甲醇二期PSA閥門報警的原因和解決方法

軒忠民

（中海石油建滔化工有限公司，海南東方 572600）

甲醇二期是中海石油建滔化工有限公司一套年產800kt 甲醇的裝置，位于海南省東方市工業園區；PSA 是甲醇二期一套以馳放氣為原料、提取高純度氫氣的變壓吸附單元，由四川天一科技股份有限公司設計和建造。

本裝置主要采用變壓吸附技術將原料氣中的二氧化碳、一氧化碳、甲烷、氮氣等雜質分離脫除，充分回收氫氣。工藝流程框圖如圖1所示：

圖1 工藝流程框圖

變壓吸附PSA 工序主要采用10-1-6/P 工藝，10個吸附塔，1個吸附塔進料，6次均壓，順放沖洗再生。多次均壓，保證各次均壓過程壓差合適，并能充分有效回收氫氣。順放沖洗再生工藝無動力消耗，各個步驟的切換是通過94臺程控閥按一定的控制程序來實現的。

1 出現問題

本裝置主要的設備有原料氣冷卻器1臺，氣液分離器1臺，吸附器10臺，解吸氣緩沖罐1臺，解吸氣混合罐1臺，順放氣緩沖罐2臺，程控閥門94臺，其中程控閥是兩位閥門，由儀表空氣壓力通過電磁閥的開啟或關閉實現閥門的開關動作，94臺中的22臺帶有換向器。自2010年中旬開車至2012年底，系統運行正常，無較大故障或報警發生；自2013年初，閥門報警逐漸增多，并主要以程控閥門為主，多次導致吸附塔切除，甚至導致PSA 單元跳車。

由于PSA 程控閥閥門頻繁報警，引起PSA 壓力波動較大，經常導致切塔運行，甚至導致PSA 單元跳車。于是在2013年五月至七月，對PSA 程控閥閥門報警出現的次數進行了統計。

從圖2可以看出，PSA 程控閥閥門工作很不穩定，報警十分頻繁，嚴重威脅著PSA 單元的安全穩定運行。由于PSA 單元為主裝置提供氫氣和轉化爐燃料，其一旦運行不穩定，將會導致系統負荷大幅波動，同時也將導致轉化爐爐膛壓力出現波動。所以解決PSA 閥門報警的問題成了迫在眉睫的任務。

圖2 2013年PSA程控閥閥門報警情況柱狀圖

2 原因分析

通過對PSA 故障的處理和認真分析，找出了可能導致PSA 程控閥故障報警的幾個原因，同時經過分析和判斷，也列出各個原因的主次，見表1。

表1 PSA閥門報警原因分析表

通過認真分析確認，初步確認以下幾項為主要原因（見表2）。

表2 PSA閥門報警主要原因列表

從表3可以看出，影響PSA 閥門報警發生的主要原因有三點，見圖3。

3 制定對策

針對以上主要原因，經過和技術人員、廠家一起商量討論，制定了以下對策。對策表見表3。

表3 PSA閥門報警解決對策列表

4 對策實施

2013年底至2018年6月，利用甲醇二期兩次檢修的機會，經過公司批準，按計劃對PSA 單元故障進行了處理，按照相應的處理措施逐一進行了實施，并最后對程控閥門進行了調試和空載運行。

實施一：

（1）2013年12月17日，拆卸舊換向器，檢查發現有故障的換向器全部由彈簧斷裂引起。

（2）2013年12月17日，對所有有故障的換向器進行了更換。

（3）不影響閥門動作的前提下，調低氣源壓力，降低彈簧的工作壓力。

實施二：

（1）2015年6月27日，利用PSA 空轉的機會，現場檢查P+F 反饋探頭的信號反饋情況，并對探頭做了細致的防水處理。

（2）對P+F 探頭接口處老化的接線端進行升級，延長接線端壽命。

（3）徹底檢查控制柜內P+F 安全柵，沒發現異常情況。

實施三：

（1）2018年5月28日，利用檢修時機，更新DO 卡件（帶光電隔離器的數字量輸出卡）。

（2）對于所有去現場控制程控閥的DO 回路，串接超薄中間繼電器。

實施四：

現場調試程控閥。利用2018年6月大修的機會，對實施完上述三種解決方案的程控閥進行調試，先在PSA 上位機將程控閥打手動，然后遙控現場開啟或關閉，與現場進行聯校，檢查發現所有閥門聯校都正常。

調試結束后，讓PSA 空轉運行10h，閥門無故障報警，運行良好，程序運行正常。

5 效果檢查

實施和調試完以后，PSA 閥門運行一直都很穩定，提高了PSA 裝置運行的穩定性。雖然偶爾有報警，但是由于發現及時，可以立即處理，因此未造成PSA 壓力的波動。未因PSA 閥門故障而造成PSA 跳車，更未造成甲醇裝置生產波動和跳車等重大事故。實施前后對比圖如圖3。

圖3 PSA閥門報警解決對策實施前后對比圖

通過對PSA 閥門報警原因的分析和故障的解決，取得了良好的結果，消除了由PSA 閥門報警而引起的PSA 壓力波動，減少了裝置的非計劃檢修，節約了檢修費用、人工費用和儀表維護費用，杜絕了因PSA 閥門故障而造成的PSA 塔罐的切出和跳車等事故。

活動之后，進行了全面的經濟核算：

（1）減少儀表維護費用

一臺換向器3 000元，按一年損壞五臺計算：

儀表維護費用=3 000*5=15 000元

（2）減少設備檢修費用

PSA 閥門檢修一次按3 000元計算：

設備檢修費用=3 000*98=294 000元

（3）PSA 一個罐切出一次損失，一次按10 000元計算：

能耗損失：10 000*8=80 000元

（4）PSA 裝置短期停車一次，損失在10萬元左右

除此之外，還有不定期更換P+F 探頭和PSA 的數字量輸出卡件（DO 卡），除去人工費用和其他設備損耗等間接效益，以上四項共創造經濟效益50萬元。

由此可見，經濟效益十分明顯。

6 結語

通過對甲醇二期PSA 閥門歷年報警次數的統計以及報警原因的分析，找出了閥門報警的主要原因，根據主要原因制定了相應的對策，同時根據實施的難易程度，制定了先現場、后控制系統的分時實施步驟，將問題一步一步地解決。經過兩年多的觀察，PSA 控制系統的數字輸出DO 卡及中間繼電器未發生過故障，現場閥門換向器彈簧未出現過斷裂，閥門反饋探頭接線端的老化問題也得到了逐步改善，PSA 閥門報警頻次大大降低，為裝置的穩定運行打下了堅實的基礎。