关于变压吸附制氧设备现状与应用

稳定性问题不外乎两方面:

1.产量和纯度的稳定性

1.1分子筛性能影响

一些单位反映说变压吸附产量和纯度使用会越来越低,我门认为可能出现的这种情况,与使用分子筛的质量、工艺装备水平及用户的操作都有一定的关系。

笔者曾参观考察过一些在运行的国内和进口的变压吸附制氧设备, 发生这种现象的装置中,使用分子筛的质量占据主要地位。分子筛是变压吸附的核心,分子筛性能优略和使用寿命的长短对产量和纯度的稳定性影响是直接的。

比如采用老5A分子筛的设备,问题就稍显突出些。使用年限和寿命比现在普遍采用的LIX分子筛就差了许多。有的用户本身上项目追求的就是短期效应,只求低价,上马快,设备早投产早见效益,就采用5A分子筛,不考虑运行成本和后期产量的稳定性问题,这种选型的设备稳定性就差一些。

采用LIX分子筛的用户是占了大多数的,特别是在大中型设备上,它的优势比较明显。采用LIX子分子筛,可以提高氧气提取率,有效降低能耗和减少分子筛的使用量,设备数量和占地面积也在减少,可靠性和经济性都比较强。因此采用5A分子筛的设备市场占有率在逐渐缩小, 采用LIX分子筛的设备在占据主导地位。

即便采用的都是LIX分子筛,因为制造工艺和配方的不同,性能指标也有所不同。这在国内运行的设备中已经看到了使用效果上的差异,从用户反馈回来的信息中也得到了印证。即便是国外的专用LIX分子筛也需要在性能质量和使用寿命上下些功夫,在笔者看到的国外设备中也同样存在分子筛寿命的问题。它昂贵的价格使得用户在添加或更换它的时候显得犹豫,用户希望分子筛寿命不只是十年,应该更长。所以提高分子筛性能也有助于提高产量和纯度的稳定性。

1.2阀门可靠性

阀门频繁切换,密封圈的使用寿命等对产量和纯度的稳定性也有影响。阀门长期使用,有时候也会产生执行机构开启不灵活,阀板关不严,或者密封圈达不到使用寿命要求,提前产生磨损而导致密封不严等现象,这些原因会引起泄露,导致保压保不住均压均不了,引起工况不稳,影响产量和纯度的稳定性。尽管在长期的运行实践中针对发生的问题做了不少改进,但是不管是国产阀门或者中外合资的阀门也都还是存在一个稳定性的问题。即便是原装进口的阀门在这样频繁切换使用的环境里也存在一个稳定性的问题。

1.3吸附器分布器分布均匀问题

我公司在吸附器分布器上采用的结构型式,经过长期的使用检验证明效果很好,气流分布合理、均匀、稳定。

我公司在吸附器的前部使用了非均匀的分级吸附床载体以使气体均匀流动到吸附床上。为引导气体朝吸附器的边缘部流动以促进气流均匀流动到吸附床上,进口气体分布器的开口面积也是不同的从含较易吸附组分和较难吸附组分的原料气体混合物中分离较易吸附组分的吸附系统,承载所述吸附床的位于吸附器前部的分级床载体,将原料气体混合物通入位于所述吸附器前部的进口气室进而导入到所述分级床载体的装置,均匀分级载床载体,从吸附器前部的中心向上向外延伸到其外缘从而产生到吸附器前部外缘的低阻力气体流动通道,吸附床的均匀气流。

1.4吸附塔结构性能

吸附塔的结构设计,也是影响分子筛的使用效果,影响产量和纯度的稳定性影响至关重要的一个因素。

国内的吸附塔结构普遍采用的是轴流式吸附床结构,这是目前的主流。这种吸附床的优点是结构简单,制造费用低,缺点是进气和排气对床层的冲击比较大,容器死隙比较大,设备体积也大,对气流分布计算要求比较严。因为这种吸附塔直径超大,频繁的正压进气和负压抽气造成大直径孔板的震动,会引起丝网松动、破裂,导致分子筛粉化、流化。这种进排气方式,分子筛老化和粉化过早出现的概率就相对大一些。这种老化和粉化过早出现的现象在国内和进口设备采用轴流式吸附床结构的装置中都曾经发生过。但是国内的供货商已经在致力研究和开发高效吸附塔了,尤其在径向流吸附塔的研究和开发上已经倾注了很大的精力,已经在尝试了,相信这种高效的径向流吸附塔在不久的将来就会打破外国人的垄断而被国人所掌握。

有技术开发上的原因,也有设备造价的原因,国内的吸附塔结构恐怕还要有一段时间要沿用这种结构。在没有大的结构设计突破的情况下,合理优化,解决好气流分布和孔板强度问题,把好制造关,这样稳定性问题也会有长期的保证。

随着使用年限的增加,因为流程组织和采用分子筛性能不同,用户操作使用和维修保养效果也不一样,个别机组存在这种产量和纯度降低的现象。即使有产量和纯度降低的装置,有限的降低对整套装置的使用不会造成太大的影响。对于国产机有充足富裕量的优点来讲,又是对产量和纯度降低的一种补充。况且分子筛供货商对分子筛的质量和使用寿命也有承诺:正常使用,十年之内因为分子筛质量原因引起产量和纯度降低,供货商免费更换或添加。

2.装置运行的稳定性

装置运行的稳定性对供货商来说是靠程控系统和装备质量来保证的,对用户来说则是靠正确的操作和维护保养来决定的。

2.1程控系统

程控系统采用的是PLC控制系统,国内这方面做得已经很成功,应用也非常普及广泛,这方面已经没有太多的问题。

2.2装备质量

装备质量的问题就比较复杂。

2.2.1工艺配备

进口设备多采用“一拖二”的机组配备,即一台电机同时带动鼓风机和真空泵运转,设备少但配置合理,主机的稳定性也好。鼓风机和真空泵体积也小,占地少,精度好,效率高,振动也小。而国内设备的配置却做不到这麽紧凑,不但实现不了“一拖二”,鼓风机和真空泵也做不到体积小和效率高,振动也大,故障率相对也高。这就是装备质量的问题。虽然变压吸附制氧因为设备少,故障相对较少,处理起来也比较容易,但与进口设备这种简捷高效的配置相比,设备增多故障点也随之增多,这就存在稳定性的差异。

2.2.2“消噪”处理

“消噪”处理的好坏对稳定性也有影响。有效的“消噪”处理,可以减轻设备和管道的振动,有助于提高装置运行的稳定性。

大家知道,噪音是由振动产生的,特别是萝茨真空泵出口消音器“消噪”处理对变压吸附来说是一个的难题,因为变压吸附的噪音很大一部分出自于它。萝茨真空泵抽真空时产生的气流流速达到30m/s,又是低频脉冲式的,对消音器筒壁产生断续又剧烈地冲刷,产生比较大的振动噪音,大家知道这种低频脉冲式的噪音“消噪”的难度是比较大的,这成了萝茨真空泵的一个“硬伤”。

难度大并不意味着没办法处理。笔者看到一家进口设备的湿式消音器“消噪”处理就比较好。国产设备也在不断尝试改进,效果也很明显。有的单位把振动源(萝茨鼓风机、萝茨真空泵和湿式消音器)做成屋中屋单独隔音,厂房内再整体消音,消音效果非常明显。鄂州汴京空气分离设备有限公司刚刚在大冶市兴成矿业有限公司投产的变压吸附制氧机就在“消噪”处理上做了些新的尝试,不但厂房内做整体“消噪”处理,连湿式消音器也给单独做了“消噪”处理,并且在消音器出口又增加了消音器,实测厂房外噪声只有68~70dB,远远低于国家标准。这就说明“硬伤”也有有效的办法解决。

进口设备的整体“消噪”处理做的比较精细,该做的处理一点都不省,连厂房横梁都做了消音处理,这一点值得我们国内供货商学习。

但是进口设备也有不完善的地方。我们谈的这家进口设备的鼓风机出口消音器,振动就比我们国产设备大。国产设备原来振动也大,但经过结构改进,振动大大减少。

2.2.3装备质量

装置运行的稳定性还有一条重要的因素,就是吸附塔制造质量。吸附塔制造质量的好坏会对装置运行的稳定性产生直接的影响。

因为国内的轴流式吸附塔超大的直径造成制造和运输的不便,我们的供货商出于制造成本上的考虑,多数采取就近寻找有资质的单位加工和供货的方式,这样做的好处是节约了制造成本和运输费用,但对制造质量的把关却造成了难度,给制造过程的有效监控带来了不便。这种制造质量上存在的不确定性因素甚至给设备的稳定性带来致命的隐患!这一点相信我们的供货商应该深有感触,本来设计很好的一套装置因为外包吸附塔的制造质量把关不严造成分子筛粉化、流化,给设备运行造成严重的伤害!这种严重的伤害在早期进口设备中采用轴流式的吸附塔中也曾经发生过,造成的损失也很大。

因此控制好产品质量,加强和提高装备制造水平,才能有效避免这种严重后果的发生。

实际上产量和纯度的稳定性和装置运行的稳定性都是在谈一个问题。国产设备虽然因为上面谈到的一些原因,在稳定性和结构设计上等还需要做出努力,但是国产设备也有自身的优点,造价低廉,设计富裕量大。进口设备从设备选型到分子筛用量都是采用模块设计,产量设计到位,工艺计算准确,几乎没有富裕量。量化准确,实际上也是一种严谨、成熟和负责的表现,这一点值得我们国产设备借鉴。

 
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