酒泉钢铁(集团)有限公司(以下简称：酒钢)于2003年秋季开始筹建3套21000m3/h空分设备，同期配套建设球罐调压系统、液体储存和汽化系统、气瓶充装检验系统以及站内闭路循环水系统等。工程于2005年底顺利建成投产。在建设过程中，酒钢和设备施工、安装单位紧密结合，并参考了同行业的调试经验，会同设计、供货和安装单位，在安装试车过程中针对现场设备实际情况，在系统安装和调试过程中积累了大量的操作经验。
现结合设备调试中分子筛纯化系统出现的几次故障，以及国内同行在日常工作和设备调试、安装中出现的同类故障，对分子筛纯化系统常见故障及其处理经验作一总结，供参考。
1 21000m3/h空分设备分子筛纯化系统简介
酒钢21000m0/11空分设备分子筛纯化系统设计处理空气量150000m3/h，空气进口温度17℃，出口温度24℃，分子筛再生温度170℃，切换周期为4小时。分子筛吸附器采用活性氧化铝和分子筛双层床结构，延长了分子筛的使用寿命，同时使床层阻力减少。内装13X-APG条形分子筛22t，活性氧化铝11t。每套空分设备配有630kW功率的电加热器3台，2用1备。
酒钢21000m3/h空分设备分子筛纯化系统流程如图1所示。
2分子筛纯化系统常见故障分析和处理
2．1 操作不当使分子筛纯化系统发生故障
2005年冬季，按照酒钢计划，1#21000m3/h空分设备配合生产主线进行停机检修。空分设备停机后，进行疏通氧压机冷却器的工作。其间，发现空压机放空阀法兰处大量渗水。技术人员当时就意识到可能是空冷塔返水。后来经过仔细检查，发现常温水泵的进出口阀门没有关严，系统冷却水通过水泵进入空冷塔，水位逐渐上升，进入空气管道后经放空阀法兰处渗出。随后立即打开分子筛吸附器进口处排水阀V1262进行检查，没有水流出。证明水没有进入分子筛纯化系统。如果有水进入分子筛纯化系统，则必须进行处理后才能继续工作。后来在空分设备正常运行时，两个分子筛吸附器的冷吹峰值分别为115℃和118℃，说明分子筛纯化系统运行正常。
酒钢空分设备曾发生过因操作不当导致水分进入分子筛纯化系统的故障。3#6000m3/h空分设备临时停车，操作工关闭空冷塔进出口阀门后发现排水阀V1262处流出大量水。检查发现，由于空冷塔回水阀V1164没有完全关闭，加之止回阀V1165存在故障，导致有压回水经回水管道进入空冷塔，最后水位上升，导致水进入分子筛纯化系统。在开车过程中，用两个运行周期的时间将分子筛彻底加温，使其冷吹峰值达到85℃以上后，才投用分子筛纯化系统。
2006年7月13日，1#21000m3/h空分设备1#分子筛吸附器进入加热阶段，2#电加热器正常启动，温度上升至1700C，而3#电加热器由于故障未启动(1#电加热器备用)，也无任何报警，操作工也未能及时发现，致使1#分子筛吸附器内分子筛再生不彻底，冷吹峰值未达标。故障发生后，迅速采取相应措施：①缩短2#分子筛吸附器内分子筛的加热及冷吹时间，减少1#分子筛吸附器的运行时间；②提高电加热器出口温度，将原设计出口温度1700C提高到1900C，使2#分子筛吸附器内分子筛能够快速再生，尽早投入使用，缩短1#分子筛吸附器的运行时问；③启动冷冻机，降低空气出空冷塔温度，减少空气饱和水含量。在操作过程中，严密监视分子筛吸附器进出口温差，通过温差判断分子筛纯化系统工作情况。通过采取以上措施，1#分子筛吸附器使用一周期后，冷吹峰值达到1300C，出分子筛吸附器空气中二氧化碳含量为0.44×10-6没有增加，分子筛纯化系统压差无变化。
2007年6月25日，当班操作工发现2#分子筛吸附器无冷吹峰值，立即联系自动化技术人员对相关系统进行检查。经过检查，确认温度等显示正常。对V1212阀也进行了检查，发现本应处于打开状态的V1212阀此时却关闭。按照正常运行程序，分子筛纯化系统各控制时序运行切换有两个条件：①设定时间到位；②阀门动作到位。只有以上两个条件同时满足，程序才能继续运行切换到下一个过程，否则程序将自动暂停并开始报警。从现场情况分析，程序一直能自动运行。由此判断，在分子筛纯化系统控制时序到达加热状态时，V1212阀正常打开，程序继续运行。但在后来的过程中，V1212阀的控制系统出现故障，导致阀门关闭，致使2#分子筛吸附器内分子筛未能正常活化再生。随即要求自动化技术人员立即对V1212阀控制系统进行处理；并且安排空分设备临时停车，对分子筛进行活化后再投入使用。
2.2空冷塔就地液位计冬天冻堵导致分子筛吸附器进水
这种故障往往发生在空分设备试车过程中。冬季试车时，中国西北地区的室外温度一般在-20℃左右，凌晨最低气温可达到-300C左右，这对空分设备空气预冷系统以及室外仪控设备的运行是严峻考验。按照设计惯例，为适应北方的气候条件，一般将空气预冷系统的空冷塔、水冷塔和水泵等放置在室内，并采取保温措施。
某公司在冬季进行空分设备试车时，由于没有考虑到外界环境低温对设备运行的不利影响，对可能导致的后果考虑不足，采取的保温措施不得当，致使空冷塔就地液位计冻堵，同时造成中控室DCS控制系统无法正常显示空冷塔液位。试车人员对由此可能造成故障的严重性估计不足，未采取有效防范措施，致使空冷塔液位无法正常控制，液位上升到空气入口处，汽液互相掺混，空冷塔顶部汽液分离器无法将全部液体分离，致使空气夹带大量水气进入分子筛纯化系统，发生分子筛吸附器进水故障。
故障发生后，先恢复被冻堵的液位计以及取样管，并逐一检查了其他水系统测量以及控制系统一次取样点，采取了保温措施，然后对分子筛纯化系统进行了加温处理。之后空分设备恢复正常运行。
2．3 空气压力波动造成分子筛纯化系统进水
某公司在空分设备吹扫和试车过程中，发生了两起分子筛纯化系统进水故障，在分子筛纯化系统空气进口的疏水阀处有大量水喷出。经过分析，发现是由于空分系统操作压力变化的幅度过大，在设备冷却过程中气流分配不合理，对管道吹除阀操作过快、过急，使空气预冷系统压力大幅度波动，空气流夹带大量水流向分子筛纯化系统。加之在吹扫作业中不断调整分子筛纯化系统的出口阀开度，导致空压机后和空气预冷系统压力变化幅度大，而且未及时监视和控制空气预冷系统空气压力，使冷却水窜入分子筛纯化系统。同时，试车过程中空气预冷系统停车联锁未投入运行，空分设备不能在出现异常情况时自动联锁停车也是故障发生的原因之一。
故障发生后，将电加热器出口温度设定值由180℃提高到220℃，并延长分子筛吸附器的加温和冷吹时间。调整后空分设备恢复正常运行。
2．4分子筛床层不平整导致冷吹温度峰值不正常
在其他制氧企业曾经出现过这样的故障：在浏览分子筛吸附器温度曲线的趋势图时，发现正常的冷吹温度峰值在100℃左右，而近期冷吹温度峰值出现了两个，分别为73℃和75℃。也就是说，在冷吹曲线上出现了两个峰值，但都很低。另外，冷吹温度曲线的形状也有些“发胖”。正常情况以及异常情况下，分子筛吸附器再生阶段出口温度曲线由图2、3所示
查看历史趋势中的操作信息记录，发现有一条记录是2#分子筛吸附器入口阀V1202打开后又关闭、紧接着2#分子筛吸附器再生排放阀又打开的异常操作。
针对分子筛吸附器冷吹温度曲线有两个峰值现象，在理论上作了分析：一个平整的分子筛床层，任何一个截面的温度梯度不会有太大的变化，冷吹温度曲线应该比较规则。当分子筛床层厚薄不均匀时，较薄处由于分子筛对再生气阻力较小，流过的气量就多，分子筛温度变化比较大；而较厚处的情况正好相反。这样，在该水平表面的各处温度不能同时到达峰值。吸附层表现为一个曲面，而正常的吸附层应该是一个分层吸附的平面。因此，冷吹温度曲线就会根据分子筛床层的厚薄而出现多个值。
空分设备临时停车，打开2#分子筛吸附器人孔，发现分子筛床层表面中间有一个直径300～400mm的坑，坑周边分子筛比其他各处厚，坑的中心小部分分子筛已成碎末。检修人员把粉状分子筛取出后，将坑扒平并封好人孔。分子筛纯化系统重新投用后冷吹温度峰值正常。
2.5冷却水系统药剂投加失误造成分子筛纯化系统进水
空分设备冷却水系统一般采用闭路循环。为了保证水质指标稳定，需要定期分析水质，同时根据需要投放杀菌灭藻剂、缓蚀阻垢剂及其他药剂。2006年2月，某公司因为冷却水系统加药时没有按照规程执行，导致空分设备停车事故，氧气供应中断121小时22分钟，影响了公司正常的生产组织和主要产品产量完成计划，致使2月全公司铁、钢、材产量全面欠产，经济损失十分严重。
故障发生当天，操作人员向循环水水池投加杀菌灭藻剂。但没有按规定向上级汇报，也没有通知空分设备主控室。更为严重的是，规程规定1#、2#、3#吸水井一共投加10桶药剂，但操作人员没按秘序先加入消泡剂，而且错误地理解为每个吸水井投加10桶，于是将28桶杀菌灭藻剂一次全部加入循环水1#、2#吸水井。
其后空分设备主控室发现分子筛吸附器压差上升并报警，氧压机、氮压机联锁停车。空分设备停车后，由于制氧岗位人员还不知道冷却水系统发生了严重的违章操作，只是对主体设备进行了检查。在没有将停机原因彻底查清的情况下，就将空压机升压并送气。之后计算机再次报警，分子筛吸附器压差变大。再次查找原因，才发现是循环水水质恶化导致分子筛吸附器进水所致。
一次性将大剂量的杀菌灭藻剂投入到水中，杀菌灭藻剂和冷却水产生强烈的水解反应，在未及时投入消泡剂的情况下，其中的水解物与表面活性剂形成大量泡沫。泡沫随冷却水进入空冷塔中，在空冷塔内堆积到一定程度后，随空气进入分子筛纯化系统，使分子筛失去吸附能力。而且，在第一次分子筛吸附器压差上升报警后，岗位操作工没有引起重视，仅依据计算机显示数据判断，认为是压差仪表误动作，在没有彻底查清原因前就二次开机，致使事态进一步恶化。
在分析故障原因后立即采取了以下措施：①关小空压机进口导叶，以减少空气量，空压机机后保压至0．5MPa；②用未带水的分子筛吸附器活化后的空气，对带水的分子筛吸附器内的分子筛进行活化再生；③加大水池新水补人量，降低循环水中药剂浓度，同时向水池中投加消泡剂，以消除泡沫。采取上述措施后，活化处理仍然无效，空分设备被迫停车。紧急更换了全部受损分子筛，并提前对空分设备进行检修，才彻底解决了问题。
3结束语
分子筛纯化系统在空分设备中起到除净碳氢化合物、二氧化碳和水分等杂质的作用，若发生故障，必将对空分设备的安全运行造成很大的威胁。因此，平时操作应按操作规程进行，密切注意其各个运行参数的变化。一旦运行参数发生变化，要尽快找出原因并及时处理，以便将其对整套空分设备正常运行的影响减到最小。
