变压吸附(PSA)程控阀门故障处理探究

（中海炼化惠州炼化分公司，广东 惠州 516086）

摘 要：变压吸附提纯氢技术的基本原理是利用吸附剂对气体的吸附具有选择性，本装置PSA程控阀开关频繁，故障率高。由于PSA解吸气作为制氢转化炉的燃料气，燃料气的大幅度波动严重危害转化炉的安全运行和生产安全，所以一旦发生程控阀故障，都必须谨慎对待。对于不同的程控阀故障，有不同切塔节点和操作方法。

关键词：变压吸附;程控阀;产品氢;解吸气;转化炉

1 变压吸附制氢简介

变压吸附提纯氢技术的基本原理是利用吸附剂对气体的吸附具有选择性，即不同的气体（吸附质）在吸附剂上的吸附量有差异和一种特定的气体在吸附剂上的吸附量随压力变化而变化的特性，实现气体混合物的分离和吸附剂的再生。本装置采用冲洗方式对吸附剂进行再生，再生过程产生的解吸气经调节阀调节混合后稳定的送往转化炉火嘴，用作燃料气，相对减少燃料气消耗。本装置PSA由10台吸附塔、1台水分离罐、2台顺放气缓冲罐、1台解吸气缓冲罐、2台解吸气混合罐和一组程控阀组成。采用10-3-4/P运行方式，即有10个吸附塔、其中始终有3个塔处于不同的吸附阶段、实现4次压力均衡过程，每个塔要依次经历吸附（A）、第一次均压降（E1D）、第二次均压降（E2D）、第三次均压降（E3D）、第四次均压降（E4D）、顺放（PP）、逆放（D）、冲洗（P）、第四次均压升（E4R）、第三次均压升（E3R）、第二次均压升（E2R）、第一次均压升（E1R）、最终升压（FR）等步骤。主要流程如下图1。

2 PSA运行中程控阀故障对本装置影响及处理方法

本装置PSA系统共83个程控阀，PSA程控阀开关频繁，故障率高。另外由于本装置的PSA解吸气作为制氢转化炉的燃料气，燃料气的大幅度波动严重危害转化炉的安全运行和生产安全，所以一旦发生程控阀故障，都必须谨慎对待，常用的是将该阀门所在吸附塔切出进行处理。不同的程控阀故障，对产品氢管网和进炉燃料气有不同程度的影响，因此也有不同的切塔方法，列举如下：

1#阀（进料阀）

无法打开，会导致系统压力和产品氢流量波动，应立即查看报警及压力趋势，确认阀门故障。手动切塔操作建议：延迟至均降E2D步序时切塔。

无法关闭，会造成大量进料气进入均压的塔内导致产品氢流量压力降低 和产品氢纯度降低。应立即查看报警及压力趋势，确认阀门故障。手动切塔操作建议：立即切塔。

2#阀（产品阀）

无法打开，导致系统压力和产品氢流量波动。应立即查看报警及压力趋势，确认阀门故障。手动切塔操作建议：均降E2D步序时切塔。

无法关闭。大量产品氢进入均压的塔内导致产品氢流量和压力降低。应立即查看报警及压力趋势，确认阀门故障。手动切塔操作建议：立即切塔（E1D步序）。

3#阀（逆放阀）

无法打开。造成：1、解吸气流量减少，转化炉出口温度降低;2、冲洗时大量解吸气进入转化炉造成炉温波动;3、产品氢纯度下降。此时应：1、立即查看报警及压力趋势，确认阀门故障。2、立即关小解吸气进炉阀，补充补充燃料气进转化炉，控制好炉温，避免炉膛负压高联锁及燃料气与炉膛压差低联锁 手动切塔操作建议：延迟至PP冲洗结束时切塔。

无法关闭。冲洗结束后在均匀阶段大量氢气进入解吸气中，导致转化炉温升高。此时应：1、立即查看报警及压力趋势，确认阀门故障。 2、手动关小解吸气流控阀FV15103，减少进炉膛解吸气量;减少转化炉补充燃料气流量。 手动切塔操作建议：延迟至PP冲洗结束时切塔。

4#阀（2均、3均）

无法打开。会造成：1、均压无法进行，导致升压塔及降压塔压力紊乱 2、进入终充阶段时产品氢流量及压力降低。此时应立即查看报警及压力趋势，确认阀门故障。手动切塔操作建议：立即切塔（E2D、E3R）。

无法关闭。会造成：1、导致升压塔及降压塔压力紊乱 2、进入终充阶段时产品氢流量及压力降低。应立即查看报警及压力趋势，确认阀门故障。手动切塔操作建议：立即切塔（E2D、E3R）。

5#阀（1均、终充）

无法打开。会造成：1、均压、终充无法进行，导致升压塔及降压塔压力紊乱;2、进入吸附阶段时产品氢流量及压力降低。应立即查看报警及压力趋势，确认阀门故障。手动切塔操作建议：立即切塔。

无法关闭。会造成：1、导致升压塔及降压塔压力紊乱 2、进入吸附阶段时产品氢流量及压力降低。应立即查看报警及压力趋势，确认阀门故障。手动切塔操作建议：立即切塔。

6#阀（均、顺放）

无法打开。会造成：1、导致顺放罐压力低，影响冲洗效果，产品氢纯度降低 2、进入逆放阶段时，吸附塔压力高，大量解吸气进入转化炉造成炉温升高。此时应：1、立即查看报警及压力趋势，确认阀门故障。手动切塔操作建议：立即切塔。2、立即调整转化炉燃料气/解吸气流量。

无法关闭。则进入逆放阶段时，吸附塔与顺放罐联通，大量解吸气进入转化炉造成炉温升高。此时应：1、立即查看报警及压力趋势，确认阀门故障。手动切塔操作建议：立即切塔 2、立即调整转化炉燃料气/解吸气流量。

7#阀（冲洗）

无法打开。会造成：1、冲洗无法进行，产品氢纯度下降 2、 尾气减少。此时应：1、立即查看报警及压力趋势，确认阀门故障。2、立即关小尾气进炉阀、缩短吸附时间（延缓尾气压力/流量下降速度），开大补充燃料阀。手动切塔操作建议：立即切塔。

无法关闭。则在4均升阶段大量氢气进入顺放罐、或其它冲洗步序，大量解吸气进入转化炉造成炉温升高。此时应：1、立 即查看报警及压力趋势，确认阀门故障。手动切塔操作建议：立即切塔 2、手动关小解吸气流控阀FV15103，减少进炉膛解吸气量;减少转化炉补充燃料气流量。

8#阀（冲洗）

无法打开。会造成解吸气流量大幅减少，转化炉出口温度降低、转化炉燃料气差压低联锁。此时应：1、立即查看报警及压力趋势，确认阀门故障。手动切塔操作建议：立即切塔 2、立即关小尾气进炉阀、缩短吸附时间（延缓尾气压力/流量下降速度），开大补充燃料阀。

无法关闭。会造成在均匀阶段大量氢气进入解吸气中，导致转化炉温升高。此时应：1、立即查看报警及压力趋势，确认阀门故障。手动切塔操作建议：立即切塔 2、手动关小解吸气流控阀FV15103，减少进炉膛解吸气量;减少转化炉补充燃料气流量。

以上故障现象及风险识别是程控阀门故障后第一时间的表象和风险，操作人员必须在第一时间获得阀门故障报警，并且立即查看各塔压力趋势，要准确判断出导致生产异常的故障阀门，熟练掌握切塔操作，故障处理过程中要控稳转化炉温度、系统压力、产品氢流量压力等参数，避免事故扩大或发生次生事故。

参考文献：

[1]赵永儒.变压吸附程控阀常见故障处理技巧[J].气体净化，2014（06）：18-21.

[2]王小伟，寇丹.变压吸附程控阀内漏判断及处理方法总结[J]. 气体净化，2014（03）：16-19.

[3]强艳波，刘大贵，李志颖.变压吸附装置中程控阀和电磁阀故障的处理[J].化工设计，2009（05）.

[4]唐复兴.变压吸附程控阀的故障判断及维修[J].石河子科技，2009（06）.

作者简介：崔占磊（1986-），男，黑龙江安达人，本科，初级助理工程师，研究方向：天然气制氢。