PSA制氮操作规程.doc

动力车间PSA制氮操作规程1.岗位任务PSA变压吸附制氮设备是给多晶硅生产过程中各工艺用气点提供99.5%纯度氮气的装置。其工作原理是利用冷冻式干燥机除去高温高压空气中的水分，经由吸附塔中分子筛的选择性吸附除去氧气、二氧化碳和碳氢化合物等后，把氮气从压缩空气中分离出来，从而获得满足工艺要求的氮气产品。2.岗位职责2.1负责本规程条款规定的全部操作的事项执行和处理，并对其操作的正确性和事项执行或处理的全面性负责。2.2 负责PSA系统的工艺操作和设备日常管理，包括自洁式空气过滤器、IHI-寿力离心式空气压缩机、冷冻机、吸附塔、气体储罐等及相连阀门、仪表、热力管线。2.3 严格执行操作规程、工艺卡片和各项规章制度。各参数控制正常。努力提高产品质量、效率，降低能耗。2.4 正确判断停水、停电、停气和原料污染等事故。及时果断正确地处理事故。2.5 按时按路线认真巡回检查，发现问题及时处理并汇报。2.6 本岗位负责本工序消防器材的管理。做好冬季汽、水的防冻工作，以及夏季防晒防高温等工作。2.7 认真填写原始操作记录、交接班记录，参加交接班会做到接班严，交班清。2.8 积极参加班组安全活动和技术练兵，搞好环境卫生、设备卫生及维护保养，管好消防器材及劳保用品。3岗位说明书3.1 适用范围本标准规定了国电宁夏太阳能有限公司企业标准PSA制氮岗位操作的要求、构成、内容和表达形式等。 本标准适用于国电宁夏太阳能有限公司PSA制氮岗位操作工作。本规程适用于指导本公司PSA制氮系统的生产操作和安全操作。3.2 使用目的本规程用于指导操作者正确操作和使用PSA制氮设备，安全生产出符合生产工艺指标要求的氮气。3.3 质量标准3.3.1 主要供电质量标准电动机电源AC 10kV7% 500.5Hz三相三线 (200KW)AC 380V7% 500.5Hz三相五线 (200KW)AC 220V7% 500.5Hz单相三线 (0.5KW)仪表电源 AC 220V5 500.5Hz 单相照明电源 AC 380V/220V500.5Hz 三相五线3.3.2 供水质量标准生产用循环水供水压力：0.40MPa(G) 供水温度28生产用循环水回水压力：0.20MPa(G) 回水温度38污垢系数3.4410-4 m2K/W3.3.3 本工段产品控制指标成品氮气产量：1800Nm3/h 成品氮气压力：0.6MPa(G) 成品氮气温度：常温 装置数量：1套产品氮气质量：粗氮纯度：99%（vol），氮气含氧量：1%（vol）；氮气含总碳氢化合物：0.2PPM（vol）压力露点：-60氮气含水量：5PPM（vol）氮气含油量：无氮气含尘量：0.01mg/m3 氮气含尘粒径：0.01m3.4 各设备技术参数3.4.1寿力离心式压缩机 2台压缩机组技术参数Discharge flow rate排气量110m3/min（78Nm3/min）Compressor Model 压缩机型号TA3000Compressed fluid压缩介质AirRelative humidity相对湿度48%进气压力环境大气压Discharge pressure排出压力0.8 MPaG气量调节范围75-100%Suction temperature进口温度39.1压缩级数三级Discharge temperature排气温度40水侧设计压力原厂标准喘振点原厂标准Motor power 电机额定功率700HP(522KW)Cooling water requirement冷却水耗量45 M3/hrLubrication oil requirement 润滑油量260 LUnit gross weight机组毛重5000kg(不含电机)Dimensions (LWH)外形尺寸（长宽高）L=3391,W=1821,H=1981Noise level 噪音等级85 dB公用条件(Utilities conditions)：进水温度(Water inlet temperature)28回水温度(Water outlet temperature)38进水压力(Water inlet pressure)0.30.5MPa (G)出水压力(Water discharge pressure)0.20.4MPa (G)电源(Power supply)低压(Low) 380/3V/ph高压(high)10000/37%V/ph控制(Control) 220/3V/ph频率(Frequency)500.5Hz空气压缩系统采用camerom(原cooper)或同等国外品牌的离心机,以得到稳定的压缩空气。3.4.2压缩空气净化装置（1）冷冻干燥机 生产厂家：多明尼克汉德（中国）Hiross 参 数型 号处理气量 （m3/min）进口温度 （）环境温度 （）露点温度 （）额定工作压力（Mpa）最高工作压力（Mpa）装机功率 （kW）电源 （V/Hz）冷却方式PD 11000110453825（带压力露点显示）0.71.221380/50水冷该品牌冷冻干燥机采用Drypack热交换器和涡旋压缩机，能更好的除去压缩空气中的油、水。（2）一级过滤器 生产厂家：多明尼克汉德（中国）参 数型 号处理气量（m3/min）过滤精度（m）压 差 （MPa）最高使用压力（MPa）设计温度（）滤芯使用寿命（h）外 壳AO 1950F-C+DPGkit1161.00.011.6668000碳钢（3）二级过滤器 生产厂家：多明尼克汉德（中国）参 数型 号处理气量（m3/min）过滤精度（m）压 差 （Mpa）最高使用压力（Mpa）设计温度（）滤芯使用寿命（h）外 壳 AA 1950F-C+DPGkit 116 0.01 0.01 1.6 66 8000碳钢（4）三级过滤器 生产厂家：多明尼克汉德（中国）参 数型 号处理气量（m3/min）过滤精度（m）压 差 （MPa）最高使用压力（MPa）设计温度（）滤芯使用寿命（h）外 壳 AAR 055J-BMI 37 0.01 0.01 1.6 66 8000铝合金作用：对空气压缩机提供的气源进行净化处理，达到下述指标，以满足PSA制氮装置的要求：露点（）-23 含油量（mg/m3） 0.003微尘颗粒(m) 0.01备注：性能优良的空气净化设备，可以有效的保护分子筛，充分发挥分子筛性能，延长分子筛的使用寿命，保障设备的长期稳定运行，供方提供除油活性炭过滤器用以满足含油量要求。3.4.3空气缓冲罐作用：降低气流脉动，减小系统压力波动；在吸附塔空气切换迅速升压时，为装置短时间内提供大量的压缩空气，保证设备可靠稳定运行。型号 30m316 m3工作压力（Mpa）0.90.9设计压力（Mpa）1.01.0材料Q235-B或16MnR安全阀起跳压力9.5bar9.5bar外形尺寸、重量DN2600/5000kg(以最终设计为准)DN2200/3000kg(以最终设计为准)生产厂家国内有压力容器资质厂家数量1台1台备注：全自动焊接，20%射线探伤。3.4.4氧氮分离装置作用：经过处理后的压缩空气通过氧氮分离装置，获得合乎要求的产品氮气。组成：吸附塔；足量的分子筛；氮气工艺缓冲罐；（1）吸附塔型号DN1900工作压力（Mpa） 0.8设计压力（Mpa）1.0材料16MnR外形尺寸、重量（含吸附剂、管道等）DN1900/15000kg(以最终设计为准)生产厂家国内有压力容器资质厂家数量 2台备注： 合理吸附塔设计，合理的气体分布器设置，确保分子筛受压均匀，防止粉化；按照国家相关标准设计，采用16MnR材质；整体热处理，100%射线探伤；（2）吸附剂型号CMS-F工作吸附压力（Mpa） 0.71.0装填数量（kg）8368生产厂家德国卡波备注：通过合理调控变压吸附的过程，控制均压、解析的时间，减少气体流速使其控制在分子筛粉化的临界流速以内；对变压吸附的四个过程，每一个过程对气体流速的设计和计算，控制气体在安全的流速之下，保证分子筛的长期运行。（3）氮气工艺缓冲罐作用：在吸附过程中氮气反吹时，为装置短时间内提供氮气来源；降低气流脉动，减小系统压力波动。型号30m3工作压力（Mpa） 0.8设计压力（MPa）0.9材料Q235-B或16MnR安全阀起跳压力8.5bar外形尺寸、重量DN2600/5000kg(以最终设计为准)生产厂家国内有压力容器资质厂家数量1台备注：a、全自动焊接，20%射线探伤；b、设置单向阀，防止停车时气体回流；c、通过PLC控制气动阀的开启，防止不合格氮气进入需方系统。4装置概述4.1工艺原理 变压吸附基本原理是利用吸附剂对吸附质在不同压力下有不同的吸附容量，并且在一定压力下对被分离的气体混合物各组分又有选择吸附的特性。在吸附剂选择吸附的条件下，加压吸附除去原料气中的杂质组分，减压脱吸这些杂质而使吸附剂获得再生。因此，采用多个吸附器，循环交替的变换所组合的各吸附器的压力，就可以达到连续分离气体混合物的目的，因为吸附与解吸过程是通过压力变化实现的，故该工艺称作变压吸附（PSA）。4.2工艺流程4.2.1工艺流程简述空气经过滤器除去绝大部分灰尘等机械杂质，经压缩和冷却，压力提高到0.8MPa，压缩空气在末级冷却器中被冷却到40左右。经过冷冻机干燥、储气罐缓冲后进入吸附塔，根据吸附塔中填充的分子筛对空气中主要成分氮气和氧气的吸附速率不同，在加压吸附和降压脱附过程中实现气体分离制得纯度99.5%以上的合格氮气，经过两级缓冲后由管道送至各用户点。4.2.2工艺流程介绍4.2.2.1空气压缩及净化为了确保碳分子筛的使用寿命最长，以达到最优运行效果，用于气体分离工艺的空气须经压缩和净化。含有灰尘、水蒸气和碳氢化合物等杂质的环境空气经过喷空气压缩机压缩，达到变压吸附的最佳压力1-8 bar。为了延长分子筛的使用寿命, 必须将空气中的有害物质: 水、灰尘等通过冷干机以及过滤器除去杂质，达到含油0.003ppm, 颗粒0.01m，压力露点25， 从而保证碳分子筛使用寿命更长，长期操作成本最低。4.2.2.2变压吸附制氮经压缩净化后的空气流经装填有碳分子筛（CMS）的吸附塔。压缩空气由下至上流经吸附塔，其间氧气分子在碳分子筛表面吸附，氮气由吸附塔上端流出，进入一个缓冲罐。经一段时间后，吸附塔中碳分子筛被所吸附的氧饱和，需进行再生。再生是通过停止吸附步骤，降低吸附塔的压力来实现的。两个吸附塔交替进行吸附和再生，从而确保氮气的连续输出。完整的变压吸附过程为：吸附 装有专用碳分子筛的吸附塔共有A、B二塔。当洁净的压缩空气进入A塔底端经碳分子筛向出口端流动时，O2、CO2和H2O被吸附,产品氮气由吸附塔出口流出。均压 经一段时间后(大约1分钟)，A塔内的碳分子筛吸附饱和。这时，A塔自动停止吸附，并对B塔进行一个短暂的均压过程，从而迅速提高B塔压力并达到提高制氮效率的目的。所谓均压，就是将两塔连通，使一只塔（待解吸塔）的气体流向另一只塔（待吸附塔），最终达到两塔的气体压力基本均衡。解吸 均压完成后， A塔通过底端出气口继续排气，将吸附塔迅速下降至常压，从而脱除已吸附的O2、CO2、H2O，实现分子筛的解吸再生。吹扫 为了使分子筛彻底再生，以氮气缓冲罐内的合格氮气对A塔进行逆流吹扫。当一塔在吸附产氮时，另一塔同时进行再生（即解吸和吹扫）过程，A、B两塔交替进行吸附、均压和再生，完成氧氮分离，连续输出产品氮气。以上过程都是通过PLC控制气动阀门自动实现。 本装置使用两个吸附塔以保证氮气的连续供给。升压与降压工艺由八个气动控制阀门来实现，根据系统运行时间，每个阀门的连续开关次数达50万次/年。采用进口名牌阀门以保证阀门的使用寿命和最低维修率。为了获得连续稳压的产品氮气，变压吸附系统需配置一个氮气缓冲罐。氮气流量通过流量计指示，纯度通过氧分析仪连续进行监测。当纯度达不到需方的要求时，将自动放空，以防止不合格气体进入需方的生产线。4.3工艺流程图（示意图）：自然空气自洁式空滤器离心式空压机空气缓冲罐冷冻机吸附塔氮气缓冲罐各用户5装置运行5.1装置启动前准备5.1.1检查装置各部位安装过程遗留的杂物已清理干净，设备上已无任何阻挡物。确认富氧空气排放口已按照要求接出室外，且附近无明火。5.1.2检测所有的管道、阀门、仪表、容器、密封圈和垫圈，安全装置等都符合P&ID流程图，满足设计要求。5.1.3检查所有仪表的功能是否正常（压力表、流量计等）。打开压力表的截止阀。5.1.4检查是否所有的进气管道、产品气体输送管道、排气管道、疏水通道都已连接。5.1.5去除所有用于运输过程的包装物、胶带、焊接残留物等。5.1.6检查所有旋转机械（压缩机和冷干机）的旋转方向，润滑油是否已按厂家要求的规格、数量加注。5.1.7检查所有的管道支撑连接，特殊管道的部件是否正确安装。请在冷热两种状态下应具备自补偿、适应能力。5.1.8检查吸附塔是否已按要求填充完毕。5.1.9检查电源开关位置、手动阀门位置、冷却水等。5.1.10送冷却水：若空压机、冷干机或其它冷却器是水冷式的，必须先送冷却水。送电源：送控制系统、冷干机、空压机电源。注意：西梅卡公司已在设备出厂前标定好分析仪。如有必要，可在现场再次标定。标准气由用户准备。5.1.11开冷干机：当冷干机露点温度降低于5后，才能启动空压机，从而保证初始阶段进入PSA装置的空气露点温度就是合格的。打开空压机和冷干机之间的联通阀。5.1.12启动空压机：缓慢打开冷干机与PSA装置之间的联通阀（如果配置此阀）。当控制盘上仪表空气压力指示高于0.4MPa时，启动前的工作准备结束。5.2启动PSA系统：5.2.1启动PSA系统（操作程序参照图5-1控制箱布置图）:当“启动”绿灯闪动时，系统在预备状态，可以启动。按“启动”按钮。此时“启动”绿灯不再闪动，转为长亮，各程控阀开始切换动作。PSA循环周期从压力平衡开始运行，吸附塔T101先进性吸附。 注意：对于初次运行或检修后重新投入运行的装置，此时应检查各阀门的动作顺序是否符合要求。然后才能缓慢打开空气缓冲罐至PSA装置之间的空气截止阀，使吸附塔内的压力缓慢上升。5.2.2打开吸附器出口手动调节阀至合适位置（由西梅卡调试工程师调整），产品氮气进入氮气缓冲罐。缓冲罐内的压力逐步上升。初步启动可当压力上升至0.5MPa左右时，将氮气缓冲罐内氮气排净、置换，以加快启动速度。注意：氮气为窒息性气体，排放氮气时，严禁人员在附近停留，并加强通风措施。5.2.3调节氮气取样阀，使样品气压力稳定在0.1MPa，进入氧气分析仪，并调整进入氧分析仪的样品气流量为300ml/min，从而保证分析仪工作正常。5.2.4待氮气缓冲罐内压力高于设定下限时，“氮气压力低”指示灯熄灭。调整氮气缓冲罐出口的两只调节阀，调整产品流量及纯度。5.2.5当纯度达到设定时（请根据氧分析仪说明书设定含氧量报警值），“含氧量高”指示灯熄灭。此时，氮气缓冲罐出口的两只程控阀会自动转换，停止放空，而将合格的产品氮气送入氮气贮罐，或直接送入用户管网。5.3停止PSA系统：5.3.1按“停止”按钮 待PSA正在运行的周期结束时，红色“停止”指示灯开始闪动。PSA周期结束后，“停止”指示灯继续亮，除阀门PSV103和FSV104及FSV107外，其它阀门全部关闭。 5.3.2两个吸附塔同时完全降压90秒。所有程控阀门关闭，“停止”指示灯熄灭。5.3.3当“启动”绿灯闪动时，表示系统允许再次启动。（若系统需要长时间停机，则停止空压机，再停冷干机，关控制电源，关冷却水。）表示关闭PSA系统，不能以关闭总电源来停止系统的运行，以防止系统发生故障。5.3.4当由于用户的氮气消耗量过小，氮气缓冲罐内压力持续超过0.8MPa达到10min时，系统自动停止运行。空压机也会因排气压力高于上限而停机，并处于待机状态。冷干机也处于自动运行状态。注意：由于PSA系统的备用状态和压缩机均有自动启动的功能。因此，在任何养护工作开始前，系统及所有附件，以防止系统自动启动。6常见故障处理 在系统出现故障时，PSA系统自动停机以防止进一步损坏。 如空气系统不能正常工作，系统将自动执行以下程序：2秒钟后，PSA系统停机。“停止”指示灯亮。“启动”指示灯熄灭。7工艺和控制指标7.1空 滤：真空度 1000Pa 7.2离心机：循环水进口温度32 循环水出口温度42循环水进口压力 0.40.5MPa循环水出口压力 0.20.3MPa 一级排气压力