穆繼偉

（遼陽石化公司動力廠，遼寧遼陽111003）

分子篩純化系統(tǒng)蒸氣加熱器改造

穆繼偉

（遼陽石化公司動力廠，遼寧遼陽111003）

將KDON-3200/6500型空分裝置蒸氣加熱器改造為電加熱器，并通過對控制系統(tǒng)的改進(jìn)，解決了加熱器泄漏，效率下降的問題。改造后分子篩運行平穩(wěn)，保證了空分裝置長周期連續(xù)穩(wěn)定運行。

分子篩純化系；蒸氣加熱器；電加熱器

0 前言

KDON-3200/6500型空分裝置分子篩純化系統(tǒng)由2個互相切換的分子篩吸附器組成，采用吸附法凈化空氣中的水分、二氧化碳、乙炔和其他碳?xì)浠衔?。分子篩吸附劑在常溫下將空氣中的水分、二氧化碳等吸附質(zhì)吸附在其表面上，加熱再生時利用吸附劑高溫下吸附容量減小的特性，再把吸附質(zhì)解析出來，達(dá)到連續(xù)凈化空氣的目的?？諝獬龇肿雍Y吸附器的露點需要＜-66℃，分子篩再生氣體溫度需要＞170℃，分子篩再生冷吹峰值需要＞100℃。

分子篩純化系統(tǒng)由DCS程序控制器控制，控制器通過9個步驟實現(xiàn)對分子篩純化系統(tǒng)的控制。每一步驟都設(shè)有為完成該步驟所需的等待時間及最長等待時間。其中卸壓時間5 min；加熱時間120 min；冷吹時間105 min；均壓時間10 min。分子篩程序可視運行工況，按操作人員的要求在自動控制與手動控制之間互相轉(zhuǎn)換。分子篩蒸汽加熱器投運以來運行平穩(wěn)。隨著使用年限的增加，為防止蒸汽加熱器泄漏增設(shè)1臺電加熱器，但使用中電加熱器電熱棒頻繁損壞，使用功率達(dá)不到設(shè)計要求，由于電加熱系統(tǒng)不是原設(shè)備設(shè)計，安裝地點距離分子篩容器較遠(yuǎn)，熱損較大，熱效率低，只是在無蒸汽或蒸汽加熱器泄漏時，才臨時切換使用該系統(tǒng)。

1 蒸汽加熱器存在的問題

空分裝置分子篩純化系統(tǒng)蒸汽加熱器在長期使用過程中，由于蒸汽的長期沖刷，加熱管束管壁明顯減薄。經(jīng)多次檢修堵漏，部分加熱管束已被堵死，換熱效率明顯下降，已不能滿足生產(chǎn)運行需要。雖然幾次出現(xiàn)蒸汽加熱器泄漏事故都能及時發(fā)現(xiàn)，但分子篩吸附能力已經(jīng)明顯下降，判斷蒸汽加熱器是否泄漏的技術(shù)手段滯后，只能通過二氧化碳在線分析儀報警提示，等到冷吹時將蒸汽加熱器污氮入口閥關(guān)閉，在蒸氣加熱器底部的污氮側(cè)吹除閥處，用小鏡子試驗是否有水蒸氣附在鏡子表面。當(dāng)觀察到吹除閥有水蒸氣排出時，分子篩吸附劑已受到嚴(yán)重污染，空分系統(tǒng)將被迫停車，重新活化分子篩，但活化效果并不理想。

2 改造方法

拆除原分子篩再生系統(tǒng)的蒸汽加熱器和電加熱器，更換為2臺電加熱器，互為備用，主流程采用原電加熱器流路，電加熱器加溫閥保留，蒸氣加熱器加溫閥取消。將原加熱時間和電加熱器通電時間一致（120 min），改為加熱115 min，加熱器聯(lián)鎖停電；電加熱器繼續(xù)通入污氮5 min后再切換，避免電加熱器切換與斷電同時進(jìn)行，造成電加熱器余熱過高，縮短使用壽命。電加熱器氣體出口溫度由可控硅調(diào)功器進(jìn)行調(diào)節(jié)，并增設(shè)溫度高報警，高高聯(lián)鎖控制。

2.1 設(shè)備選型

新增電加熱器由電加熱器和控制系統(tǒng)兩部分組成，發(fā)熱元件采用具有良好耐蝕性、耐熱性，以及較好的冷作成型和焊接性的SUS304不銹鋼無縫管作為保護(hù)套，采用電氣物理特性穩(wěn)定、高溫力學(xué)性能好，冷變形塑性好，長期使用不會產(chǎn)生脆性斷裂的Cr20Ni80電阻電熱合金絲，經(jīng)壓縮工藝成型?？刂撇糠植捎脭?shù)字電路，集成電路觸發(fā)器、可控硅等組成可調(diào)測溫、恒溫系統(tǒng)。

新增2臺電加熱器為立式，額定功率360 kW/臺，1用1備。工況Ⅰ：通過氣量5000 m3/h，出口溫度220℃。工況Ⅱ：通過氣量7000 m3/h，出口溫度170℃。

2.2 設(shè)備結(jié)構(gòu)

電加熱器為直立圓筒式結(jié)構(gòu)，由多只管狀電熱元件和筒體組成，管狀電熱元件是在金屬管內(nèi)放入高溫電阻絲，空隙部分填入具有良好絕緣性和導(dǎo)熱性能的結(jié)晶氧化鎂粉，采用管狀電熱元件做發(fā)熱體。再生氣從上部進(jìn)入，通過電熱管組件使氣體溫度升高，再從下部出去進(jìn)入分子篩吸附器，電加熱器電熱元件共27支，每支15 kW，共405 kW。額定功率360 kW，接線24支，另有3支未接線，45 kW作為備用件預(yù)留在設(shè)備中，三項電源380 V，50 Hz。

2.3 控制系統(tǒng)

（1）AI808型數(shù)顯溫度控制柜，采用數(shù)顯溫度調(diào)節(jié)儀，集成電路觸發(fā)器，大功率可控硅和測溫元件組成測量、調(diào)節(jié)、控制回路。電加熱過程中，測溫元件將電加熱器出口溫度電信號送至數(shù)顯溫度調(diào)節(jié)儀進(jìn)行放大、比較后顯示測量溫度值。同時輸出4～20 mA電流信號至可控硅觸發(fā)器組件的輸入端，控制輸出脈沖相位，從而控制可控硅導(dǎo)通角度，實現(xiàn)良好的控制精度和調(diào)節(jié)性。

（2）將原分子篩再生污氮流量指示報警回路改為流量指示報警聯(lián)鎖回路。當(dāng)污氮流量達(dá)到低限時，控制室報警，當(dāng)污氮流量達(dá)到低低限時聯(lián)鎖停電加熱器；在電加熱器出口設(shè)置溫度指示報警聯(lián)鎖，當(dāng)溫度達(dá)到高限時，控制室報警，當(dāng)溫度達(dá)到高高限時，聯(lián)鎖停電加熱器；設(shè)有電加熱器爐膛溫度超高自動斷電保護(hù)，防止電加熱器干燒造成電熱元件損壞。

（3）由于控制系統(tǒng)一直沒有升級更新，微機系統(tǒng)配置較低，導(dǎo)致內(nèi)部的原程序不易改動，為實現(xiàn)取消加溫閥和在分子篩加熱115 min時聯(lián)鎖停電加熱器，又不影響切換程序運行，將加溫閥的開關(guān)信號在控制柜內(nèi)短接和設(shè)立一個單獨的計時程序計時。電加熱器控制測量點及參數(shù)見表1。

表1 電加熱器控制測量點及參數(shù)

3 改造效果

改造前原電加熱器分子篩再生氣體溫度165℃，再生氣量≤5000 m3/h；蒸汽加熱器分子篩再生氣體溫度165℃，再生氣量≥6000 m3/h。再生出口氣體溫度冷吹峰值≤100℃，只達(dá)到分子篩再生需要的低限，分子篩中的水分、二氧化碳基本能解析，但隨著分子篩使用周期的增加，其吸附容量下降，吸附后期就會出現(xiàn)分子篩純化系統(tǒng)出口空氣中的二氧化碳含量上升的現(xiàn)象。

改造后的電加熱器分子篩再生氣體溫度179℃，再生氣量≥6000 m3/h，再生氣體出口溫度冷吹峰值≥120℃，分子篩再生效果良好。

分子篩再生加熱器改造投用后，由于設(shè)計配置合理，使再生氣量和溫度保持在最佳狀態(tài)，滿足了分子篩再生需求，分子篩再生指標(biāo)達(dá)到了要求，安全性經(jīng)濟性得到了提高，保證了空分設(shè)備的連續(xù)穩(wěn)定運行。

〔編輯李波〕

TB657.9

B

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2016.12.35