张砷钇，荣林

分子筛吸附器底部床层在线堵漏的探索与应用

张砷钇，荣林

（河南龙宇煤化工有限公司，河南 永城 476600）

卧式分子筛吸附器广泛应用于空分装置中，其床层的好坏决定着分子筛吸附器能否高效、长周期的运行，当分子筛吸附器内部出现问题时，通常采用停车的方式进行检修，但当底部床层出现微量或少量泄漏时，停车检修往往会造成巨大经济损失。根据实际案例，对分子筛吸附器底部床层在线堵漏的尝试、探索、应用及效果进行简述。

分子筛吸附器；床层；在线堵漏；探索

分子筛吸附器是空分装置中纯化系统最关键的设备，经透平压缩机压缩后的空气进入空气冷却塔，被冷却至15 ℃左右后进入分子筛吸附器内，空气中所含有的水、乙炔、二氧化碳等杂质相继被吸附清除，从而保证后续系统的正常运行[1]。分子筛吸附器按照结构形式有立式和卧式两种之分，内部均填充分子筛和氧化铝用于吸附再生[2]。其中卧式分子筛吸附器占地面积大，气量分布不均匀，时间久了床层容易发生下沉，易受到冲击造成床层损坏。

1 结构简述

河南龙宇煤化工有限公司空分装置分子筛吸附器为开封空分设计，卧式结构，罐体直径约4.6 m，总长度约18 m，空气进口为中间对称分布，由分子筛吸附器底部进入；出口在分子筛吸附器上侧，与底部进口对称分布。上下各有一层检修床层用于检修作业，中间一层为最重要的填料支撑床层，用于支撑分子筛内部的填料，分子筛吸附器内的设计值为氧化铝14.2 t，装填高度250 mm；分子筛61.3 t，装填高度1 250 mm。结构形式为氧化铝下方为填料支撑床层，氧化铝上方铺设丝网用于避免与分子筛混装，丝网上方堆放分子筛。吸附时，空气由底部进入分子筛经吸附后从上方流出；再生时，再生气由上方进入底部吹出，对内部的分子筛及氧化铝进行再生反吹。

2 实际案例

2021年10月1日，笔者公司工艺班组在巡检过程中，发现1#分子筛吸附器周围地面上散落较多的分子筛颗粒，对地面吹落的分子筛进行打扫与观察，怀疑分子筛底部填料支撑床层泄漏，氧化铝顺破损处泄漏至底部筒体内，后随再生气体经放空管线吹出散落至地面。经过多天观察，每周期吹出的分子筛不断增多，漏点有扩大趋势，必须尽快进行消漏，保证分子筛吸附器的正常运行。

3 原因分析与评估

经与行业维修厂家及原厂家多方面联系进行原因分析，分析出现床层泄漏现象的主要原因应为吸附器的应力与变形及热腐蚀、热变形等[3]。因公司分子筛是卧式结构，填料支撑床层上方堆置填料共75.5 t，板网存在较大的应力和变形，再加上运行时受正流气体和反吹气体的不断冲击，底部床层的漏点会不断的扩大。内部氧化铝及分子筛不断的泄漏，会造成内部分子筛床层的不平整，严重影响分子筛的吸附效果，造成空气短路出口CO2含量升高，堵塞主冷内部的管道、阀门等，严重时会引起碳氢化合物进入主冷造成主冷爆炸、冷箱坍塌等现象[4]；在再生过程中，污氮气进行反吹，加大漏点的泄漏量，不断地造成漏点扩大，同时大量的分子筛及氧化铝泄漏出，造成分子筛及氧化铝大量的浪费；当泄漏点达到临界值时，会出现床层坍塌现象[5]，内部的氧化铝及分子筛会大量地流入进口管道和底部筒体内，造成装置紧急停车检修。分子筛吸附器损坏需极长的检修时间进行检修，同时需对内部床层进行整体检修和更换，对管道进行吹扫，对后续系统的管道、换热器进行清理、吹扫分子筛粉末等[6]，造成装置大面积停车且无法短时开车，形成极大的生产安全事故。

同时因笔者公司的分子筛吸附器前期运行时受到过冲击，分子筛已出现破损、粉末化现象，吹出的分子筛接触到空气变成吸附饱和状态，且在装置大修时已经进行扒装一次，无法再进行扒装，如若进行停车检修，则必须更换新分子筛和氧化铝，费用较高，加上紧急采购、装置停车等各种费用，总损失巨大。最终，公司决定尝试先对分子筛吸附器内部进行在线检查、检修、在线堵漏。

4 在线堵漏的探索

因分子筛吸附器共两台，一台再生一台吸附交替运行，程序步骤共有10步，由PLC程序自动控制[7]，每台吸附器吸附约4 h，再生约4 h，4 h一切换，8 h一循环。为此，公司决定在2#分子筛吸附器吸附时，根据1#分子筛吸附器的再生步骤，对程序进行人为的手动控制，暂停自控程序，对1#分子筛吸附器进行维修。

4.1 程序控制分析，选定暂停步骤

经过分析，选取1#分子筛吸附器处于再生过程中泄压阶段后期或者冷吹阶段末期时，当内部压力卸完后，对1#分子筛吸附器底部人孔进行打开进入检查。因分子筛再生气阀门无法完全隔离，同时冷吹后期的气体为污氮气，内部污氮气含量高，为保证人员安全，进入人员全部佩戴长管呼吸器[8]。

4.2 根据作业天气，选定每次暂停时间

因程序暂停加长了2#分子筛吸附器的吸附时间，导致分子筛吸附过于饱和，会增加2#分子筛出口的CO2含量，影响装置运行；同时天气温度越高，空气中水分越大，分子筛吸附饱和越快。为此，每次暂停时间必须根据天气温度、CO2含量情况进行严格控制程序暂停时间，天气温度越低、CO2含量越低，暂停时间相对较长，约在25～45 min之间。

4.3 查漏

在程序暂停后，快速打开人孔，人员迅速进入，对底部床层泄漏部位进行检查。经过多次进入检查与堵漏观察，依次发现底部床层板网与筒体本身连接处（如图1、图2所示）、板网与板网之间连接处及板网支撑梁与筒体T型连接处出现漏点，如图3、图4所示，此次在线检查共计检查出18处漏点，较大处6处。

4.4 在线堵漏

因分子筛床层与其他漏点不同，且漏点部位隐蔽，存在正反流气体且内部禁油[9]，无法采取常规堵漏措施。为此进行多次试验与尝试，主要堵漏措施如下：

图1 底部床层板网与筒体

图2 底部床层板网与筒体示意图

图3 板网与板网之间连接处示意图

图4 T型连接示意图

a）对泄漏处进行填塞丝网，夜间观察后发现有效果但作用不持久；

b）寻找密封胶进行密封，对中性硅酮结构密封胶、耐高温原子灰配固化剂、乐泰207等进行尝试、填充与密封，经观察部分漏点部位有效果，如图5所示。

c）针对仍泄漏部位，如孔格、缝隙等部位，上述方式无效时使用角铁、扁铁、钢板等方式进行填充焊接，将泄漏部位彻底堵死。

d）对上述仍有地方泄漏的，周围使用丝网填缝、乐泰207打胶填缝涂抹，如图6所示。

图5 底部床层板网与筒体

图6 钢板焊接后涂抹密封胶

4.5 平整、清理、回填床层

对床层进行平整，清理吹出分子筛，对分子筛过筛等回填。在暂停程序时，人员进入分子筛上部，平整分子筛床层；同时进入下部，对人孔下方泄漏出的分子筛进行收集装袋，与吹出的分子筛一起过筛后进行装填，减少损耗量，保证吸附效果[10]。

4.6 更改程序运行时间

每次进入分子筛吸附器内部检修完毕后，在后面的周期内暂停1#分子筛加热程序10 min，延长1#分子筛的加热时长，对其进行特殊再生，保证1#分子筛的吸附效果和再生效果。

经以上堵漏方式，历经15天，将近20多次暂停程序将漏点全部进行消除，进行多次观察现漏点已堵住，泄漏量极小，分子筛吸附器运行正常，出口二氧化碳含量正常。

5 结束语

1）以往的分子筛吸附器内部检修，均在装置停车时才可作业，此次在两台分子筛吸附器切换过程中作业，属于装置在线作业，实现了分子筛吸附器不停车内部检修，是分子筛床层在线消漏的一种探索与应用，同时此维修保证了分子筛吸附器的正常运行，无损吸附器的运行效果，不影响分子筛及整套空分装置的整体运行。

2）此次探索对分子筛吸附器在线检修理论进行了实践与验证，积累了一定的先进经验，并创新出了分子筛吸附器在线堵漏和床层在线堵漏的方法、方式，为其他装置内的分子筛吸附器及其他同种类型的吸附器检修积累了宝贵的经验。此次在线堵漏的实践，同时亦是在线装填分子筛、在线平整分子筛床层的实践。

3）此次利用对分子筛吸附器自动化控制程序进行人为的控制，通过调整分子筛吸附器的程序运行时间，实现了短暂时间内对分子筛吸附器进行内部检查、检修，并通过调整程序时间，实现对分子筛内部的特殊再生。

4）分子筛吸附器内部为无油状态，此次堵漏尝试了不同的密封胶及新型材料，验证了中性硅酮结构密封胶、耐高温原子灰配固化剂等密封胶在分子筛内无油状态下的使用效果。

5）此次对床层进行在线堵漏所采取的方式在以往的分子筛吸附器检修过程中从未采用过，探索出了新型的分子筛床层堵漏方式。

6）此在线堵漏方式适用于床层相对完好、破坏率较低、漏点泄漏部位较小的床层，不适用床层受到冲击或损坏严重、泄漏部位较大的床层。

[1] 郑磊，张福亭，王希奋.分子筛出口二氧化碳超标原因分析及处理[J].氮肥技术，2020，41（4）：16-18.

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[3] 杨广普.分子筛吸附器泄漏原因分析及处理[J].大氮肥，2015，38（5）：325-327.

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[6] 孙秀敏.卧式分子筛吸附器故障分析与处理[J].炼油与化工，2014，25（4）：54.

[7] 王深涛，钱芝忠.空分分子筛程控阀的维护与顺控程序优化[J].化工自动化及仪表，2019，46（11）：957-959.

[8] 王建新，侯志勇，刘智灵，等.检修时分子筛吸附器氧含量低的原因与预防措施[J].深冷技术，2008（5）：77-79.

[9] 李伟，王青龙，张槐槐.采用床层探位法解决分子筛吸附器空气偏流问题[J].深冷技术，2006（6）：5-7.

[10] 任震蔚，叶凌伟，卢沛，等.基于有限元的分子筛吸附装置筒体结构分析设计[J].辽宁化工，2018，47（9）：878-880.

Exploration and Application of On-line Plugging of Bed at the Bottom of Molecular Sieve Adsorber

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(Henan Longyu Coal Chemical Co., Ltd., Yongcheng Henan 476600, China)

The horizontal molecular sieve adsorber is widely used in the air separation unit. The quality of its bed is the key influence factors to the efficient and long-term operation of the molecular sieve adsorber. When there are problems in the molecular sieve adsorber, the mode of shutdown maintenance is usually adopted. However, when there is a small amount of leakage in the bottom bed, shutdown maintenance will cause huge economic losses. Based on practical cases, the attempt, exploration, application and effect of on-line plugging in the bottom bed of molecular sieve adsorber were briefly described.

Molecular sieve adsorber; Bed; Online plugging; Exploration

2021-11-05

张砷钇（1995-），男，河南省武陟县人，助理工程师，2016年毕业于中原工学院机械设计制造及其自动化专业，研究方向：空分装置设备管理，大机组管理。

TQ051.8+6

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1004-0935（2022）06-0841-04