简介了首钢35000m³/ｈ空分设备分子筛纯化系统，针对空分设备运行中分子筛纯化系 统出口空气中二氧化碳含量不符合要求的问题，通过对分子筛纯化系统的局部改造及合理操作， 实现了分子筛纯化系统出口空气中二氧化碳含量的正常和稳定，对整套空分设备的长期稳定运行 起到了重要作用。
首钢氧气厂35000m³/ｈ空分设备由液化空气（杭 州）有限公司 （以下简称：法液空） 成套，采用分子 筛吸附净化、增压膨胀、全精馏无氢制氩、稀有气 体全提取以及氧、氩气产品内压缩流程。其分子筛 吸附器采用立式双层径向流结构，由外向内为氧化 铝、分子筛双层布置，中间为过滤筒。分子筛吸附 器的空气、污氮气流向以及内部结构如图１所示。
分子筛纯化系统的运行采用 ＤＣＳ控制系统控 制，有以下１０个步骤：投用、隔离、泄压、放空、 加热、冷吹、隔离、升压、并行和切换。
35000m³/ｈ空分设备自投用以来，一直存在分 子筛纯化系统出口空气中二氧化碳含量偏高的现象。后采取相应措施，排除了此故障。１、故障经过
35000m³/ｈ空分设备自２００５年１０月投入使用， 运行一段时间后就发现分子筛纯化系统出口空气中 二氧化碳含量不是很正常。进入冬季，分子筛纯化 系统出口空气中二氧化碳含量开始增加。２００６年１ 月１６ 日１２∶５０，２ ＃ 分子筛 吸附器 （以下 简称：Ｒ０２） 出口空气中二氧化碳含量达１．２６×１０ －６ ，１ 月１６日１８∶２３，最高达１．２９×１０ －６ （此时空分设备 氧产量３１０００m³/ｈ）。当时分析认为：由于冬天蒸 汽压力不足造成分子筛再生不彻底。只好将空分设备氧产量降低到２８０００ｍ ３ ／ｈ以下。
２００６年４月，３５０００ｍ ３ ／ｈ空分设备检修期间， 对分子筛重新进行特殊再生。空分设备恢复生产 后，初期运行工况稳定，分子筛纯化系统出口空气 中二氧化碳含量符合要求。但是没运行多长时间， 分子筛纯化系统出口空气中二氧化碳含量就逐渐上 升。２００６年６月６日—１６日，分子筛纯化系统出 口空气中二氧化碳含量及空分设备氧产量见表１。
从表１可以看到，分子筛纯化系统的运行还是 不稳定，分子筛纯化系统出口空气中二氧化碳含量 高的问题仍然没有得到解决，Ｅ１０出口空气中二氧 化碳含量更是达到５×１０ －６ （超量程）。为了保证 空分设备运行的安全稳定，２００６年８月１５日检修 期间，对分子筛纯化系统进行重点改造。
２、原因分析
引起分子筛纯化系统出口空气中二氧化碳含量 超标的原因有许多，其中包括：蒸汽加热器的蒸汽 压力太低，温度不够；冷冻机的制冷能力下降，冷 冻水温度过高，从而导致空气温度相对较高。但是 采取相关措施处理后都没有取得较好的效果。后从 ５方面对故障原因进行了探讨。
１） 现场操作条件：对分子筛吸附器的运行条 件做了检查。确认空气预冷系统工作正常，空气入 分子筛吸附器温度、压力和流量在正常范围内，分 子筛再生气温度、流量也在工艺条件范围内。
（２） 空气质量方面：空气中二氧化碳含量的实 际测量值为３２０×１０ －６ ，说明空气中二氧化碳含量 在正常范围内 （在设计允许标准４００×１０ －６ 以内）。
（３） 设计方面：法液空提供给鞍钢、马钢及邯 钢的空分设备，其分子筛纯化系统采取与首钢氧气 厂同样的设计，运行至今还没有发生类似的故障， 分子筛纯化系统运行都比较稳定。因此在考虑到此 问题时，法液空专家认为其分子筛纯化系统本身设计不会有问题。但是首钢氧气厂的技术人员认为设 计问题的可能性较大，因为在首钢北京地区及迁钢 的空分设备 （都为法液空提供） 均出现了分子筛纯 化系统出口空气中二氧化碳含量高的问题。在运行 条件上，首钢的空分设备与鞍钢、马钢及邯钢的空 分设备也无大的区别，所以，出现此问题最可能的 原因是：由于分子筛吸附器的设计余量较小 （首钢 空分设备处理的空气量与其他钢厂的不同），导致 分子筛纯化系统出口空气中二氧化碳含量偏高。所 以在没有找到其他原因之前，设计问题不能被忽视。
（４） 制造方面：首钢氧气厂使用的两台分子筛 吸附器的材料和质量控制与鞍钢等空分设备一样，出厂前的检验也符合要求。法液空重新核定了制造 误差，制造误差也在允许范围内。
（５） 吸附剂方面：分子筛及活性氧化铝的充填 量符合设计要求。分子筛和氧化铝的样品送到法国 通过测试，合格。同时，由于所用的吸附剂均为权 威厂家的产品，因此吸附剂本身造成分子筛纯化系 统出口空气中二氧化碳含量超标的概率很小。排除了以上因素后，技术人员的焦点集中在了 分子筛装填不均匀上，分子筛装填不均匀使某些部 位出现了穿透。为了更准确地分析原因同时为了更 细致地检查分子筛吸附器内各个部位空气中二氧化 碳含量，专门对分子筛吸附器的底部、中部和总管 的空气中二氧化碳含量分别进行监控、测量，发现 分子筛吸附器底部、中部在使用过程中，空气中二 氧化碳含量一直为直线，没有超标 （不超过０．１× １０ －６ ，空气量达到１６６２７５ｍ ３ ／ｈ），而总管空气中二 氧化碳含量在分子筛吸附器使用后期开始增加，其 均值在１×１０ －６ 以上，最高达到１．４３×１０ －６ 。因此 把重点放在了分子筛吸附器的顶部。分析认为可能是由于现场安装的填充口的舱门 没有关严而造成分子筛吸附器顶部空气短路 （如图 ２所示），使分子筛吸附器出口空气中二氧化碳含 量超标。
３ 处理办法
在２００６年８月１５日对分子筛吸附器进行了改 造。关闭原先没有关闭的分子筛吸附器内的填充口 （氧化铝、分子筛） 上的所有舱门，并按照方案给 出的要求，重新添加分子筛和氧化铝，使其高出舱 门３％左右。同时针对分子筛上部的那部分死气采 取了措施，在两个分子筛吸附器上部装填口的法兰 上都加１个ＤＮ１００ｍｍ的死气排放阀，以便在分子 筛加热、冷吹时将分子筛上部那部分死区的气体也 进行再生排除，待冷吹快完后将排放阀再关上，从 而避免那部分死气可能造成的二氧化碳含量超标。同时，为了加强监控，适时对那部分死区的气体进 行分析，增加了１个分析管道，可以对其进行实时 分析。这样在某种程度上可以避免由于死区部分没 有再生彻底而导致的二氧化碳含量超标。
２００６年８月１７日分子筛纯化系统重新投入使 用。在空分设备工况稳定后，从８月２０日开始进 行变负荷操作，同时观测分子筛纯化系统出口空气 中二氧化碳含量。截至２００６年８月２１日１９∶００， 空分设备负荷逐渐由氧产量２１０００ｍ ３ ／ｈ调整至满负 荷 （液氧＋８０００ｍ ３ ／ｈ，液氮－３０００ｍ ３ ／ｈ），分子筛 吸附器 Ｒ０２出口空气中二氧化碳含量相对稳定， 最高只有０．０６×１０ －６ ；而 Ｒ０１在达到满负荷运行 （气氧２７０００ｍ ３ ／ｈ，液氧８０００ｍ ３ ／ｈ） 之前，分子筛 吸附器出口空气中二氧化碳含量 （ＡＩＴ１２３９） 最高 也只达到０．０６×１０ －６ ，但是在满负荷运行 （８月２１ 日１９∶００，常规变负荷２５５００ｍ ３ ／ｈ→２７０００ｍ ３ ／ｈ） 后， Ｒ０１出口空气中二氧化碳含量有所起伏。以下为３ 周期的Ｒ０１出口空气中二氧化碳含量情况：８月２１ 日２３∶２８，最高达到０．２３×１０ －６ ；８月２２日０４∶０３， 最高达到０．３９×１０ －６ ；８月２２日０８∶３６，最高为 ０．２×１０ －６ 。可以看出，分子筛纯化系统出口空气 中二氧化碳含量还是不够稳定 （特别是 Ｒ０１），但 是已经比未加死气排除阀时要好。
法液空工作人员分析认为是由于没有对分子筛 活化导致的，决定通过对分子筛的特殊再生进一步 观察其变化。在不影响生产的情况下，法液空工作 人员制定了以下特殊再生方案。
分子筛特殊再生步骤：第一步，冷吹结束后， 将 分 子 筛 冷 吹、 加 热 的 污 氮 气 压 力 控 制 （ＰＩＣ１２１３Ａ） 的设定值改为１２．３ｋＰａ，此时污氮气去 水冷塔阀 ＰＶ１２１３Ａ 处于手动控制状态。第二步，当分子筛吸附器处于 “放空” 步，全开蒸汽加热器 加热阀ＶＣＢ０３１Ｃ。当分子筛冷吹、加热的污氮气流 量 （ＦＩＣ１２１３） 达到７０００ｍ ３ ／ｈ以上时，自动步进到 “加热” 步。第三步，ＦＩＣ１２１３流量大于８０００ｍ ３ ／ｈ 时，分 别 将 加 热 器 Ｂ、Ｃ、Ｄ 投 入 运 行。此 时 ＰＩＣ１２１３Ａ在自动位置 （设定值１２．３ｋＰａ）。第四步， 当加热结束后，自动进入 “冷吹” 步，加热器自动 断开，将ＰＩＣ１２１３Ａ设定值改为８ｋＰａ，待冷吹控制 阀ＫＶ１２４１打开后，ＰＩＣ１２１３Ａ投入串级模式 （压力 控制ＰＩＣ１２１３Ａ、ＰＩＣ１２１３Ｂ及流量控制ＦＩＣ１２１３Ａ通 过内部联锁相互影响），此时关闭加热阀ＶＣＢ０３１Ｃ。
同时，对ＤＣＳ控制系统内部逻辑程序ＬＣ１２４０、 ＬＣ１２８６和ＬＣ１２１３进行了一些改动，以适合以上的 步骤进行特殊再生。当然，在这期间仍然要进行排 除死气步骤。特殊再生的流路见图３。
在经过几次的分子筛特殊再生加热后，分子筛 吸附器出口空气中二氧化碳含量较为稳定，基本上在０．０１×１０ －６ 到０．０６×１０ －６ 之间。
后来进行常规变负荷与快速变负荷结合的操 作，氧产量从２１０００ｍ ３ ／ｈ增加到３５０００ｍ ３ ／ｈ，加工 空气量达到了１６５０００ｍ ３ ／ｈ，分子筛纯化系统在变 负荷的各个工况下的运行都基本正常。２００６年９ 月１日—２０日分子筛纯化系统及Ｅ１０出口空气中 二氧化碳含量见表２。
４、结束语
分子筛纯化系统作为空分设备的关键系统之 一，其运行效果不佳，直接影响着空分设备的运行 负荷；更何况分子筛纯化系统还是空分设备安全生 产的重要保障。因此，空分设备运行中要密切关注分子筛纯化系统的运行状况，加强监控、巡视，不 断探索和改进其操作方法，通过对出现的故障问题 进行有效的处理，不断优化操作，使空分设备运行 更加安全稳定，确保生产，增加效益，促进企业的 长久发展。
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