2010年第l2期
2010年l2月
化学工程与装备
ChemicalEngineering&Equipment97
制氢装置PSA系统运行状况分析
张良军
喇叭网罩(中国石油独山子石化公司，新疆独山子833600)
摘要：本文介绍了PSA的工艺原理及独山子石化制氢装置PSA系统的运行状况.并针对PSA系统运
行过程中出现的程序运行故障，程控阀内漏及液压系统运行故障等问题进行了分析，并提出了相应的 处理措施.
关键词:PSA系统：程序：程控阀；内漏；液压系统；措施
独山子石化公司制氢装置氢气提纯采用PSA工艺，设计
量为80000Nm3/h，产品氢纯度大于99.95%，设计操作区间
为30~/o--I10%.PSA系统采用了成都华西科技公司气体提纯
工艺技术，该系统自2009年7月份投产运行以来.发生了很
多诸如程控阀漏油导致的非计划停工,PSA程控阀开关故障
导致连续切塔转化炉出口温度超温及PSA程序故障导致压
力曲线异常等影响装置正常运行的问题.本文分析了这些故
障的原因，并针对性的提出了对策，有效的保证了PSA系统
长周期安全平稳运行.
I工艺技术
来自造气部分压力为2.6MPa.温度40"12的变换气与来
机器人拳击自新区的苯乙烯尾气混合后进入PSA系统，原料气自吸m
塔底部进入处于吸附状态的吸附塔内，在吸附塔内多种吸附 剂的依次选择吸附下，将混合气体中的易吸附组分吸附不易吸附的组分从床层的一端流出，然后降低吸附剂床层的
力.使妓吸附的组分脱附出来，从床层的另一端排出，从而
实现了气体的分离与净化，同时也使吸附剂得到了再生.该
中式汉堡包过程除去火部分杂质，获得纯度火于99.95%的氢气，经压
力调节系统稳压后送至新区相关的加氢装置.塔底解析气经稳后送至转化炉作为燃料.
PSA系统在制氢装置中非常关键的操作单元，必须保证
PSA系统稳定安全运行,PSA装置必须具备故障诊断系统雨水弃流井
及程序切换系统.另外由于前工序造气系统的变化，进人
PSA系统的原料气工况{；直时会发生变化,PSA系统还必须具蔷自适应智能化操作的功能.该系统10-3.4运行模式,
十塔运行时，始终足三塔旧时在吸附状态.删次均压过程.
为提lf:i装踅运行的连续性和可靠性，本装置还编制1r一奁自动切塔恢复程序.当某一台吸附塔lll现故障时，可将该塔
切除，让剩余的9个吸附塔运行9.2.4模式，如果得柯一台
吸附塔出现故障则可继续切除，运行8-2.3模式，依次类推.
最终可以运行5塔模式，实现不停工在线处理故障塔的功能.当被切除塔故障排除后，为了减少系统波动，避免出现
安全事故，该系统设计的自动恢复软件能够自动到最佳状态恢复，吸附塔恢复总是从解吸阶段切入的，最大限度的减
少了恢复塔对系统的影响.保证产品氧纯度合格.
2装置运行状况
(1)程控阀故障频繁，程控阀内漏现象出现的次数较
多，程控阀阀检报警也频繁出现，导致脱附气压力及流量波
动较火，转化炉出口温度经常超温，影响了装置安全运行. (2)液压油系统故障，液压油线发生过大量漏油现象,
短时问内油箱油位降至PSA液压油联锁停车油位35%以下, PSA发生非计划停工事故，相关三套加氡装置随即联锁停
一个度导航工.
(3)PSA程序故障.吸附塔压力曲线异常.
3生产运行过程中出现的异常情况分析
3.I程控阀运行状况
3.1.1程控阀行动迟缓
2009年3月,PSA系统运行过程中，突然程控阁
XCV2004J阁检报警，从DCS上发现该程控阀未及时关闭, 程控阔XCV2003J已经打开，短时问内GH三塔连续自动
切除，转化炉出口温度瞬间达到88O℃，接近装置联锁停车89o℃.这时迅速将自动切塔按钮调至手动切塔状态,PSA
系统解除自动切塔程序,I司时征SIS系统上将转化炉出口温度高高联锁摘除，大幅度降低燃料气及脱附气用量，屈终转
化炉}{i温度达912℃，超过--，温度商赢联镄值，这次及时
的处理避免r一次装置非计划停1=事故，但在一定程度上减少j，转化土J，管的使用寿命.造成PSA系统连续自动切塔事故的原因大毁有以下几种:(1)某个塔处于吸附状态.该塔
I：的7或8撑有阀报警，问时PC2003A(产品氢出口压力控制阀)处于自动状态且测量值(PV)比吸附压力平均值低
98#k良车：制氧装置PSA系统运行状况分析
0.15MPa以f时该塔破tJJ除.(2)粜个塔处于终"状态，该
医用手腕带
塔f：的7≠f8钉阀报警.1r1j时PC2()()3A处于自动状态R测量值(PV)比吸力'均值低0.15MPa以上时该塔铍切
除.(3)某个塔L的7阀常打开，该塔【的l,2女,3
柯阀报警,I州时PC2003A处于自动状态a测量值(PV)比
吸附胨力,P均值低0.15MPa以.-时该塔破切除.(4)粜个
塔t的8阀正常打开，该塔上的l,2,3有阀报警,
时PC2003A处于自动状态态且测量值(PV)比吸联力
均值低0.15MPa以上时该塔被切除.(5)某个塔上的8阀
正常扣'开.该塔上的7≠f阀报警时该塔被切除.(6)某个塔
逆放或冲洗状态开始1Os后,PI2002A的测量值(PV)大
于0.3MPa时该塔被切除.仔细分析该连续切塔过程，发现自动切除的吸附塔均是存冲沈状态开始后,PI2002A的测量值(PV)在较长时间内人于0.3MPa，判断是由于J塔程控
阀XCV2004J.XCV2003J同时打开时，发生了高窜低的
现象，其它塔在低阶段时，吸附塔压力超高，故障塔自动
切除.遇到这种情况，应首先迅速将自动切塔按钮手动
切塔状态，再将故障塔迅速手动切除，这样能最大限度减少PSA连续自动切塔的发生.即使发生连续切塔，必要时可
摘除相关联锁，技时切除故障塔，恢复常塔，也能逆免装
置发生非计划停工的严重事故.
3.1.2程控阀内漏现象严重
20lO年8月以来，相继发现A塔程控阀XCV2004A.C
塔程控阀XCV2003C,G塔程控阀XCV2003G内漏严重，对PSA系统安全生产造成较大的影响.现A塔及G塔由于程控阀内漏严重已手动切除,PSA系统运行8—2.3模式.由于C塔程控阀XCV2003C也有内漏现象，该塔运行存在一定的隐患.2010年9月2O日，当C塔从顺放阶段到逆放阶段时，逆放压力偏高，达
到O.26MPa，正常情况应该是0.18MPa 左右.这样导致脱附气压力持续偏高，大量脱附气进入转化炉，转化炉出口温度迅速升高至870"C，这时将燃料气控制改手动控制，火幅度降低入炉燃料气量，一段时问后转化炉出口温度稳定正常.针对这种现象，我们采取了一下措施:
(1)将燃料气入炉控制阀改手动控制.
(2)专人监控PSA系统DCS运行模块及吸附塔压力
曲线，发现有吸附塔逆放阶段压力高时，及时提醒内操大幅度降低燃科气入炉量.
(3)将脱附气入炉压力降低，将PC2007B(脱附气去
火炬阀)压力给定值从O.032MPa降低至0.025MPa减少脱
附气入炉量.
(4)制定详细五塔运行方案，在线更换内漏严重的程
控阀.
3.2脱气流量小稳定
脱气由逆放气和冲洗解吸气组成，逆放初女台力：稳
定时会导致脱刚气流量不稳定.为稳定脱气流量.可采用
以下方法:(】)增加稳定冲洗气的拄阀:(2)适当减少逆
放初始开度;(3)调整逆放节流阀芯开度，使程控阎打开速
度减慢.
33液油系统漏油现象
液压油系统主要由集成液蜓泵站蒂能器站和也磁换向
阎构成.集成液压油泵为双系统，一开一各.两套系统完全
独立，可独立检修.2009年6月l5日,DCSll气控发现液压油油箱液位持续降低，现场检查发现进程控阀连接处丈量漏油，垫片不在，现场无法处理，油箱液位迅速到达PSA停
联锁值35%,PSA系统非计划停车.造成这次事故的原是
现场在短时问内无法加垫片，漏油无法及时控制.检查发现垫片均为非弹性垫片，在液压油线及程控阎持续振动的情况下连接处容易振松，垫片振掉.结合设计工艺包资料来看,
设计要求使用弹性垫片，但在施工过程中均使用了非弹性垫片.将垫片均换成弹性垫片后朱发生漏油现象.发现程控阀上支油管漏油，应及时通知控制室切塔.切塔后，如果吸附
塔压力和漏油程控阀管线压力的差别太大，通知现场手动均或放空.现场人员将程控阀打开，此时，上支油管变成圄
油管，使漏油得到控制.如果漏油发生在程控阀的法兰连接处，则更换法兰垫片.如果漏油发生在上支油管道.则可将
漏油的管道拆下来处理.
4恢复塔时PSA系统程序故障
4.1恢复塔程序故障经过
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