分子篩吸附器底部床層在線堵漏的探索與應(yīng)用

張砷釔，榮林

分子篩吸附器底部床層在線堵漏的探索與應(yīng)用

張砷釔，榮林

（河南龍宇煤化工有限公司，河南 永城 476600）

臥式分子篩吸附器廣泛應(yīng)用于空分裝置中，其床層的好壞決定著分子篩吸附器能否高效、長(zhǎng)周期的運(yùn)行，當(dāng)分子篩吸附器內(nèi)部出現(xiàn)問題時(shí)，通常采用停車的方式進(jìn)行檢修，但當(dāng)?shù)撞看矊映霈F(xiàn)微量或少量泄漏時(shí)，停車檢修往往會(huì)造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。根據(jù)實(shí)際案例，對(duì)分子篩吸附器底部床層在線堵漏的嘗試、探索、應(yīng)用及效果進(jìn)行簡(jiǎn)述。

分子篩吸附器；床層；在線堵漏；探索

分子篩吸附器是空分裝置中純化系統(tǒng)最關(guān)鍵的設(shè)備，經(jīng)透平壓縮機(jī)壓縮后的空氣進(jìn)入空氣冷卻塔，被冷卻至15 ℃左右后進(jìn)入分子篩吸附器內(nèi)，空氣中所含有的水、乙炔、二氧化碳等雜質(zhì)相繼被吸附清除，從而保證后續(xù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行[1]。分子篩吸附器按照結(jié)構(gòu)形式有立式和臥式兩種之分，內(nèi)部均填充分子篩和氧化鋁用于吸附再生[2]。其中臥式分子篩吸附器占地面積大，氣量分布不均勻，時(shí)間久了床層容易發(fā)生下沉，易受到?jīng)_擊造成床層損壞。

1 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)述

河南龍宇煤化工有限公司空分裝置分子篩吸附器為開封空分設(shè)計(jì)，臥式結(jié)構(gòu)，罐體直徑約4.6 m，總長(zhǎng)度約18 m，空氣進(jìn)口為中間對(duì)稱分布，由分子篩吸附器底部進(jìn)入；出口在分子篩吸附器上側(cè)，與底部進(jìn)口對(duì)稱分布。上下各有一層檢修床層用于檢修作業(yè)，中間一層為最重要的填料支撐床層，用于支撐分子篩內(nèi)部的填料，分子篩吸附器內(nèi)的設(shè)計(jì)值為氧化鋁14.2 t，裝填高度250 mm；分子篩61.3 t，裝填高度1 250 mm。結(jié)構(gòu)形式為氧化鋁下方為填料支撐床層，氧化鋁上方鋪設(shè)絲網(wǎng)用于避免與分子篩混裝，絲網(wǎng)上方堆放分子篩。吸附時(shí)，空氣由底部進(jìn)入分子篩經(jīng)吸附后從上方流出；再生時(shí)，再生氣由上方進(jìn)入底部吹出，對(duì)內(nèi)部的分子篩及氧化鋁進(jìn)行再生反吹。

2 實(shí)際案例

2021年10月1日，筆者公司工藝班組在巡檢過程中，發(fā)現(xiàn)1#分子篩吸附器周圍地面上散落較多的分子篩顆粒，對(duì)地面吹落的分子篩進(jìn)行打掃與觀察，懷疑分子篩底部填料支撐床層泄漏，氧化鋁順破損處泄漏至底部筒體內(nèi)，后隨再生氣體經(jīng)放空管線吹出散落至地面。經(jīng)過多天觀察，每周期吹出的分子篩不斷增多，漏點(diǎn)有擴(kuò)大趨勢(shì)，必須盡快進(jìn)行消漏，保證分子篩吸附器的正常運(yùn)行。

3 原因分析與評(píng)估

經(jīng)與行業(yè)維修廠家及原廠家多方面聯(lián)系進(jìn)行原因分析，分析出現(xiàn)床層泄漏現(xiàn)象的主要原因應(yīng)為吸附器的應(yīng)力與變形及熱腐蝕、熱變形等[3]。因公司分子篩是臥式結(jié)構(gòu)，填料支撐床層上方堆置填料共75.5 t，板網(wǎng)存在較大的應(yīng)力和變形，再加上運(yùn)行時(shí)受正流氣體和反吹氣體的不斷沖擊，底部床層的漏點(diǎn)會(huì)不斷的擴(kuò)大。內(nèi)部氧化鋁及分子篩不斷的泄漏，會(huì)造成內(nèi)部分子篩床層的不平整，嚴(yán)重影響分子篩的吸附效果，造成空氣短路出口CO2含量升高，堵塞主冷內(nèi)部的管道、閥門等，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起碳?xì)浠衔镞M(jìn)入主冷造成主冷爆炸、冷箱坍塌等現(xiàn)象[4]；在再生過程中，污氮?dú)膺M(jìn)行反吹，加大漏點(diǎn)的泄漏量，不斷地造成漏點(diǎn)擴(kuò)大，同時(shí)大量的分子篩及氧化鋁泄漏出，造成分子篩及氧化鋁大量的浪費(fèi)；當(dāng)泄漏點(diǎn)達(dá)到臨界值時(shí)，會(huì)出現(xiàn)床層坍塌現(xiàn)象[5]，內(nèi)部的氧化鋁及分子篩會(huì)大量地流入進(jìn)口管道和底部筒體內(nèi)，造成裝置緊急停車檢修。分子篩吸附器損壞需極長(zhǎng)的檢修時(shí)間進(jìn)行檢修，同時(shí)需對(duì)內(nèi)部床層進(jìn)行整體檢修和更換，對(duì)管道進(jìn)行吹掃，對(duì)后續(xù)系統(tǒng)的管道、換熱器進(jìn)行清理、吹掃分子篩粉末等[6]，造成裝置大面積停車且無法短時(shí)開車，形成極大的生產(chǎn)安全事故。

同時(shí)因筆者公司的分子篩吸附器前期運(yùn)行時(shí)受到過沖擊，分子篩已出現(xiàn)破損、粉末化現(xiàn)象，吹出的分子篩接觸到空氣變成吸附飽和狀態(tài)，且在裝置大修時(shí)已經(jīng)進(jìn)行扒裝一次，無法再進(jìn)行扒裝，如若進(jìn)行停車檢修，則必須更換新分子篩和氧化鋁，費(fèi)用較高，加上緊急采購、裝置停車等各種費(fèi)用，總損失巨大。最終，公司決定嘗試先對(duì)分子篩吸附器內(nèi)部進(jìn)行在線檢查、檢修、在線堵漏。

4 在線堵漏的探索

因分子篩吸附器共兩臺(tái)，一臺(tái)再生一臺(tái)吸附交替運(yùn)行，程序步驟共有10步，由PLC程序自動(dòng)控制[7]，每臺(tái)吸附器吸附約4 h，再生約4 h，4 h一切換，8 h一循環(huán)。為此，公司決定在2#分子篩吸附器吸附時(shí)，根據(jù)1#分子篩吸附器的再生步驟，對(duì)程序進(jìn)行人為的手動(dòng)控制，暫停自控程序，對(duì)1#分子篩吸附器進(jìn)行維修。

4.1 程序控制分析，選定暫停步驟

經(jīng)過分析，選取1#分子篩吸附器處于再生過程中泄壓階段后期或者冷吹階段末期時(shí)，當(dāng)內(nèi)部壓力卸完后，對(duì)1#分子篩吸附器底部人孔進(jìn)行打開進(jìn)入檢查。因分子篩再生氣閥門無法完全隔離，同時(shí)冷吹后期的氣體為污氮?dú)猓瑑?nèi)部污氮?dú)夂扛?，為保證人員安全，進(jìn)入人員全部佩戴長(zhǎng)管呼吸器[8]。

4.2 根據(jù)作業(yè)天氣，選定每次暫停時(shí)間

因程序暫停加長(zhǎng)了2#分子篩吸附器的吸附時(shí)間，導(dǎo)致分子篩吸附過于飽和，會(huì)增加2#分子篩出口的CO2含量，影響裝置運(yùn)行；同時(shí)天氣溫度越高，空氣中水分越大，分子篩吸附飽和越快。為此，每次暫停時(shí)間必須根據(jù)天氣溫度、CO2含量情況進(jìn)行嚴(yán)格控制程序暫停時(shí)間，天氣溫度越低、CO2含量越低，暫停時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，約在25～45 min之間。

4.3 查漏

在程序暫停后，快速打開人孔，人員迅速進(jìn)入，對(duì)底部床層泄漏部位進(jìn)行檢查。經(jīng)過多次進(jìn)入檢查與堵漏觀察，依次發(fā)現(xiàn)底部床層板網(wǎng)與筒體本身連接處（如圖1、圖2所示）、板網(wǎng)與板網(wǎng)之間連接處及板網(wǎng)支撐梁與筒體T型連接處出現(xiàn)漏點(diǎn)，如圖3、圖4所示，此次在線檢查共計(jì)檢查出18處漏點(diǎn)，較大處6處。

4.4 在線堵漏

因分子篩床層與其他漏點(diǎn)不同，且漏點(diǎn)部位隱蔽，存在正反流氣體且內(nèi)部禁油[9]，無法采取常規(guī)堵漏措施。為此進(jìn)行多次試驗(yàn)與嘗試，主要堵漏措施如下：

圖1 底部床層板網(wǎng)與筒體

圖2 底部床層板網(wǎng)與筒體示意圖

圖3 板網(wǎng)與板網(wǎng)之間連接處示意圖

圖4 T型連接示意圖

a）對(duì)泄漏處進(jìn)行填塞絲網(wǎng)，夜間觀察后發(fā)現(xiàn)有效果但作用不持久；

b）尋找密封膠進(jìn)行密封，對(duì)中性硅酮結(jié)構(gòu)密封膠、耐高溫原子灰配固化劑、樂泰207等進(jìn)行嘗試、填充與密封，經(jīng)觀察部分漏點(diǎn)部位有效果，如圖5所示。

c）針對(duì)仍泄漏部位，如孔格、縫隙等部位，上述方式無效時(shí)使用角鐵、扁鐵、鋼板等方式進(jìn)行填充焊接，將泄漏部位徹底堵死。

d）對(duì)上述仍有地方泄漏的，周圍使用絲網(wǎng)填縫、樂泰207打膠填縫涂抹，如圖6所示。

圖5 底部床層板網(wǎng)與筒體

圖6 鋼板焊接后涂抹密封膠

4.5 平整、清理、回填床層

對(duì)床層進(jìn)行平整，清理吹出分子篩，對(duì)分子篩過篩等回填。在暫停程序時(shí)，人員進(jìn)入分子篩上部，平整分子篩床層；同時(shí)進(jìn)入下部，對(duì)人孔下方泄漏出的分子篩進(jìn)行收集裝袋，與吹出的分子篩一起過篩后進(jìn)行裝填，減少損耗量，保證吸附效果[10]。

4.6 更改程序運(yùn)行時(shí)間

每次進(jìn)入分子篩吸附器內(nèi)部檢修完畢后，在后面的周期內(nèi)暫停1#分子篩加熱程序10 min，延長(zhǎng)1#分子篩的加熱時(shí)長(zhǎng)，對(duì)其進(jìn)行特殊再生，保證1#分子篩的吸附效果和再生效果。

經(jīng)以上堵漏方式，歷經(jīng)15天，將近20多次暫停程序?qū)⒙c(diǎn)全部進(jìn)行消除，進(jìn)行多次觀察現(xiàn)漏點(diǎn)已堵住，泄漏量極小，分子篩吸附器運(yùn)行正常，出口二氧化碳含量正常。

5 結(jié)束語

1）以往的分子篩吸附器內(nèi)部檢修，均在裝置停車時(shí)才可作業(yè)，此次在兩臺(tái)分子篩吸附器切換過程中作業(yè)，屬于裝置在線作業(yè)，實(shí)現(xiàn)了分子篩吸附器不停車內(nèi)部檢修，是分子篩床層在線消漏的一種探索與應(yīng)用，同時(shí)此維修保證了分子篩吸附器的正常運(yùn)行，無損吸附器的運(yùn)行效果，不影響分子篩及整套空分裝置的整體運(yùn)行。

2）此次探索對(duì)分子篩吸附器在線檢修理論進(jìn)行了實(shí)踐與驗(yàn)證，積累了一定的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，并創(chuàng)新出了分子篩吸附器在線堵漏和床層在線堵漏的方法、方式，為其他裝置內(nèi)的分子篩吸附器及其他同種類型的吸附器檢修積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。此次在線堵漏的實(shí)踐，同時(shí)亦是在線裝填分子篩、在線平整分子篩床層的實(shí)踐。

3）此次利用對(duì)分子篩吸附器自動(dòng)化控制程序進(jìn)行人為的控制，通過調(diào)整分子篩吸附器的程序運(yùn)行時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了短暫時(shí)間內(nèi)對(duì)分子篩吸附器進(jìn)行內(nèi)部檢查、檢修，并通過調(diào)整程序時(shí)間，實(shí)現(xiàn)對(duì)分子篩內(nèi)部的特殊再生。

4）分子篩吸附器內(nèi)部為無油狀態(tài)，此次堵漏嘗試了不同的密封膠及新型材料，驗(yàn)證了中性硅酮結(jié)構(gòu)密封膠、耐高溫原子灰配固化劑等密封膠在分子篩內(nèi)無油狀態(tài)下的使用效果。

5）此次對(duì)床層進(jìn)行在線堵漏所采取的方式在以往的分子篩吸附器檢修過程中從未采用過，探索出了新型的分子篩床層堵漏方式。

6）此在線堵漏方式適用于床層相對(duì)完好、破壞率較低、漏點(diǎn)泄漏部位較小的床層，不適用床層受到?jīng)_擊或損壞嚴(yán)重、泄漏部位較大的床層。

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Exploration and Application of On-line Plugging of Bed at the Bottom of Molecular Sieve Adsorber

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(Henan Longyu Coal Chemical Co., Ltd., Yongcheng Henan 476600, China)

The horizontal molecular sieve adsorber is widely used in the air separation unit. The quality of its bed is the key influence factors to the efficient and long-term operation of the molecular sieve adsorber. When there are problems in the molecular sieve adsorber, the mode of shutdown maintenance is usually adopted. However, when there is a small amount of leakage in the bottom bed, shutdown maintenance will cause huge economic losses. Based on practical cases, the attempt, exploration, application and effect of on-line plugging in the bottom bed of molecular sieve adsorber were briefly described.

Molecular sieve adsorber; Bed; Online plugging; Exploration

2021-11-05

張砷釔（1995-），男，河南省武陟縣人，助理工程師，2016年畢業(yè)于中原工學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)，研究方向：空分裝置設(shè)備管理，大機(jī)組管理。

TQ051.8+6

A

1004-0935（2022）06-0841-04