PSA操作纲要.doc

中石油克拉玛依石化公司变压吸附重整气提氢装置操 作 手 册（工艺部分）重整车间2006-6-22第一节前言本装置采用变压吸附（Pressure Swing Adsorption简称PSA）法分离重整气中氢气，将H2纯度提纯至99%（V）以上送后工段使用，PSA排放尾气送火炬系统。就PSA工艺特点而言，产品气中氢气纯度越高，其回收率就越低。所以操作中应视实际需要，选择适当的氢气纯度，以获较高经济效益。本装置采用气相吸附工艺，原料气不应含有任何液体和固体。本说明书中所涉及压力均为表压，组成浓度均为体积百分数，以下不再专门标注。第二节 装置概况1.重整气规格1.1重整气组成表1 重整气组成一览表重整名称H2C1C2C3iC4nC4(V)%88.536.1022.1372.1670.450.281重整名称iC5nC5C+6H2SNH3H2O(V)%0.0270.020.047475PPm1080PPm840PPm1.2重整气压力： 2.2MPa(G)1.3重整气温度(入塔)： 402、设计规模2.1公称处理重整气能力： 25000 Nm3/h2.2公称产氢能力（折合100%纯氢）： 20360 Nm3/h2.3装置操作弹性： 30110%2.4操作时数： 8400h/a3、产品规格3.1产品氢气产品氢气流量（折合100%纯氢）： 20360Nm3/h产品氢气压力: 2.1MPa产品氢气温度: 40产品氢气纯度： 99%(V)3.2解吸气流量： 4640Nm3/h出口压力： 0.06MPa(G)出口温度： 404、技术性能指标氢气回收率: 92%(V) 5、工艺流程： 原料气PSA-H2解吸气产品氢气图1 工艺流程示意图6、装置组成：本系统包括1台分液罐（D501）、1台加热器（E501）、10台吸附塔（TA-J）、3台缓冲罐（V0202(原D502)、V0203A/B）及一套液压系统等设备，其中计算机集散控制系统与其它工段共用。 第三节 工艺过程1、工艺流程简述本工艺采用10-3-4-3P工艺，即10塔、3塔在线吸附4次均压3次冲洗流程，较原装置增加了2台吸附及2台顺放气缓冲罐以满足新工艺需要。上工段来重整气经分液罐除去其中挟带的少量液体、加热器预处理后压力2.2Mpa、温度40进入3个处于吸附步序吸附塔，重整气中H2O、C16等杂质组分绝大部分被吸附剂吸附，出吸附塔含氢99%产品气送往后工段。吸附塔吸附饱和后通过降压及冲洗过程进行再生，杂质气体经吸附塔底部管线排出，直接进入工厂火炬总管。就PSA工艺而言，单台吸附均是吸附再生吸附间歇循环方式工作，具体到本装置每个吸附塔在一次循环中需经历：吸附（A）、一均降（E1D）、隔离（I）、二均降（E2D）、三均降（E3D）、四均降（E4D）、顺放一（PP1）、顺放二（PP2）、顺放三（PP3）、逆放（BD）、冲洗三（P3）、冲洗二（P2）、冲洗一（P1）、四均升（E4R）、隔离（I）、三均升（E3R）、隔离（I）、二均升（E2R）、一均升（E1R）、终升一（FR1）、终升二（FR2）等二十一个步骤。为连续处理工艺原料气，采用多个吸附床，循环地变动所组合吸附床工艺状态，通过合理步序安排，保证任一时刻均有相同数量吸附塔处于吸附状态就实现了连续分离气体混合物的目的。整个过程通过DCS控制系统自动控制共108台程控阀开关来实现，根据程控阀功能将程控阀分类编号如下：吸附塔程控阀KV201A-J： 原料气程控阀 KV202A-J： 产品气程控阀 KV203A-J: 一均、二均、产品气终升程控阀KV204A-J: 冲洗一顶部程控阀 KV205A-J: 三均、四均、顺放程控阀KV206A-J: 冲洗三顶部程控阀 KV207A-J: 冲洗二顶部程控阀 KV208A-J: 冲洗一底部程控阀 KV209A-J: 冲洗二底部程控阀 KV210A-J: 逆放、冲洗三底部程控阀 公用程控阀KV211A/B: 产品气终升程控阀 KV212A/B: 顺放一程控阀KV213A/B: 顺放二程控阀KV214A/B: 顺放三程控阀2、工艺步序由于所有吸附塔经历工艺过程完全一致，只是在同一时刻所处工艺状态不同而已，下面仅以A塔为例说明工艺步序及程控阀动作如下：（1）吸附来自前一工段重整气，经程控阀KV201A从A塔下端入塔，在吸附工作压力下自下而上地流经吸附床时，气流中杂质成分被吸附剂选择性地吸附，提纯后氢气经KV202A从塔顶排出，其中一部份气体作最终升压用，大部分气体输往下一工序。当杂质组分的吸附前沿到接近吸附床出口时，即停止进料和输出产品气，该塔转入降压再生步序，通过四次均压过程逐次回收吸附塔死空间有效气体，即：（2）一均降A塔吸附停止后通过程控阀KV203A、KV203E与E塔进行压力均衡，即A塔与E塔出口连通，A塔内有效气体从吸附塔顶部回收至吸附塔T0201E内。当A、E两塔压力基本平衡后，进行下一次均压。（3）隔离一均降结束后，根据工艺需要，关闭A塔所有程控阀。（4）二均降隔离结束后，通过程控阀KV203A、KV203F与F塔进行压力均衡，即A塔与F塔出口连通。A塔内有效气体从吸附塔顶部回收至吸附塔T0201F内，当A、F两塔压力基本平衡后，此时需继续均压回收有效气体。（5）三均降二均降结束后，通过程控阀KV205A、KV205G与G塔进行压力均衡，即A塔与G塔出口连通。当A、G两塔压力基本平衡后，三均降过程结束。（6）四均降三均降结束后，通过程控阀KV205A、KV205H与H塔进行压力均衡，即A塔与H塔出口连通。当A、H两塔压力基本平衡后， A塔的吸附前沿接近出口端，此时停止均压。到这一过程结束时，A塔内死空间气体被充分回收，其吸附剂也基本上被利用。吸附塔内部分气体分三次顺放至不同混合气缓冲罐，作为吸附剂冲洗再生用气源。即：（7）顺放一通过程控阀KV205A及212A/B回收部分顺放气至混合气缓冲罐V0203A待用。（8）顺放二顺放一结束后，通过程控阀KV205A及213A/B再次回收顺放气至混合气缓冲罐V0203B待用。（9）顺放三顺放二结束后，通过程控阀KV205A及214A/B第三次回收顺放气至混合气缓冲罐V0202待用，三次顺放结束后，吸附塔内残余气体基本上为杂质气体。（10）逆放顺放结束后，通过程控阀KV210A，从吸附塔下端（即原料气进口端）将气体排出，这一过程的目的是降压将吸附的杂质解吸出来，使得到初步再生。逆放结束后，再通过三次冲洗，逐步使吸附剂再生完全，解吸气送火炬系统。即：（11）冲洗三（第一次冲洗）打开程控阀KV206、KV210利用混合气缓冲罐V0202顺放气对A塔实施冲洗，使吸附剂获得进一步再生。 （12）冲洗二冲洗三结束后，打开程控阀KV207及KV209利用混合气缓冲罐V0203B顺放气对吸附塔实施冲洗。 （13）冲洗一（第三次冲洗）冲洗二结束后，打开程控阀KV204及KV208利用顺放气对吸附塔实施冲洗，三次冲洗结束后，吸附剂已再生较完全，吸附塔将通过四次均升及两次产品气升压至吸附压力，进入下一次循环。即： （14）四均升冲洗结束后先通过程控阀KV205A、KV205D与D塔进行压力均衡，即A塔与D塔出口连通。A塔进行四均升，D塔进行四均降。（15）隔离此时，A塔所有的程控阀全部关闭。（16）三均升隔离结束后。通过程控阀KV205A、KV205E与E塔进行压力均衡，即A塔与E塔出口连通。A塔进行三均升，E塔进行三均降。（17）隔离此时，A塔所有的程控阀全部关闭。（18）二均升隔离结束后。通过程控阀KV203A、KV203F与F塔进行压力均衡，即A塔与F塔出口连通。A塔进行二均升，F塔进行二均降。（19）一均升二均升结束后。通过程控阀KV203A、KV203G与G塔进行压力均衡，即A塔与G塔出口连通。A塔进行一均升，G塔进行一均降。对A塔的一系列均升过程，不但回收了各塔死空间内的氢气和提高了A塔的压力，而且还将A塔残存的少量杂质，推向吸附塔的进口端，起着吸附剂的“更新”作用。（20）终升一利用H、I、J吸附塔吸附过程的产品气，把A塔压力提高到接近操作压力。产品气经阀KV211A/B、KV203A由A塔出口端充入A塔，缓慢提高A塔压力。（21）终升二利用H、I、J吸附塔吸附过程的产品气，把A塔压力提高到操作压力。产品气经阀KV202A由A塔出口端充入A塔，缓慢提高A塔压力。这一过程同样也有把A床内少量杂质组分再一次推向入口端的作用。至此，吸附床为下一循环的所有准备工作即告完毕，紧接着进行下一循环过程。以上即为10-3-4-3P工艺过程，由10塔程序控制。为防止单台吸附塔可能出现的程控阀开关等方面故障，有两套备用程控可用于紧急情况处理，将故障吸附塔与系统隔离，剩余吸附塔可运行新的控制程序而避免系统停车。当仅一台吸附发生故障时，程序可切换至9-2-4-3P，即9塔2塔在线吸附4次均压3次冲洗流程，该程序基本不影响装置运行效果。故障吸附塔故障排除后即可恢复10-3-4-3P程序运行。当故障吸附故障尚未排除，再次发生一台吸附塔故障，可继续将故障吸附塔隔离，程序可切换至9、8-2-4-3P，即8塔2塔在线吸附4次均压3次冲洗流程，该程序在满负荷情况下可能需要降低装置运行负荷来达到较好运行效果。先将第后发生故障吸附塔故障排除后即可恢复9-2-4-3P程序运行。在运行9-2-4-3P、8-2-4-3P程序时，运行吸附塔一个循环同样要经过21个步序，工艺过程及阀门动作与10-3-4-3P完全一致。3、基本时间设置本装置3套控制程序均通过T1、T2、T3、T4、T5共5个时间参数设置来控制一个运行周期时间，每个参数控制步序时序时间及设置原则如下：4、各步序时间5、工艺步序吸附塔压力设置6、 控制功能说明依据变压吸附氢提纯单元的控制要求，本单元控制系统采用DCS控制系统，构成控制与管理功能。本单元的基本控制与管理功能包括：程控阀开关控制、模拟量检测与调节、质量联锁、故障报警与记录、历史数据记录、流量累计等功能。6.1程控阀开关控制功能本单元吸附与分离过程依赖于程控阀门的开关来实现切换，因而程控阀门的开关控制是本单元最重要的控制部分。程控阀开关控制过程示意图见下图：运行监控DCS系统程序控制工艺单元程控阀液压系统工艺参数运行参数阀位检测程序控制驱动6.2程控阀开关控制过程说明：DCS系统根据工艺要求制订出程序，然后按一定的时间顺序将DC24V开关信号送至液压系统的电磁换向阀，电磁换向阀将该开关电信号转换成驱动液压油的高、低压信号，送至程控阀的驱动油缸，驱动程控阀门按程序开、关。同时，程控阀门将其开、关状态通过3075传感器反馈给DCS系统，用于状态显示和监控，并通过与输出信号的对比实现阀门故障的判断与报警。液压系统的作用是为程控阀门提供开、关的动力和控制手段，同时其自身运行的参数如：压力、液位、运行状态等也反馈回DCS系统，由DCS系统进行显示、监控、报警和联锁控制。6.3液压系统说明：本单元的液压系统主要由集成液压泵站、蓄能器站和电磁换向阀构成。集成液压泵站其控制点包括：液位控制：在泵站上装有一台带报警、联锁点的现场磁浮子液位计和一台液位变送器，用于监控泵站的油箱液位。当油箱液位低于报警值时，DCS将报警提醒值班人员加油并检查油压系统有无泄露点；当油站压力低于3.8MPa时报警，操作人员应马上检查在用泵状态，油站压力低于3.5MPa时，备用泵自启动。（装置正常运转时，P501A/B都应在自动状态）。油温控制：泵站上装有一台温度计，当液压油温度超过50时，操作人员应打开冷却水阀。压力控制：液压系统设计有现场压力表和智能压力变送器各一台，可将液压系统工作压力传送至DCS控制系统。6.4报警、联锁功能说明报警一览表报警标记报警仪表报警内容报警值处理方案VALVE BAD阀门传感器程控阀门开关错误请检修人员检查，如影响到吸附压力或产品纯度，则切塔或停车OIL-P LOW液压系统压力变送器液压系统压力低于高限6.0MPa低限3.5MPa自动启用备用泵，请检修人员检查。如启用备用泵后压力仍低于3.5MPa则停车OIL-L LOWOIL-LL LOW液压系统油箱液位计液压系统油箱液位低低限600mm低低限400mm请检修人员检查系统是否漏油，如液位低于低低限则应停车PSA-P HIGHPSA-P LOWPICRA-04吸附压力高吸附压力低高限2.5MPa低限1.8MPa请检查PT-04和PV-04是否有故障，如有故障，可用手动阀调节A-H2 LOWAIRSA-01产品氢纯度低报警低限98.5%减小PSA操作系数注：本装置不设联锁停车。6.5循环时间调节循环时间调节主要要适应原料气流量和产品气H2浓度变化而变化。(1) 当产品气H2浓度一定（例如99%）时，原料气流量变化对循环时间最敏感，当原料气流量增大时，减小时间参数T1以缩短循环时间，当原料气流量减小时，加长时间参数T1以增加循环时间。(2) 原料气气量一定时，产品气纯度降低，应减小时间参数T1缩短循环时间，以保证产品气纯度符合工艺要求。产品气纯度高于设定值，加长时间参数T1增加循环时间，以获得较好经济效益。6.6运行检查项目和调整为了取得良好的运行性能，在运行期间要检查和调整下列项目： 吸附步骤对PSA工艺而言，吸附压力越高，装置运行效果越好。因此操作过程中，在可能情况下尽量要求上一工段原料气供气2.2MPa。 均压步骤由于存在阻力原因，两个塔之间均压后的压力不会完全一样，要求平衡后的压差在0.03 MPa以内。设定的均压时间T1、T2应大于均压达到平衡所需要的时间。 顺放步骤顺放步骤的目的是利用顺放气对吸附塔进行冲洗将吸附剂内吸附的杂质冲洗出来，。根据吸附塔压降调整三次顺放的时间T3、T4、T5，尽量做到三次的压差均匀。 逆放步骤逆放过程实际上是很迅速的。逆放速度过快，不仅使系统产生噪声，而且会造成对吸附剂的磨损。本装置通过调整逆放气去火炬手动阀的开度，使逆放压力在较匀速的条件下在规定的时间内缓慢放至低压，要求逆放终时压力愈低愈好，本系统一般约0.030.06 MPa，逆放终时压力愈低，对吸附剂的解吸有利，吸附剂再生效果好。本装置逆放时间由时间参数KV206延迟开控制。冲洗步骤冲洗步骤的目的是利用杂质量低气体对吸附塔杂质进行置换，从而将吸附剂内高浓度杂质气体冲洗出来，达到吸附剂再生的目的。在整个冲洗步骤注意匀速冲洗。冲洗步序冲洗速度控制通过调节阀PIC-203、PIC-204、PIC-205自动完成。产品气纯度一个吸附塔具有固定的负载杂质的能力。因此，在一个吸附再生循环里能提纯一定数量的原料气。如果循环时间（周期）过长，由于导入的原料气过多会造成产品气中H2含量降低；循环时间（周期）过短，则由于床层未充分利用而引起氢的损失增大（氢回收率降低）。因此，在操作时，循环时间（周期）的任何调整必须谨慎地进行。因为产品气纯度的变化要滞后23个周期才能反应出来。当产品气纯度不合格时，且产品气中H2含量下降趋势明显，表明整个床层已遭污染。杂质组份已突破塔的出口端。造成此原因可能是操作调节不当，也可能是装置自控系统发生故障。一旦找出原因，经过处理后应尽快恢复正常状态。恢复的有效方法一是缩短循环时间（周期），二是降低负荷（减小处理气量）运转一段时间。如果二者结合起来则效果更好，产品纯度恢复得更快。但要注意缩短循环时间（周期）要保证每一步骤（如均压、逆放等）所需要的起码时间。特别是装置在增加负荷时，应提前23个周期缩短循环时间，才能有效保证产品气中H2含量不超标；减量时，则逐步延长循环时间，以提高有效气体回收率。当系统出现故障时，应迅速作出判断，须切塔处理时，必须立即切塔，同时向车间汇报，以免串压造成停车事故。切塔时应正确点击故障吸附塔对应切塔按钮，以免误操作。故障排除后，吸附塔可切入运行状态，切入时应仔细检查该吸附塔压力是否与对应工艺状态相符，切入后控制程序各项参数是否设置正确，确认无误后方可执行切入操作。当系统已切除两台吸附塔时，切入时应注意：后切出的吸附塔应先切入系统，待后切出的吸附塔切回系统后，方可执行将先切出的吸附塔切入系统的操作。第四节 装置停车停车一般分为三种情况：正常计划停车；装置出现较大事故需立即停车处理的紧急停车；为了处理一些小故障，停车时间不超过2小时的临时停车。1正常停车：首先在调度的指挥下，与前后工段联系，征得同意后，方可按如下程序停车： 通知前后工段准备停供重整气和产品氢气； 停气后，依次将程序控制按钮“停车/开车开关”、“暂停/启动开关”、“手动/自动开关”置于“OFF”，控制程序停止运行。 关闭装置进口原料气和出口产品气手动阀。 关闭加热器进出口热水阀。 关闭解吸气去火炬系统手动阀。 将系统微机控制器切换为手动操作，首先缓慢打开原料手动放空阀，先将分液罐及加热器降至常压。 其次逐个打开吸附塔程控阀KV201A-J，将各吸附塔压力泄至常压，注意在执行此项操作时，应控制手动放空阀开度，以免流速过快对吸附剂冲刷，造成损害。 再打开混合气缓冲罐进口阀，通过吸附塔将缓冲罐压力降到常压，降压结束后，将所有吸附塔充入干燥氮气至微正压，然后全关系统所有手动阀。 停系统微机控制器电源。 停系统油压系统。 停系统仪表盘电源，至此全部停车过程结束。 2系统临时停车 首先在调度的指挥下，与前后工段联系，征得同意后，方可按如下程序停车： 通知前后工段准备停供重整气和产品氢气。 停气后，依次将程序控制按钮“停车/开车开关”、“暂停/启动开关”、“手动/自动开关”置于“OFF”，控制程序停止运行。 关闭进口原料气和出口产品气手动阀。 关闭加热器进出口热水阀。 关闭解吸气去火炬系统手动阀。 关闭混合气缓冲罐进出口阀，待命。 3紧急停车（一般情况下不采用） 依次将程序控制按钮“停车/开车开关”、“暂停/启动开关”、“手动/自动开关”置于“OFF”，控制程序停止运行，同时向调度汇报情况。 关闭进口原料气及出口产品气手动阀、加热器热水阀、解吸气去火炬系统手动阀。 适当开启原料气及产品气紧急放空阀，将气体放空以免系统超压。 根据现场情况或停车时间，再按正常停车或临时停车方式作进一步处理。 第五节 不正常现