分子篩純化系統(tǒng)蒸氣加熱器改造

穆繼偉

（遼陽石化公司動(dòng)力廠，遼寧遼陽111003）

分子篩純化系統(tǒng)蒸氣加熱器改造

穆繼偉

（遼陽石化公司動(dòng)力廠，遼寧遼陽111003）

將KDON-3200/6500型空分裝置蒸氣加熱器改造為電加熱器，并通過對(duì)控制系統(tǒng)的改進(jìn)，解決了加熱器泄漏，效率下降的問題。改造后分子篩運(yùn)行平穩(wěn)，保證了空分裝置長(zhǎng)周期連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

分子篩純化系；蒸氣加熱器；電加熱器

0 前言

KDON-3200/6500型空分裝置分子篩純化系統(tǒng)由2個(gè)互相切換的分子篩吸附器組成，采用吸附法凈化空氣中的水分、二氧化碳、乙炔和其他碳?xì)浠衔?。分子篩吸附劑在常溫下將空氣中的水分、二氧化碳等吸附質(zhì)吸附在其表面上，加熱再生時(shí)利用吸附劑高溫下吸附容量減小的特性，再把吸附質(zhì)解析出來，達(dá)到連續(xù)凈化空氣的目的?？諝獬龇肿雍Y吸附器的露點(diǎn)需要＜-66℃，分子篩再生氣體溫度需要＞170℃，分子篩再生冷吹峰值需要＞100℃。

分子篩純化系統(tǒng)由DCS程序控制器控制，控制器通過9個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)對(duì)分子篩純化系統(tǒng)的控制。每一步驟都設(shè)有為完成該步驟所需的等待時(shí)間及最長(zhǎng)等待時(shí)間。其中卸壓時(shí)間5 min；加熱時(shí)間120 min；冷吹時(shí)間105 min；均壓時(shí)間10 min。分子篩程序可視運(yùn)行工況，按操作人員的要求在自動(dòng)控制與手動(dòng)控制之間互相轉(zhuǎn)換。分子篩蒸汽加熱器投運(yùn)以來運(yùn)行平穩(wěn)。隨著使用年限的增加，為防止蒸汽加熱器泄漏增設(shè)1臺(tái)電加熱器，但使用中電加熱器電熱棒頻繁損壞，使用功率達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，由于電加熱系統(tǒng)不是原設(shè)備設(shè)計(jì)，安裝地點(diǎn)距離分子篩容器較遠(yuǎn)，熱損較大，熱效率低，只是在無蒸汽或蒸汽加熱器泄漏時(shí)，才臨時(shí)切換使用該系統(tǒng)。

1 蒸汽加熱器存在的問題

空分裝置分子篩純化系統(tǒng)蒸汽加熱器在長(zhǎng)期使用過程中，由于蒸汽的長(zhǎng)期沖刷，加熱管束管壁明顯減薄。經(jīng)多次檢修堵漏，部分加熱管束已被堵死，換熱效率明顯下降，已不能滿足生產(chǎn)運(yùn)行需要。雖然幾次出現(xiàn)蒸汽加熱器泄漏事故都能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，但分子篩吸附能力已經(jīng)明顯下降，判斷蒸汽加熱器是否泄漏的技術(shù)手段滯后，只能通過二氧化碳在線分析儀報(bào)警提示，等到冷吹時(shí)將蒸汽加熱器污氮入口閥關(guān)閉，在蒸氣加熱器底部的污氮側(cè)吹除閥處，用小鏡子試驗(yàn)是否有水蒸氣附在鏡子表面。當(dāng)觀察到吹除閥有水蒸氣排出時(shí)，分子篩吸附劑已受到嚴(yán)重污染，空分系統(tǒng)將被迫停車，重新活化分子篩，但活化效果并不理想。

2 改造方法

拆除原分子篩再生系統(tǒng)的蒸汽加熱器和電加熱器，更換為2臺(tái)電加熱器，互為備用，主流程采用原電加熱器流路，電加熱器加溫閥保留，蒸氣加熱器加溫閥取消。將原加熱時(shí)間和電加熱器通電時(shí)間一致（120 min），改為加熱115 min，加熱器聯(lián)鎖停電；電加熱器繼續(xù)通入污氮5 min后再切換，避免電加熱器切換與斷電同時(shí)進(jìn)行，造成電加熱器余熱過高，縮短使用壽命。電加熱器氣體出口溫度由可控硅調(diào)功器進(jìn)行調(diào)節(jié)，并增設(shè)溫度高報(bào)警，高高聯(lián)鎖控制。

2.1 設(shè)備選型

新增電加熱器由電加熱器和控制系統(tǒng)兩部分組成，發(fā)熱元件采用具有良好耐蝕性、耐熱性，以及較好的冷作成型和焊接性的SUS304不銹鋼無縫管作為保護(hù)套，采用電氣物理特性穩(wěn)定、高溫力學(xué)性能好，冷變形塑性好，長(zhǎng)期使用不會(huì)產(chǎn)生脆性斷裂的Cr20Ni80電阻電熱合金絲，經(jīng)壓縮工藝成型。控制部分采用數(shù)字電路，集成電路觸發(fā)器、可控硅等組成可調(diào)測(cè)溫、恒溫系統(tǒng)。

新增2臺(tái)電加熱器為立式，額定功率360 kW/臺(tái)，1用1備。工況Ⅰ：通過氣量5000 m3/h，出口溫度220℃。工況Ⅱ：通過氣量7000 m3/h，出口溫度170℃。

2.2 設(shè)備結(jié)構(gòu)

電加熱器為直立圓筒式結(jié)構(gòu)，由多只管狀電熱元件和筒體組成，管狀電熱元件是在金屬管內(nèi)放入高溫電阻絲，空隙部分填入具有良好絕緣性和導(dǎo)熱性能的結(jié)晶氧化鎂粉，采用管狀電熱元件做發(fā)熱體。再生氣從上部進(jìn)入，通過電熱管組件使氣體溫度升高，再從下部出去進(jìn)入分子篩吸附器，電加熱器電熱元件共27支，每支15 kW，共405 kW。額定功率360 kW，接線24支，另有3支未接線，45 kW作為備用件預(yù)留在設(shè)備中，三項(xiàng)電源380 V，50 Hz。

2.3 控制系統(tǒng)

（1）AI808型數(shù)顯溫度控制柜，采用數(shù)顯溫度調(diào)節(jié)儀，集成電路觸發(fā)器，大功率可控硅和測(cè)溫元件組成測(cè)量、調(diào)節(jié)、控制回路。電加熱過程中，測(cè)溫元件將電加熱器出口溫度電信號(hào)送至數(shù)顯溫度調(diào)節(jié)儀進(jìn)行放大、比較后顯示測(cè)量溫度值。同時(shí)輸出4～20 mA電流信號(hào)至可控硅觸發(fā)器組件的輸入端，控制輸出脈沖相位，從而控制可控硅導(dǎo)通角度，實(shí)現(xiàn)良好的控制精度和調(diào)節(jié)性。

（2）將原分子篩再生污氮流量指示報(bào)警回路改為流量指示報(bào)警聯(lián)鎖回路。當(dāng)污氮流量達(dá)到低限時(shí)，控制室報(bào)警，當(dāng)污氮流量達(dá)到低低限時(shí)聯(lián)鎖停電加熱器；在電加熱器出口設(shè)置溫度指示報(bào)警聯(lián)鎖，當(dāng)溫度達(dá)到高限時(shí)，控制室報(bào)警，當(dāng)溫度達(dá)到高高限時(shí)，聯(lián)鎖停電加熱器；設(shè)有電加熱器爐膛溫度超高自動(dòng)斷電保護(hù)，防止電加熱器干燒造成電熱元件損壞。

（3）由于控制系統(tǒng)一直沒有升級(jí)更新，微機(jī)系統(tǒng)配置較低，導(dǎo)致內(nèi)部的原程序不易改動(dòng)，為實(shí)現(xiàn)取消加溫閥和在分子篩加熱115 min時(shí)聯(lián)鎖停電加熱器，又不影響切換程序運(yùn)行，將加溫閥的開關(guān)信號(hào)在控制柜內(nèi)短接和設(shè)立一個(gè)單獨(dú)的計(jì)時(shí)程序計(jì)時(shí)。電加熱器控制測(cè)量點(diǎn)及參數(shù)見表1。

表1 電加熱器控制測(cè)量點(diǎn)及參數(shù)

3 改造效果

改造前原電加熱器分子篩再生氣體溫度165℃，再生氣量≤5000 m3/h；蒸汽加熱器分子篩再生氣體溫度165℃，再生氣量≥6000 m3/h。再生出口氣體溫度冷吹峰值≤100℃，只達(dá)到分子篩再生需要的低限，分子篩中的水分、二氧化碳基本能解析，但隨著分子篩使用周期的增加，其吸附容量下降，吸附后期就會(huì)出現(xiàn)分子篩純化系統(tǒng)出口空氣中的二氧化碳含量上升的現(xiàn)象。

改造后的電加熱器分子篩再生氣體溫度179℃，再生氣量≥6000 m3/h，再生氣體出口溫度冷吹峰值≥120℃，分子篩再生效果良好。

分子篩再生加熱器改造投用后，由于設(shè)計(jì)配置合理，使再生氣量和溫度保持在最佳狀態(tài)，滿足了分子篩再生需求，分子篩再生指標(biāo)達(dá)到了要求，安全性經(jīng)濟(jì)性得到了提高，保證了空分設(shè)備的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

〔編輯李波〕

TB657.9

B

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2016.12.35