[发明专利]制氧机PSA二氧化碳自诊断系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种气体自诊断系统，尤其涉及一种制氧设备的气体自诊断系统。

背景技术

PSA（Pressure Swing Adsorption，变压吸附）是大型低温精馏制氧机的一种空分前端装置，它是对原料空气进行纯化预处理的系统。PSA系统的主要作用就是除去原料空气中的二氧化碳、水分、碳氢化合物等杂质，避免杂质进入空分系统后引发运行问题而造成安全隐患。在这些杂质中，二氧化碳是重点去除的对象。

例如对设有6个吸附器（以下简称为“床”）的PSA系统来说，其工作过程为：从空压机后冷却器出来的原料空气进入PSA系统，该系统设有6个床，其中装有适量的吸附剂以除去空气中的二氧化碳、水分和大部分碳氢化合物；6个床分别从A～F顺序进行编号，6个床交叉循环运行，在任何时间都有2～3个床进行吸附，2～3个床进行再生，1个床进行再生或吸附前的准备；吸附阶段时间为9～14分钟，再生阶段时间为13分钟，均压、减压时间为30～60秒，可以进行调节，一个工艺循环周期通常为28分钟。整个工艺过程中通过各阀门开、关状态切换来实现时间、压力等工艺参数的控制。其中，吸附阶段为：高压正流空气通过床，在此阶段，水分、二氧化碳和大部分碳氢化合物被吸附剂吸收；再生阶段为：低压反流污氮通过床时，安装在床内吸附剂中的水分、二氧化碳和碳氢化合物被低压污氮带走，从而使得吸附剂重获吸附能力。

但是由于设备故障、吸附剂再生不彻底或吸附剂失效等综合原因，可能造成PSA系统内二氧化碳含量过高，给空分系统的运行带来严重的安全隐患。因此，在工艺过程中需要对PSA系统内的二氧化碳含量实行在线检测分析。

目前，采用的现有二氧化碳气体采样分析技术如图1所示，PSA出口总管的采样气1’，通过一根采样管接入分析仪2’，进行连续式分析；分析仪安装在远离现场的分析室内；分析仪将分析结果转换成4-20mA标准信号传输至DCS系统（Distributed Control System，集散控制系统）3’，将分析结果显示并报警。当出现报警以警示二氧化碳含量较高，为了避免引起空分系统运行的安全隐患，工作人员需要及时地确认故障点及故障原因，即何种原因造成了哪一床或哪几床的二氧化碳吸附能力下降从而引起出口总管的二氧化碳含量增高。

对于PSA系统的二氧化碳分析技术采用的是单点连续式检测，检测点位于PSA系统的出口总管处，但是PSA系统共有6个床，在任一时间都有2或3个床进行吸附工作，6个床的工作状态彼此循环、工作时间彼此交叉；当出现二氧化碳含量高的故障时，仅能说明6床中的其中一床或其中多床吸附效果差，却无法通过现有分析技术快速直观地获知故障床位，通常只能结合运行工艺和排除法来人工判断故障床位。以下通过具体实例予以说明：

1)当A、B二床工作时，出现出口总管二氧化碳含量高时，则说明A、B床中至少有一床含量高，即故障床位有3种可能：A、B或AB，无法直接判断。

2)当C床加入吸附时，A、B、C三床同时工作，此时，二氧化碳继续保持高含量，则故障床位存在着7种可能：A、B、C、AB、AC、BC或ABC，无法直接判断。

3)当A床结束吸附，B、C二床同时工作，若此时的二氧化碳含量不高，则可确认仅A床为故障床位，而B、C床均不是故障床位。若二氧化碳继续保持高含量，则与上述第2)种情况相同，仍然存在着7种可能：A、B、C、AB、AC、BC或ABC，无法直接判断。

4)当D床加入吸附时，B、C、D三床同时工作，若此时的二氧化碳含量不高，则可判断仅A床为故障床位，而B、C、D床均不是故障床位。若二氧化碳继续保持高含量，则需结合上述第3)种情况来分析；若B、C二床同时工作时二氧化碳含量不高，则可判断仅A床为故障床位而B、C床均不是故障床位；若B、C二床同时工作时二氧化碳含量高，则就有14种可能：A、B、C、D、AB、AC、AD、BC、BD、CD、ABC、ABD、BCD或ABCD，无法直接判断。

在PSA系统中设有6个床，按照上述判断方法以此类推，可以发现几乎不存在能够直接、快速判断故障床位的情况，即便能够确认，也需要经历多床切换甚至多个循环周期后的综合分析判断，花费时间长，工作效率差，准确性低。