力，并彻底活化分子筛，再观察二氧化碳含量是否恢复正常。处理措施：（1）装填分子筛时一定要注意保护，尽量避免在阴雨天作业，装填时间选择在设备开车前即可，应避免过早装填；（2）空分设备开车后要将分子筛彻底活化再生3个周期以上，以最大限度地提升吸附剂的性能，保证空分设备正常运行。2 设计、制造缺陷2.1 设计时选择的吸附剂量不够引起二氧化碳含量超标的因素有很多，现场的操作工况也是千差万别，如果在排查其他因素后，或很难确定造成超标的原因的时候，可以将故障现象反馈给设计单位，核算设计的吸附剂用量是否不足。处理措施：（1）取样分析进口空气，二氧化碳含
6、量和水含量必须符合设计要求；（2）抽样检验分子筛质量，须达到合格要求；（3）反馈给设计单位获得修整方案，或是根据空气处理量等参数在设计范围内的具体情况，适当增加分子筛量。2.2 运行过程中一只分子筛吸附器工作良好，另一只工作时二氧化碳含量超标，是吸附剂或设备存在问题若不是再生情况不同等原因造成的，可能是设备制造原因或是安装、运输过程中存在问题使设备受损，也可能是在装填吸附剂的时候有差异。处理措施：（1）根据两只分子筛吸附器具体的差别量，核查两只分子筛吸附器吸附剂的装填量是否相同，如果是因为装填量不同造成的二氧化碳含量超标，就要及时补充分子筛到性能较差的一只中；（2）检查运行性能较差的那只分子筛
7、吸附器有无泄漏情况，如果泄漏要及时检修；（3）对于经上述检查修正仍效果不明显的，需待有条件停车检修时扒出分子筛，仔细检查分子筛吸附器内情况再作相应的修整，或检测吸附剂。3、吸附剂及相关因素的影响3.1 分子筛失效或不合格，超出使用寿命和本身质量问题分子筛一般使用寿命为58年，如果操作条件相对苛刻，可能缩短其使用寿命。这时候吸附效果大大降低，二氧化碳含量可能超标。处理措施：（1）抽样检查，检测分子筛性能，如果发现性能参数有偏差，可考虑在适合停车的时候更换全部分子筛；（2）不停车时的临时处理措施：可以通过减少空气处理量，缩短单只分子筛吸附器的工作时间，以及经常活化、再生分子筛来维持正常运行。3.2
8、 再生时间不合理，再生不彻底分子筛再生时间的分配也很重要，因为设计的时候只是根据设计点计算出再生时间的分配，在实际运行过程中空分设备的工况一般会偏离设计点，如果加热时间过短，再生可能不彻底，有可能造成二氧化碳含量超标。处理措施：根据实际情况适当调整再生时间，使再生效果达到工艺要求，也可以降低能耗。3.3 再生气量过少，再生不彻底由于分子筛再生气进口的流量计指示不准确或者旁通阀门泄漏等，可能导致实际进入加热器的再生气量偏低。这时虽然再生温度达到了要求，但也可能造成再生不彻底，降低了分子筛的吸附能力。处理措施：（1）检查流量仪表和阀门密封情况；（2）适当调整再生气量，使得再生效果达到工艺要求。3.
9、4 蒸汽加热器泄漏，使水分进入分子筛吸附器目前，我公司使用蒸汽加热器，蒸汽加热器在使用过程中，因制造加工、流体介质的冲击破坏等原因可能会存在局部管道破损而泄漏的现象。此时将有较多的水分被再生气带入分子筛吸附器，如果时间较长必将影响分子筛的吸附性能，从而导致二氧化碳含量超标。处理措施：根据蒸汽加热器的出口气体水含量报警提示，及早发现、及时判断。如果确实是蒸汽加热器泄漏，就必须停车检修，备用电加热器投入使用，避免造成更大损失。4、安装或操作不当4.1 压力波动幅度过大而冲床空分设备启动时，或者是停车再启动时，由于空压机压力未上升至足够的压力，这时时候打开空气进口阀或者是均压阀，分子筛床层将受到比较
10、大的冲击，导致床层不平整，也可能导致分子筛粉碎过多，影响吸附效果，导致二氧化碳含量超标。处理措施：在空分设备启动时，需要待空压机压力上升至接近正常工作压力后再打开空气旁通阀，使分子筛吸附器内压力缓慢上升。4.2 空分设备启动时带水导致分子筛再生不彻底分子筛纯化系统之前一般设置有空气预冷系统，如果空气预冷系统发生带水故障，水分可能被带进分子筛吸附器，使空气中水分超出设计值，氧化铝不能完全吸附这些水分，就给分子筛增加了负荷，吸收了水分的分子筛吸附二氧化碳的能力就大大降低。处理措施：（1）及时检查相关部机，检修相当故障点；（2）另外，对分子筛、氧化铝进行几个周期的彻底活化再生。4.3 分子筛在第一次
11、工作前未进行彻底活化再生装填过程中难免会有潮湿空气侵入分子筛，使得其水含量比出厂时大大增加，这就导致空分设备开车后分子筛的吸附能力大大降低。如果分子筛不在空分设备开车前经过活化再生，再生后残余水分可能不会被彻底解吸，从而直接影响吸附效果，可能导致二氧化碳含量超标。处理措施：（1）在分子筛的储存和装填过程中都要做好防水、防潮措施，避免带进过多水分；（2）空分设备开车后立即对分子筛进行几个周期的彻底活化再生。4.4 分子筛床层不平整导致局部穿透分子筛床层不平整，可能是装填的时候分子筛床层堆积不平整，也可能是安装的时候设备下部床层不平整造成的。处理措施：（1）打开上部人孔观察床层平整情况，若发现局部
12、不平整应及时扒平；（2）如果分子筛床层扒平后分子筛吸附器运行效果仍不理想，可能是由于下部床层不平整所致。这时候可以通过增加适量分子筛来临时解决问题，待停车检修的时候仔细检查、修整床层平整度。5、经验总结处理分子筛纯化系统出口空气中二氧化碳含量超标问题，关键是要针对不同的现象，及时进行相应整改，把损失降低到最小。空分设备设计、制造、安装之初就应该严格按规范进行；设计上尽量完善安全措施；工程安装应满足工艺要求，管道布置合理；在安装、装填操作过程中要有明确的负责人，并全程做好记录，为今后分析问题提供参考；空分设备操作上要科学管理，加强安全意识的培养，将故障发生的可能性降到最低，以确保空分设备长期稳定运行。2011年11月18日1
