酒泉鋼鐵(集團)有限公司(以下簡稱：酒鋼)于2003年秋季開始籌建3套21000m3/h空分設備，同期配套建設球罐調壓系統、液體儲存和汽化系統、氣瓶充裝檢驗系統以及站內閉路循環水系統等。工程于2005年底順利建成投產。在建設過程中，酒鋼和設備施工、安裝單位緊密結合，并參考了同行業的調試經驗，會同設計、供貨和安裝單位，在安裝試車過程中針對現場設備實際情況，在系統安裝和調試過程中積累了大量的操作經驗。
現結合設備調試中分子篩純化系統出現的幾次故障，以及國內同行在日常工作和設備調試、安裝中出現的同類故障，對分子篩純化系統常見故障及其處理經驗作一總結，供參考。
1 21000m3/h空分設備分子篩純化系統簡介
酒鋼21000m0/11空分設備分子篩純化系統設計處理空氣量150000m3/h，空氣進口溫度17℃，出口溫度24℃，分子篩再生溫度170℃，切換周期為4小時。分子篩吸附器采用活性氧化鋁和分子篩雙層床結構，延長了分子篩的使用壽命，同時使床層阻力減少。內裝13X-APG條形分子篩22t，活性氧化鋁11t。每套空分設備配有630kW功率的電加熱器3臺，2用1備。
酒鋼21000m3/h空分設備分子篩純化系統流程如圖1所示。
2分子篩純化系統常見故障分析和處理
2．1 操作不當使分子篩純化系統發生故障
2005年冬季，按照酒鋼計劃，1#21000m3/h空分設備配合生產主線進行停機檢修。空分設備停機后，進行疏通氧壓機冷卻器的工作。其間，發現空壓機放空閥法蘭處大量滲水。技術人員當時就意識到可能是空冷塔返水。后來經過仔細檢查，發現常溫水泵的進出口閥門沒有關嚴，系統冷卻水通過水泵進入空冷塔，水位逐漸上升，進入空氣管道后經放空閥法蘭處滲出。隨后立即打開分子篩吸附器進口處排水閥V1262進行檢查，沒有水流出。證明水沒有進入分子篩純化系統。如果有水進入分子篩純化系統，則必須進行處理后才能繼續工作。后來在空分設備正常運行時，兩個分子篩吸附器的冷吹峰值分別為115℃和118℃，說明分子篩純化系統運行正常。
酒鋼空分設備曾發生過因操作不當導致水分進入分子篩純化系統的故障。3#6000m3/h空分設備臨時停車，操作工關閉空冷塔進出口閥門后發現排水閥V1262處流出大量水。檢查發現，由于空冷塔回水閥V1164沒有完全關閉，加之止回閥V1165存在故障，導致有壓回水經回水管道進入空冷塔，最后水位上升，導致水進入分子篩純化系統。在開車過程中，用兩個運行周期的時間將分子篩徹底加溫，使其冷吹峰值達到85℃以上后，才投用分子篩純化系統。
2006年7月13日，1#21000m3/h空分設備1#分子篩吸附器進入加熱階段，2#電加熱器正常啟動，溫度上升至1700C，而3#電加熱器由于故障未啟動(1#電加熱器備用)，也無任何報警，操作工也未能及時發現，致使1#分子篩吸附器內分子篩再生不徹底，冷吹峰值未達標。故障發生后，迅速采取相應措施：①縮短2#分子篩吸附器內分子篩的加熱及冷吹時間，減少1#分子篩吸附器的運行時間；②提高電加熱器出口溫度，將原設計出口溫度1700C提高到1900C，使2#分子篩吸附器內分子篩能夠快速再生，盡早投入使用，縮短1#分子篩吸附器的運行時問；③啟動冷凍機，降低空氣出空冷塔溫度，減少空氣飽和水含量。在操作過程中，嚴密監視分子篩吸附器進出口溫差，通過溫差判斷分子篩純化系統工作情況。通過采取以上措施，1#分子篩吸附器使用一周期后，冷吹峰值達到1300C，出分子篩吸附器空氣中二氧化碳含量為0.44×10-6沒有增加，分子篩純化系統壓差無變化。
2007年6月25日，當班操作工發現2#分子篩吸附器無冷吹峰值，立即聯系自動化技術人員對相關系統進行檢查。經過檢查，確認溫度等顯示正常。對V1212閥也進行了檢查，發現本應處于打開狀態的V1212閥此時卻關閉。按照正常運行程序，分子篩純化系統各控制時序運行切換有兩個條件：①設定時間到位；②閥門動作到位。只有以上兩個條件同時滿足，程序才能繼續運行切換到下一個過程，否則程序將自動暫停并開始報警。從現場情況分析，程序一直能自動運行。由此判斷，在分子篩純化系統控制時序到達加熱狀態時，V1212閥正常打開，程序繼續運行。但在后來的過程中，V1212閥的控制系統出現故障，導致閥門關閉，致使2#分子篩吸附器內分子篩未能正常活化再生。隨即要求自動化技術人員立即對V1212閥控制系統進行處理；并且安排空分設備臨時停車，對分子篩進行活化后再投入使用。
2.2空冷塔就地液位計冬天凍堵導致分子篩吸附器進水
這種故障往往發生在空分設備試車過程中。冬季試車時，中國西北地區的室外溫度一般在-20℃左右，凌晨最低氣溫可達到-300C左右，這對空分設備空氣預冷系統以及室外儀控設備的運行是嚴峻考驗。按照設計慣例，為適應北方的氣候條件，一般將空氣預冷系統的空冷塔、水冷塔和水泵等放置在室內，并采取保溫措施。
某公司在冬季進行空分設備試車時，由于沒有考慮到外界環境低溫對設備運行的不利影響，對可能導致的后果考慮不足，采取的保溫措施不得當，致使空冷塔就地液位計凍堵，同時造成中控室DCS控制系統無法正常顯示空冷塔液位。試車人員對由此可能造成故障的嚴重性估計不足，未采取有效防范措施，致使空冷塔液位無法正常控制，液位上升到空氣入口處，汽液互相摻混，空冷塔頂部汽液分離器無法將全部液體分離，致使空氣夾帶大量水氣進入分子篩純化系統，發生分子篩吸附器進水故障。
故障發生后，先恢復被凍堵的液位計以及取樣管，并逐一檢查了其他水系統測量以及控制系統一次取樣點，采取了保溫措施，然后對分子篩純化系統進行了加溫處理。之后空分設備恢復正常運行。
2．3 空氣壓力波動造成分子篩純化系統進水
某公司在空分設備吹掃和試車過程中，發生了兩起分子篩純化系統進水故障，在分子篩純化系統空氣進口的疏水閥處有大量水噴出。經過分析，發現是由于空分系統操作壓力變化的幅度過大，在設備冷卻過程中氣流分配不合理，對管道吹除閥操作過快、過急，使空氣預冷系統壓力大幅度波動，空氣流夾帶大量水流向分子篩純化系統。加之在吹掃作業中不斷調整分子篩純化系統的出口閥開度，導致空壓機后和空氣預冷系統壓力變化幅度大，而且未及時監視和控制空氣預冷系統空氣壓力，使冷卻水竄入分子篩純化系統。同時，試車過程中空氣預冷系統停車聯鎖未投入運行，空分設備不能在出現異常情況時自動聯鎖停車也是故障發生的原因之一。
故障發生后，將電加熱器出口溫度設定值由180℃提高到220℃，并延長分子篩吸附器的加溫和冷吹時間。調整后空分設備恢復正常運行。
2．4分子篩床層不平整導致冷吹溫度峰值不正常
在其他制氧企業曾經出現過這樣的故障：在瀏覽分子篩吸附器溫度曲線的趨勢圖時，發現正常的冷吹溫度峰值在100℃左右，而近期冷吹溫度峰值出現了兩個，分別為73℃和75℃。也就是說，在冷吹曲線上出現了兩個峰值，但都很低。另外，冷吹溫度曲線的形狀也有些“發胖”。正常情況以及異常情況下，分子篩吸附器再生階段出口溫度曲線由圖2、3所示
查看歷史趨勢中的操作信息記錄，發現有一條記錄是2#分子篩吸附器入口閥V1202打開后又關閉、緊接著2#分子篩吸附器再生排放閥又打開的異常操作。
針對分子篩吸附器冷吹溫度曲線有兩個峰值現象，在理論上作了分析：一個平整的分子篩床層，任何一個截面的溫度梯度不會有太大的變化，冷吹溫度曲線應該比較規則。當分子篩床層厚薄不均勻時，較薄處由于分子篩對再生氣阻力較小，流過的氣量就多，分子篩溫度變化比較大；而較厚處的情況正好相反。這樣，在該水平表面的各處溫度不能同時到達峰值。吸附層表現為一個曲面，而正常的吸附層應該是一個分層吸附的平面。因此，冷吹溫度曲線就會根據分子篩床層的厚薄而出現多個值。
空分設備臨時停車，打開2#分子篩吸附器人孔，發現分子篩床層表面中間有一個直徑300～400mm的坑，坑周邊分子篩比其他各處厚，坑的中心小部分分子篩已成碎末。檢修人員把粉狀分子篩取出后，將坑扒平并封好人孔。分子篩純化系統重新投用后冷吹溫度峰值正常。
2.5冷卻水系統藥劑投加失誤造成分子篩純化系統進水
空分設備冷卻水系統一般采用閉路循環。為了保證水質指標穩定，需要定期分析水質，同時根據需要投放殺菌滅藻劑、緩蝕阻垢劑及其他藥劑。2006年2月，某公司因為冷卻水系統加藥時沒有按照規程執行，導致空分設備停車事故，氧氣供應中斷121小時22分鐘，影響了公司正常的生產組織和主要產品產量完成計劃，致使2月全公司鐵、鋼、材產量全面欠產，經濟損失十分嚴重。
故障發生當天，操作人員向循環水水池投加殺菌滅藻劑。但沒有按規定向上級匯報，也沒有通知空分設備主控室。更為嚴重的是，規程規定1#、2#、3#吸水井一共投加10桶藥劑，但操作人員沒按秘序先加入消泡劑，而且錯誤地理解為每個吸水井投加10桶，于是將28桶殺菌滅藻劑一次全部加入循環水1#、2#吸水井。
其后空分設備主控室發現分子篩吸附器壓差上升并報警，氧壓機、氮壓機聯鎖停車。空分設備停車后，由于制氧崗位人員還不知道冷卻水系統發生了嚴重的違章操作，只是對主體設備進行了檢查。在沒有將停機原因徹底查清的情況下，就將空壓機升壓并送氣。之后計算機再次報警，分子篩吸附器壓差變大。再次查找原因，才發現是循環水水質惡化導致分子篩吸附器進水所致。
一次性將大劑量的殺菌滅藻劑投入到水中，殺菌滅藻劑和冷卻水產生強烈的水解反應，在未及時投入消泡劑的情況下，其中的水解物與表面活性劑形成大量泡沫。泡沫隨冷卻水進入空冷塔中，在空冷塔內堆積到一定程度后，隨空氣進入分子篩純化系統，使分子篩失去吸附能力。而且，在第一次分子篩吸附器壓差上升報警后，崗位操作工沒有引起重視，僅依據計算機顯示數據判斷，認為是壓差儀表誤動作，在沒有徹底查清原因前就二次開機，致使事態進一步惡化。
在分析故障原因后立即采取了以下措施：①關小空壓機進口導葉，以減少空氣量，空壓機機后保壓至0．5MPa；②用未帶水的分子篩吸附器活化后的空氣，對帶水的分子篩吸附器內的分子篩進行活化再生；③加大水池新水補人量，降低循環水中藥劑濃度，同時向水池中投加消泡劑，以消除泡沫。采取上述措施后，活化處理仍然無效，空分設備被迫停車。緊急更換了全部受損分子篩，并提前對空分設備進行檢修，才徹底解決了問題。
3結束語
分子篩純化系統在空分設備中起到除凈碳氫化合物、二氧化碳和水分等雜質的作用，若發生故障，必將對空分設備的安全運行造成很大的威脅。因此，平時操作應按操作規程進行，密切注意其各個運行參數的變化。一旦運行參數發生變化，要盡快找出原因并及時處理，以便將其對整套空分設備正常運行的影響減到最小。
