制氢装置PSA操作法.doc

编号编号 QJ SL 81 245 2005 1 2 制氢装置 制氢装置 PSA 单元操作法单元操作法 补充 中国石化股份公司 上海高桥分公司炼油事业部 二零零五年四月 上海高桥石化公司 高桥分公司上海高桥石化公司 高桥分公司 事业部级工艺技术文件修改审批表事业部级工艺技术文件修改审批表 编号 QJ SL 81 245 2005 单位名称加氢车间装置名称2 制氢装置 文件编号 QJ SL 81 245 2005 文件名称制氢装置PSA操作法 修改原因及依据 可附页 PSA系统改造 修改原有操作法 修改方式 出单行本 编制 装置工艺员 李华宗 2005 年 4 月 30 日 查定 车间主管主任 卢福明 2005 年 4 月 30 日 审 查 事业部工艺技术岗 年 月 日 事业部工艺技术高级主管 主管 年 月 日 事业部调度专业 年 月 日 事业部安全专业 年 月 日 事业部环保专业 年 月 日 事业部设备动力专业 年 月 日 会 签 年 月 日年 月 日 审批 事业部总工程师 年 月 日 实施日期 年 月 日 注 本表适用于岗位操作法 工艺 产品 卡片 生产装置开停工吹扫方案和总体试车方案等 2 目录目录 第一章第一章 PSA 单元的生产原理及工艺流程单元的生产原理及工艺流程 1 第一节 PSA 单元概况 1 第二节 PSA 单元生产原理 3 第三节 PSA 单元工艺流程 10 第二章第二章 PSA 单元自动控制系统单元自动控制系统 15 第三章第三章 PSA 单元开停工及正常操作单元开停工及正常操作 20 第一节 PSA 单元的开车 20 第二节 PSA 单元的停车 28 第三节 PSA 单元的正常操作 30 第四章第四章 PSA 单元物料进出温度一览表单元物料进出温度一览表 44 1 第一章第一章 PSA 单元的生产原理及工艺流程单元的生产原理及工艺流程 第一节第一节 PSA 单元概况单元概况 一 一 PSA 单元概况单元概况 1 单元规模单元规模 单元公称处理中变气能力 94000Nm3 h 单元公称产氢能力 60000Nm3 h 单元设计操作弹性 20 105 2 单元组成单元组成 本单元在改造后由 12 台吸附塔 1 台顺放气罐 改造新增 利用原有原料气分液罐 D 113 2 台解吸气缓冲罐构成 3 工艺流程工艺流程 见所附工艺原则流程图 4 非标设备及动力设备一览表非标设备及动力设备一览表 序 号 名 称位 号操作条件填料种类 操 作 介 质 数量 台 1吸附塔D114 1 12 温度 40 压力 0 05 2 2MPa AS 吸附剂 HXSI 01 吸附剂 HXBC 15B 吸附剂 HX5A 98H 吸附剂 HX CO 吸附剂 中变气12 2顺放气缓冲罐D113 温度 40 压力 0 2MPa 氢气1 3解吸气缓冲罐D115 1 温度 40 压力 0 03MPa 解吸气1 4解吸气混合罐D115 2 温度 40 压力 0 03MPa 解吸气1 2 二 二 原料产品性质原料产品性质 1 原料气原料气性质性质 本单元设计的原料气为 中变气 其性质 组成如下 中变气进 PSA 压力 2 20MPa G 中变气进 PSA 温度 40 中变气组成 设计值 序号物质名称mol 备注 V 1H2 71 70 2CO 2 5 3CO2 20 4CH4 63 8 5N2 1 合计100 备注 为提高整个装置的产氢能力 在制氢装置造气部分应尽量提高 H2 的含量 降 低 CH4 和 CO 的含量 2 产品规格产品规格 本单元的主要产品为氢气 供应加氢裂化 润滑油加氢等用氢装置需要 副产品 为解吸气 用作装置转化炉燃料 在实际生产中 产品氢的纯度可通过改变 PSA 单元 的操作条件进行调节 而解吸气的组成也会随原料气和产品气的不同而略有不同 以 下为产品氢气规格 设计值 产品氢纯度 99 9 产品氢中 CO CO2含量 10ppm 产品氢温度 45 产品氢压力 2 1MPa G 3 第二节第二节PSA 单元生产原理单元生产原理 一一 吸附原理吸附原理 1 基本原理基本原理 吸附是指 当两种相态不同的物质接触时 其中密度较低物质的分子在密度较高的物 质表面被富集的现象和过程 具有吸附作用的物质 一般为密度相对较大的多孔固体 被称为吸附剂 被吸附的物 质 一般为密度相对较小的气体或液体 称为吸附质 吸附按其性质的不同可分为四大类 即 化学吸着 活性吸附 毛细管凝缩 物理吸 附 物理吸附是指依靠吸附剂与吸附质分子间的分子力 即范德华力 进行的吸附 其特 点是 吸附过程中没有化学反应 吸附过程进行的极快 参与吸附的各相物质间的平衡在 瞬间即可完成 并且这种吸附是完全可逆的 PSA 单元中的吸附主要为物理吸附 2 吸附剂及吸附力吸附剂及吸附力 工业 PSA 单元所用的吸附剂都是具有较大比表面积的固体颗粒 主要有 活性氧化铝 类 活性炭类 硅胶类和分子筛类 不同的吸附剂由于有不同的孔隙大小分布 不同的比 表面积和不同的表面性质 因而对混合气体中的各组分具有不同的吸附能力和吸附容量 1 在 PSA 单元中常见的几类吸附剂的特性如下 活性氧化铝类吸附剂 活性氧化率类吸附剂对 H2O 均有很高的吸附能力 同时再生非常容易 并且该吸附剂 还具有很高的强度和稳定性 因而适合于装填在吸附塔的底部脱除水分和保护上层吸附剂 硅胶类吸附剂 硅胶类吸附剂属于一种高空隙率的无定型二氧化硅 化学特性为惰性 无毒 无腐蚀 性 通常可装于吸附塔中下部 用于吸附水分 CO2和重烃 重烃 活性碳类吸附剂 活性碳类吸附剂是吸附剂以煤为原料 经特别的化学和热处理得到的孔隙特别发达的 专用活性炭 属于耐水型无极性吸附剂 对原料气中几乎所有的有机化合物都有良好的亲 和力 装填于吸附塔中部主要用于脱除 CO2 和部分甲烷组分 分子筛类吸附剂 4 分子筛类吸附剂为一种具有立方体骨架结构的硅铝酸盐 无毒 无腐蚀性 HX5A 98H 吸附剂不仅有着较大的比表面积 而且有着非常均匀的空隙分布 其有效孔径为 0 5nm 分子筛吸附剂是一种吸附量较高且吸附选择性极佳的优良吸附剂 通常装填于吸附塔的上 部 用于脱除甲烷 CO N2 等组份 保证最终的产品纯度 由于不同的吸附剂材料对不同的气体组份有特定的结合能力 因此 吸附床层设计成 多层的不同吸附剂混合装填模式 以达到将氢从不同气体的混合物中分离出来的目的 2 吸附剂的处理 几乎所有的吸附剂都是吸水的 特别是分子筛类吸附剂具有极强的亲水性 如与水接 触 产生的吸附热可能使吸附剂变得很热 会烧伤与之接触的皮肤 因而在吸附剂的保管 和运输过程中应特别注意防潮和包装的完整性 如果受潮 还必须对吸附剂作活化处理才 能保证其性能 对于废弃的吸附剂 一般采用深埋或回收处理 但应注意 在卸取吸附剂时 必须先 用氮气进行置换以确保塔内无有毒或爆炸性气体 吹扫最好用热的氮气 100 因为它 比其它较凉的气体更有效 在正常使用情况下 吸附剂一般是和 PSA 单元同寿命的 3 吸附力 在物理吸附中 各种吸附剂对气体分子之所以有吸附能力是由于处于气 固相分界面 上的气体分子的特殊形态 一般来说 只处于气相中的气体分子所受的来自各方向的分子 吸引力是相同的 气体分子处于自由运动状态 而当气体分子运动到气 固相分界面时 即 撞击到吸附剂表面时 气体分子将同时受到固相 气相中分子的引力 其中来自固相分子 的引力更大 当气体分子的分子动能不足以克服这种分子引力时 气体分子就会被吸附在 固体吸附剂的表面 被吸附在固体吸附剂表面的气体分子又被称为吸附相 其分子密度远 大于气相 一般可接近于液态的密度 对于不同的气体组分 由于其分子的大小 结构 极性等性质各不相同 吸附剂对其 吸附的能力和吸附容量也各不相同 PSA 单元所利用的就是吸附剂的这一特性 由于吸附 剂对混合气体中的氢组分吸附能力很弱 而对其它组分吸附能力较强 因而通过装有不同 吸附剂的混合吸附床层 就可将各种杂质吸附下来 得到提纯的氢气 5 下图为不同组分在分子筛上的吸附强弱顺序示意图 组分 吸附能力 氦气 弱弱 氢气 氧气 氩气 氮气 一氧化碳 甲烷 二氧化碳 乙烷 乙烯 丙烷 异丁烷 丙烯 戊烷 丁烯 硫化氢 硫醇 戊烯 苯 甲苯 乙基苯 苯乙烯 水 强强 3 3 吸附平衡吸附平衡 吸附平衡是指在一定的温度和压力下 吸附剂与吸附质充分接触 最后吸附质在两相 6 中的分布达到平衡的过程 在实际的吸附过程中 吸附质分子会不断地碰撞吸附剂表面并被吸附剂表面的分子引 力束缚在吸附相中 同时吸附相中的吸附质分子又会不断地从吸附剂分子或其它吸附质分 子得到能量 从而克服分子引力离开吸附相 当一定时间内进入吸附相的分子数和离开吸 附相的分子数相等时 吸附过程就达到了平衡 对于物理吸附而言 动态吸附平衡很快就 能完成 并且在一定的温度和压力下 对于相同的吸附剂和吸附质 平衡吸附量是一个定 值 由于压力越高单位时间内撞击到吸附剂表面的气体分子数越多 因而压力越高平衡吸 附容量也就越大 由于温度越高气体分子的动能越大 能被吸附剂表面分子引力束缚的分 子就越少 因而温度越高平衡吸附容量也就越小 通常用不同温度下的吸附等温线来描述这一关系 如下图 从上图的 B A 和 C D 可以看出 在温度一定时 随着压力的升高吸附容量逐渐增大 从上图的 B C 和 A D 可以看出 在压力一定时 随着温度的升高吸附容量逐渐减小 本 PSA 单元的工作原理利用的是上图中吸附剂在 A B 段的特性来实现气体的吸附与解 吸的 吸附剂在常温高压 即 A 点 下大量吸附原料气中除氢以外的杂质组分 然后降低压 力 到 B 点 使各种杂质得以解吸 4 4 工业吸附分离流程及其相关参数工业吸附分离流程及其相关参数 1 工业吸附分离流程的确定 本单元采用工业变压吸附 PSA 工艺 C B D T2 T1 Qtp 变压吸附 变 温 吸 附 温度 T2 T1 Qp P1P2 吸 附 量 Qt 组分分压 A 7 在工业变压吸附 PSA 工艺中 吸附剂通常都是在常温和较高压力下 将混合气体中 的易吸附组分吸附 不易吸附的组分从床层的一端流出 然后降低吸附剂床层的压力 使 被吸附的组分脱附出来 从床层的另一端排出 从而实现了气体的分离与净化 同时也使 吸附剂得到了再生 但在通常的 PSA 工艺中 吸附床层压力即使降至常压 被吸附的杂质也不能完全解吸 这时可采用两种方法使吸附剂完全再生 一种是用产品气对床层进行 冲洗 以降低被吸 附杂质的分压 将较难解吸的杂质置换出来 其优点是常压下即可完成 但缺点是会多损 失部分产品气 另一种是利用抽真空的办法进行再生 使较难解吸的杂质在负压下强行解 吸下来 就是真空变压吸附 Vacuum Pressure Swing Adsorption 缩写为 VPSA 或 VSA VPSA 工艺的优点是再生效果好 产品收率高 但缺点是需要增加真空泵 装置能耗相对较 高 2 工艺条件与单元处理能力的关系 中变气组成 吸附塔的处理能力与中变气组成的关系很大 中变气中氢含量越高时 吸附塔的处理 能力越大 中变气杂质含量 对本单元而言主要是 CO 越高 特别是净化要求高的有害杂 质含量越高时 吸附塔的处理能力越小 中变气温度 原料气温度越高 吸附剂的吸附量越小 吸附塔的处理能力越低 吸附压力 原料气的压力越高 吸附剂的吸附量越大 吸附塔的处理能力越高 解吸压力 解吸压力越低 吸附剂再生越彻底 吸附剂的动态吸附量越大 吸附塔的处理能力越 高 产品纯度 产品纯度越高 吸附剂的有效利用率就越低 吸附塔的处理能力越低 3 氢气回收率的影响因素 由于 PSA 单元的氢气损失来源于吸附剂的再生阶段 因而吸附塔的处理能力越高 则 再生的周期就可以越长 单位时间内的再生次数就越少 氢气损失就越少 氢回收率就越 高 不同工艺流程对氢气回收率的影响 8 在不同的工艺流程下 所能实现的均压次数不同 吸附剂再生时的压力降也就不同 而吸附剂再生时损失的氢气量随再生压力降的增大而增大 一般来讲 PSA 流程的均压次 数越多 再生压力降越小 氢气回收率越高 但从另一方面考虑 均压次数如果过多 容 易将部分杂质带入下一吸附塔并在吸附塔顶部形成二次吸附 从而使该塔在转入吸附时因 顶部被吸附的杂质随氢气带出而影响产品氢纯度 对于冲洗流程来讲 需消耗一定量氢气用于吸附剂再生 故采用冲洗流程时 氢气回 收率较低 产品氢纯度对氢气回收率的影响 在原料气处理量不变的情况下 产品氢纯度越高 穿透进入产品氢中的杂质量越少 吸附剂利用率越低 每次再生时从吸附剂死空间中排出的氢气量越大 氢气回收率越低 吸附压力对氢气回收率的影响 在一定的范围内 吸附压力越高 吸附剂对各种杂质的动态吸附量越大 在原料气处 理量和产品氢纯度不变的情况下 吸附循环周期越长 单位时间内解吸次数越少 氢气回 收率越高 冲洗过程对氢气回收率的影响 由于被吸附的大量杂质是通过用部分氢气的回流冲洗而解吸 故冲洗时间的长短 冲 洗气量的大小 冲洗速度的快慢都将影响氢气的回收率 一般来讲 冲洗时间越长 冲洗 过程越均匀 冲洗气量越大 吸附剂的再生越彻底 在纯度不变的情况下 吸附时间越长 氢气回收率越高 但是 由于本装置的冲洗气来自均压结束后的顺放过程 如需加大冲洗 气量 则顺放过程压力降太大 将会引起部分杂质穿透 反而不利于冲洗 吸附时间 或吸附循环周期 对氢气回收率的影响 在中变气流量和其他工艺参数不变的条件下 延长吸附时间就意味着单位时间内的再 生次数减少 再生过程损失的氢气也就越少 氢气回收率越高 但是 在同样条件下 吸 附时间越长 进入吸附剂床层的杂质量越大 因吸附剂动态吸附量不变 故穿透进入产品 氢的杂质量将增大 这势必会使产品氢纯度下降 由此可见 吸附时间的改变将同时影响 产品氢的纯度和收率 在 PSA 单元的实际操作过程中 为了提高 PSA 单元运行的经济性 我们应在保证产品 氢中杂质含量不超标的前提下 尽可能的延长吸附时间以提高氢气回收率 这是 PSA 单元 吸附时间参数设定的基本原则 综上所述 为了提高氢气回收率进而提高装置的经济效益 在中变气组成 流量以及 9 温度一定的情况下应尽量提高吸附压力 降低解吸压力 延长吸附时间 降低产品纯度 在允许范围内 4 产品氢纯度的影响因素 中变气流量对纯度的影响 在气体工艺条件及工艺参数不变的条件下 中变气流量的变化对纯度的影响很大 中 变气流量越大 每一循环周期内进入吸附塔的杂质量越大 杂质也就越容易穿透 产品氢 纯度越低 相反 中变气流量减小 则有利于提高产品氢纯度 解吸再生条件对产品氢纯度的影响 如前所述 在常压冲洗再生的情况下 一方面因要消耗部分产品气用于吸附剂再生 氢气回收率较低 另一方面 因吸附剂再生不彻底 吸附剂动态吸附量较小 因而若原料 气流量不变 则产品氢纯度下降 均压次数对产品氢纯度的影响 中变气处理量和吸附循环周期不变 均压次数越多 均压过程的压力降越大 被吸附 的杂质也就越容易穿透进入下一吸附塔并在吸附剂床层顶部被吸附 致使该塔在转入下一 次吸附时杂质工业吸附分离流程的主要工序很容易被氢气带出 影响产品氢纯度 二二 工业吸附分离流程的主要工序工业吸附分离流程的主要工序 吸附工序 在常温 高压下原料气进入吸附床 吸附剂将杂质吸附 获得产品氢气 减压工序 通过一次或多次的均压降压过程 将床层死空间氢气回收 顺放工序 通过顺向减压过程获得吸附剂再生的冲洗气源 即用于对其他塔进行吹 扫 逆放工序 逆着吸附方向减压使吸附剂获得部分再生 冲洗工序 用产品氢冲洗降低杂质分压 使吸附剂完成最终的再生 升压工序 通过一次或多次的均压升压和产品气升压过程使吸附塔压力升至吸附压 力 为下一次吸附作好准备 本装置主流程的工序包括 吸附 一均降 二均降 三均降 四均降 顺放 逆放 冲洗 四均升 三均升 二均升 一均升 产品氢终升共十三个工艺步序 10 第三节第三节PSA 单元工艺流程单元工艺流程 一一 流程简述流程简述 压力 2 2MPa G 温度 40 的中变气从塔底部进入吸附塔 D114 1 12 中正处于吸附 工况的塔 始终有 3 台 在多种吸附剂组成的复合吸附床的依次选择吸附下 一次性除去 氢以外的几乎所有杂质 直接获得纯度大于 99 9 的产品氢气从塔顶排出 然后经吸附压 力调节阀 PV0208A 稳压后送出界区 PSA 单元除送出产品氢外 还产生逆放解吸气和冲洗解吸气 逆放解吸气来自于吸附 床的逆放步骤 冲洗解吸气产生于冲洗步骤 所有解吸气最后均送解吸气混合罐 D115 2 逆放解吸气和冲洗解吸气在混合罐中混合缓冲后送往转化炉作燃料 吸附塔的工作过程如下 1 1 吸附过程吸附过程 原料气经程控阀 KV0201 自塔底进入 PSA 吸附塔 D114 中正处于吸附状态的三台吸附 塔 其中除 H2以外的杂质组分被装填的多种吸附剂依次吸附 得到纯度大于 99 9 的氢气 从塔顶排出 经程控阀 KV0202 和吸附压力调节阀 PV208A 后送出界区 2 2 均压降压过程均压降压过程 这是在吸附过程完成后 顺着吸附方向将塔内较高压力气体依次放入其它已完成再 生的较低压力塔的过程 这一过程不仅是降压过程 而且也回收了吸附床层死空间内的氢 气 本装置主流程共包括四次连续均压降压过程 分别称为 一均降 E1D 二均降 E2D 三均降 E3D 四均降 E4D 一均降 二均降通过程控阀 KV0207 进行 三均降 四均降通过程控阀 KV0208 进行 3 3 顺放过程顺放过程 均压过程结束后 吸附塔压力仍有 0 45MPa 左右 而此时的杂质吸附前沿仍未到达床 层顶部 故可通过顺放获得冲洗再生气源 顺放过程通过程控阀 KV0204 进行 顺放气进入 11 顺放缓冲罐 D113 4 4 逆放过程逆放过程 这是吸附塔在完成顺放过程后 逆着吸附方向将塔内压力降至 0 05MPa 的过程 此 时被吸附的杂质开始从吸附剂中解吸出来 逆放解吸气经过程控阀 KV0203 及调节阀 PV0203c d 放入解吸气缓冲罐 D115 1 5 5 冲洗过程冲洗过程 在这一过程中 用来自于顺放气罐 D113 的氢气逆着吸附方向对吸附床冲洗 使吸附 剂中的杂质得以完全解吸 冲洗通过调节阀 FV0202 调节流量后 由程控阀 KV0206 进入吸 附塔 再通过程控阀 KV0209 XV510 放入解吸气混合罐 D115 2 在 D115 2 中混合后的逆放和冲洗解吸气经流量调节阀 FV0214 暂时未上 调节后 送出界区去转化炉作燃气 6 6 均压升压过程均压升压过程 该过程与均压降压过程相对应 在这一过程中 分别利用其它吸附塔的均压降压气 体依次从吸附塔顶部对吸附塔进行升压 本装置主流程共包括四次连续均压升压过程 依 次称为 四均升 E4R 三均升 E3R 二均升 E2R 和一均升 E1R 7 7 产品气升压过程产品气升压过程 经过四次均压升压过程后 吸附塔压力已升至接近于吸附压力 这时 用产品氢经 调节阀 HV0201 控制流量后 再经程控阀 KV0205 将吸附塔压力升至吸附压力 经这一过程 后 吸附塔便完成了整个再生过程 为下一次吸附做好了准备 二二 工艺流程特点 工艺流程特点 与传统 PSA 流程相比 本装置流程具有如下特点 1 均压次数多 氢气回收充分 氢气损失小 2 三塔同时冲洗 冲洗时间长 冲洗过程和冲洗气流量稳定 吸附剂再生效果好 3 逆放时间长 逆放过程连续 逆放气稳定 解吸充分 4 采用多床同时吸附的 PSA 流程 吸附循环周期短 吸附剂利用率高 三 三 PSA 单元运行步骤单元运行步骤 本单元共由 12 台吸附塔组成 其中 3 台始终处于吸附状态 其余 9 台处于再生的不 同阶段 吸附塔的整个吸附与再生过程都是通过 108 台程控阀 或程控阀 按一定的工艺步 12 序和顺序进行开关来实现的 各程控阀编号代表的意义如下 KV 吸附塔号 01 12 阀门功能 作用 0201 原料气进口阀 0202 产品气出口阀 0203 逆放阀 0204 顺放阀 0205 产品气升压阀 0206 冲洗气入口阀 0207 一均 二均阀 0208 三均 四均阀 0209 冲洗气出口阀 表示程序控制阀 现以吸附塔 D114 1 简称 1 塔 为例描述主流程的整个工艺运行过程 D114 1 12 的 工艺过程与 D114 1 完全相同 流程时序图详见附表一 1 1 吸附吸附 A A 原料气经程控阀 KV0201 1 进入 PSA 吸附塔 D114 1 其中除 H2以外的杂质组份被吸附 塔中装填的多种吸附剂依次吸附 得到纯度大于 99 9 的产品氢气经程控阀 KV0202 排出 大部分氢气经压力调节阀 PV208A 稳压后送出界区 随着吸附的进行 当杂质的前沿 即 吸附前沿 上升至接近吸附床一定高度时 关闭 KV0201 KV0202 停止吸附 这时 吸附前 沿与吸附床出口间还留有一段未吸附饱和的吸附剂 称为预留段 2 2 一均降压一均降压 E1D E1D 13 在吸附过程完成后 打开程控阀 KV0207 1 和 KV0207 5 将 1 塔内较高压力的氢气放入 刚完成了二均升的 5 塔 直到 1 5 两塔的压力基本相等为止 这一过程不仅是降压过程 而且也回收了 1 塔床层死空间内的氢气 在这一过程中 1 塔的吸附前沿将继续向前推移 但仍未达到出口 3 3 二均降压二均降压 E2D E2D 在一均降过程完成后 打开程控阀 KV0207 1 和 KV0207 6 将 1 塔内较高压力的氢气放 入刚完成三均升的 6 塔 用于 6 塔的二均升 这一过程继续回收 1 塔床层死空间内的氢气 同时 1 塔的吸附前沿也将继续向前推移 但仍未达到出口 4 4 三均降压三均降压 E3D E3D 在二均降过程完成后 打开程控阀 KV0208 1 和 KV0208 7 将 1 塔内较高压力的氢气放 入刚完成了四均升的 7 塔 用于 7 塔的三均升 直到 1 7 两塔的压力基本相等为止 这一 过程同样是继续回收 1 塔床层死空间内的氢气 同时 1 塔的吸附前沿也将继续向前推移 但仍未达到出口 5 5 四均降压四均降压 E4D E4D 在三均降过程完成后 打开程控阀 KV0208 1 和 KV0208 8 将 1 塔内较高压力的氢气放 入刚完成了冲洗再生的 8 塔 直到 1 8 两塔的压力基本相等为止 这一过程继续回收 1 塔 床层死空间内的氢气 同时 1 塔的吸附前沿也将继续向前推移 同时 1 塔的吸附前沿也将 继续向前推移 但仍未达到出口 6 6 顺放顺放 PP PP 四均降过程结束后 吸附塔压力仍有 0 45MPa 左右 此时通过程控阀 KV0204 将塔内较 高压力的氢气放入顺放罐 D113 7 7 逆放逆放 D D 在完成连续顺向减压过程后 1 塔的吸附前沿已基本达到床层出口 这时打开 KV0203 1 逆着吸附方向将 1 塔压力降至 0 05MPa 左右 此时被吸附的杂质开始从吸附剂 中解吸出来 逆放解吸气经调节阀 HV0203C D 缓慢放入解吸气缓冲罐 D115 1 HV0203c d 采用随动控制 保证逆放缓慢平稳进行 14 8 8 冲洗冲洗 P P 逆放结束后 打开程控阀门 KV0206 KV0209 通过调节阀 FV0202 新增 的随动 PID 调 节 对 1 塔进行冲洗 这时被吸附的杂质大量解吸出来 并逆着吸附方向流入解吸气混合 罐 D115 2 9 9 四均升压四均升压 E4R E4R 在冲洗过程结束后 打开程控阀 KV0208 1 和 KV0208 6 利用 6 塔内较高压力的氢气对 1 塔进行四均升 10 10 三均升压三均升压 E3R E3R 在四均升压过程完成后 打开程控阀 KV0208 1 和 KV0208 7 再将 7 塔内较高压力的氢 气回收进刚完成了四均升的 1 塔 11 11 二均升压二均升压 E2R E2R 在三均升压过程完成后 打开程控阀 KV0207 1 和 KV0207 8 利用 8 塔二均降时较高压 力的氢气对 1 塔进行二均升 12 12 一均升压一均升压 E1R E1R 在二均升压过程完成后 打开程控阀 KV0207 1 和 KV0207 9 再将 9 塔内更高压力的氢 气回收进刚完成了二均升的 1 塔 13 13 产品气升压过程产品气升压过程 FR FR 通过四次均压升压过程后 吸附塔压力仍然未达到吸附压力 这时打开程控阀 KV0205 通过调节阀 HV0201 的随动 PID 调节 用产品氢气对 1 塔进行缓慢升压 直至 1 塔 压力升至吸附压力为止 经过上述一系列这降压及升压过程后 吸附塔便完成了整个再生过程 为下一次吸附 做好了准备并由此进入下一吸附循环 吸附塔 D114 2 12 的工艺步序与 D114 1 是完全相同的 只是在各步序的运行时间上依 次错开 1 3 个吸附时间 这样就实现了始终有 3 塔处于吸附状态 9 塔分别处于不同的再 生状态 保证了中变气的连续分离与提纯 15 第二章第二章 PSA 单元自动控制系统单元自动控制系统 一 一 PSA 单元自动控制系统单元自动控制系统 PSA 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 1 1 程控阀开关控制功能程控阀开关控制功能 本单元的吸附与分离过程都是依赖于程控阀门的开关来实现的 因而程控阀门的开关 控制是本装置最重要的控制部分 本单元的程控阀开关控制过程示意图如下 程控阀开关控制过程 DCS 单元根据工艺要求 见工艺阀态表 制订出程序 然后按一定的时间顺序将 DC24V 开关信号送至气压驱动单元的电磁换向阀 电磁换向阀将该开关电信号转换成驱动气压的 高 低压信号 送至程控阀的驱动气缸 驱动程控阀门按程序开 关 同时 程控阀门将其开 关状态通过阀位传感器反馈给 DCS 单元 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 运行监控 DCS 系统 程序控制 工艺装置程控阀驱动系统 工艺参数 运行参数 阀位检测 程序控制驱动 16 气压驱动单元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 压力等也反馈回 DCS 单元 由 DCS 单元进行显示 监控 报警和联锁控制 2 2 模拟量检测与调节功能模拟量检测与调节功能 本单元模拟量调节均由 DCS 完成 各模拟量检测及调节信号的功能与控制方式简述如 下 1 原料气压力指示记录 PI0203 安装于中变气总管上 用于指示记录中变气的压力 并中变气流量计提供压力校正参 数 2 吸附塔压力指示记录报警 PI0205 1 12 安装于吸附塔 D114 1 12 的出口总管上 用于指示记录各吸附塔的压力 该压力测量 值还将用于与理论计算的标准压力曲线进行比较 如果偏差大于 0 1MPa 则产生吸附塔 压力报警信号 3 吸附压力指示记录调节报警 PICA0208 本调节回路由安装于 PSA 产品气出口总管上的压力变送器 PT0208 和调节阀 PV208A PV0208B 构成 用于稳定吸附压力及产品氢压力 PT0208 与 PV0208A 构成标准 PID 调节回路 该调节回路的设定值暂定为 2 0MPa G PT0208 与 PV0208B 构成独立超压放空 PID 调节回路 刚开工 不允许送氢气时 该调 节回路的设定值可以暂定为 2 2MPa G 正常生产后 该回路的设定值为 2 1MPa G 并 且设有门限位功能 即 PT0208 低于设定值 2 1MPa G 时 开度一定为零 4 顺放罐压力指示记录调节 PIC0201 本调节回路由安装于 PSA 冲洗气总管 P 606 1 上的压力变送器 PT0201 和调节阀 FV0202 构成 用于调节冲洗气流量以及顺放过程压力降 是影响吸附剂再生效果的关键调 节回路 本调节回路有全自动和手动两种模式 正常情况下采用全自动模式 不需要对其进行 调节 只有在调节阀或变送器故障时 才需要转到手动操作模式去直接设定阀门开度 全自动模式 阀门开度由内给定的 FIC0208 控制 进行恒流控制 具体的流量由内部 软件计算 无需调整 手动模式 直接给出阀门开度的下限值和上限值 阀门在第一工作段内将按设定的下 限值开启 在第二工作段内阀门将从下限值逐步开大直到上限值 下限值的设定原则是 17 能在每一次顺放结束时 恰好将吸附塔的压力顺放到 0 18MPa G 上限值的设定原则是 能在每一次顺放开始前 恰好将顺放气罐内的压力降到 0 06Mpa 不宜太快也不宜太慢 5 逆放气调节 HC0203C D 本调节回路由安装于逆放气缓冲罐进口总管上的调节阀 HV0203C D 构成 用于调节 逆放速度 减小逆放罐的压力波动和降低逆放过程产生的噪音 HV0203C 用于控制单数塔 的逆放 HV0203D 用于控制双数塔的逆放 该调节回路的工作状态将影响单元解吸气的稳 定和再生效果 本调节回路有全自动和手动两种模式 正常情况下采用全自动模式 不需要对其进行 调节 只有在调节阀或某一吸附塔的变送器故障时 才需要转到手动操作模式去直接设定 阀门开度 全自动模式 本调节回路分为两个工作时间段来进行 第一个工作时间段为没有对应 的吸附塔逆放的工作段 在此工作段内 阀门开度为固定值 等于手动设定的下限值 第 二个工作段为正在逆放的时间段 在此工作段内采用自适应调节方式 控制回路采用 PID 控制 其给定值由程序内部给定 给定值为变量 变量的起点为逆放的起始压力 变量的 终止点为 0 05Mpa 在逆放过程中的吸附塔的压力变化应该是匀速的 该调节阀的下限 开度设定限制范围为 10 50 上限开度设定限制范围为 30 90 手动模式 直接给出阀门开度下限值和上限值 调节阀 HV0203c 在无相应的逆放时 将按设定的下限值开启 在有吸附塔逆放时 调节阀将从下限值逐步开大直到上限值 上 下限值的设定原则是 能在每一次逆放结束时 恰好恰好将吸附塔内的压力均匀地降到 0 05Mpa 6 解吸气压力指示记录调节 PRCA0212A 本调节回路由安装于解吸气混合罐出口总管上的压力变送器 PT0212 和解吸气混合罐 入口上的调节阀 PV0212A 构成 用于控制解吸气混合罐的压力 本调节回路的设定值暂定 为 0 05MPa G 7 解吸气压力指示记录及放空调节 PIC0212B 本调节回路由安装于解吸气混合罐出口总管上的压力变送器 PT0212 和放空管线 RV 609 上的调节阀 PV0212B 构成 用于解吸气混合罐出口压力超压放空调节 避免缓冲罐超 压 本调节回路的设定值暂时定为 0 12MPa G 该回路设有门限位功能 即 PT0212 低 于设定值时 调节阀开度一定为零 8 解吸气出界区流量指示记录调节 KSFC0214 该调节回路目前未上 18 本调节回路由安装于解吸气混合罐 D115 2 出口总管上的调节阀 FV0214 和压力变送器 PT0214 构成 用于稳定解吸气出界区流量 减小解吸气去转化炉的流量波动 本调节回路 有手动和自动两种工作模式 在自动模式下 该回路的设定值将根据原料处理量及相应的 解吸气量由软件自行计算 9 产品气升压调节 HC0201 本调节回路由安装于 P 605 1 上的调节阀 HV0201 构成 用于调节吸附塔产品气升压的 速度 该调节回路的工作状态将影响装置产品气的稳定 本调节回路有全自动和手动两种模式 正常情况下采用全自动模式 不需要对其进行 调节 只有在调节阀或压力变送器故障时 才需要转到手动操作模式去直接设定阀门开度 全自动模式 本调节回路包括两个工作段 第一个工作段为没有吸附塔作产品气升压 的工作段 对应于一均 在此工作段内 阀门开度为固定值 等于手动设定的下限值 第二个工作段为有吸附塔正在作产品气升压的时间段 在此工作段内 采用自适应调节方 式 控制回路采用 PID 控制 其给定值由程序内部给定 给定值为变量 变量的起点为开 始升压时刻的吸附塔压力测量值 变量的终止点为此时 PIC0208 的设定值 即 产品氢压 力值 在第二工作段内变量的变化应该是匀速的 该调节阀的下限开度设定限制范围为 10 60 上限开度设定限制范围为 30 95 手动模式 直接给出阀门开度下限值和上限值 阀门在第一工作段内将按设定的下限 值开启 在第二工作段内阀门将从下限值逐步开大直到上限值 上 下限值的设定原则是 将吸附塔的升压过程控制在终升时间内恰好缓慢完成 应注意 应注意 升压速度严禁过快 升压速度严禁过快 必须保证最终升到的压力基本等于吸附压力 必须保证最终升到的压力基本等于吸附压力 10 原料气流量记录 累积 FIQ0201 本检测回路由安装于中变气进口总管上的流量计 PI0201 构成 用于检测中变气流量 装置处理量 原则上前工段生产出的所有中变气均进入 PSA 单元 该回路应作瞬时值显 示 累积值显示 瞬时流量纪录和累积值纪录 11 产品气流量指示记录累积 FIQ0202 产品氢流量计 FT0202 安装于产品气总管上 用于指示和记录装置的产品氢流量 并 在 DCS 中积算其累积值 该回路应作瞬时值显示 累积值显示 瞬时流量纪录和累积值纪 录 12 原料气温度指示记录调节 TI0203 19 原料气温度变送器安装在原料气总管上 用于指示原料气温度 当温度大于 50 时 温度报警 13 产品氢气纯度在线分析记录报警 AD0204 本装置氢气在线分析仪的取样点 位于产品氢气总管 GH 603 用于在线指示产品氢的 纯度 其正常值应大于 99 9 低于 99 9 则报警 14 产品氢气 CO 含量在线分析记录报警 AD0205 用于在线指示产品氢中 CO 的含量 其正常值应小于 10ppm 高于 9ppm 则报警 该数 据将用作指导 PSA 装置的吸附时间设定 和吸附时间的自动修正 15 产品氢气 CO2 含量在线分析记录报警 AD0206 用于在线指示产品氢中 CO2 的含量 其正常值应小于 10ppm 高于 5ppm 则报警 16 仪表风压力记录报警 PIA0222 用于指示仪表风压力 其正常值应大于 0 4MPa 如低于 0 4MPa G 则报警 二 二 PSA 单元报警 联动功能单元报警 联动功能 本单元报警包括 1 程控阀故障报警 现象是阀门闪烁 并有报警纪录 2 吸附塔压力报警 吸附塔的压力显示闪烁 并有报警纪录 3 如果 1 2 项报警同时存在于一个吸附塔 则吸附塔产生严重故障报警 现象是吸附 塔整个变色 同时提醒操作人员切塔 如果控制单元设在自动切塔状态下 则自动联锁切 塔 4 其它报警信号均表现为指示闪烁 本单元联动包括 1 程控阀和吸附压力同时报警 如果处于联动切塔状态 则自动联动切塔 2 任何时间如果出现 吸附压力低低限报警 1 9MPa G 吸附塔压力报警 程控阀 报警同时存在 则无论是否处于联动切塔状态 都自动将报警的塔切除 20 第三章第三章 PSA 单元开停工及正常操作单元开停工及正常操作 第一节第一节PSA 单元的开车单元的开车 一一 开车准备开车准备 1 1 设备管线的准备工作设备管线的准备工作 1 检查 PSA 单元 管线 仪表施工完成 2 管线吹扫完成 工艺管道采用动力风吹扫 仪表管线采用仪表风吹扫 吹扫时遇到孔板 滤网 止回阀 节流阀 调节阀等装置 必须拆除 为保证吹扫时不损伤程控阀密封面 采用爆破式吹扫 在各总管端头加石棉垫 用 动力风向吸附塔内充压直至将石棉板冲破为止 应特别注意 吹扫前应将程控阀拆除 更换成短接 以免损伤密封面 当吹出的气体连续 5 分钟无尘土 铁锈 焊渣 水或其他脏物时 认为吹扫合格 3 设备管线的气密性检验 设备 管线吹扫完成 解吸气管线气密压力为 0 2MPa 其余管线设备气密压力为 2 2MPa 气密介质为高 压氮气 升至气密压力后 要求用肥皂水检查所有管件连接处和管道焊缝 如有泄漏点 则 应卸压处理后再继续检查 2 2 仪表调试仪表调试 对自控 仪表进行严格的检查 调试及空运行 特别是程控阀门至少应连续运行 24 小时无任何故障方为合格 以保证整个控制单元可随时投入运行 3 3 吸附剂装填吸附剂装填 1 装填概述 吸附剂装填质量的优劣直接影响装置的生产运行 产品气的产量 质量以及吸附剂的 使用年限 而装填中保证吸附剂不受潮以及装填于塔内吸附剂的密实程度即是把握装填质 量的两个重要因素 因此必须严格控制各个环节 认真操作各个装填工序 确保吸附剂保 质保量迅速地装入塔内 21 2 装剂条件 吸附塔 缓冲罐及管道系统试压吹扫气密合格 系统氮气和空气置换合格 程控阀系统调试完毕 所需装填的吸附剂全部组织入库 参与装剂的人员已组织落实 其它各项准备工作就绪 3 装填步骤 首先确认整个系统均处于停车状态 系统气体分析合格 系统所有进出口关闭并加装盲板 打开吸附塔后 用真空泵系统抽出原有吸附剂 或人工下塔挖出吸附剂 装袋后吊 出吸附塔 调出的吸附剂应用塑料袋或编制袋装好回收或添埋 人工进塔时 必须带呼吸 器 并保持始终通入仪表风 以免吸附剂可能继续解吸出的部分窒息和有毒气体对人员造 成危害 开塔后 先由华西公司技术人员确认上分布器的结构是否合理 和是否有丝网破损 如果有则必须进行改造和处理 所有吸附剂都取出后 专门技术人员下入塔内进行内构件 检查确认 检查吸附塔下分布器 确认 分布器四周满焊 无任何缝隙 分布器的不锈钢丝网 规格无误 丝网完整无破损 安装正确 牢固 按装填图进行吸附剂的装填 为保证吸附剂在装填时磨耗和破碎较少 装填料斗 下应装布袋 布袋长度为 6 8 米 装填条状吸附剂时 采用空气喷射密相装填器装填 驱 动空气必须是露点低于 40 的干燥仪表空气 气源压力为 0 4MPa 采用密相装填器装填 前 需要先通过试装填 对喷射气压和喷嘴间隙进行需现场调校 保证装填的吸附剂以合 适速度均匀散射到塔内 装填时 首先将吸附剂装入预备好的料斗 然后由吊车将其吊上吸附塔顶部平台 吸附剂装入料斗时 应有专人记录装入的袋数 或桶数 保证每斗数量一样 在塔顶和塔 底都必须有专人记录装入的吸附剂数量 必须保证各塔所装吸附剂的种类 数量和顺序完 全相同 这是保证装置吸附性能的关键一步 同类吸附剂每装 5 吨 就应下塔用专用工具 将吸附剂抹平 以保证吸附剂装填密实 同时验算装填高度与装填量 以保证合理的装填 密度 为保证装填的效果 应先装填完成一个塔的所有吸附剂 在调整 确定好每个吸附 22 塔的最终准确装填量后 再同时装填多个吸附塔 每装填完一类吸附剂 必须下塔将吸附剂抹平并铺一层不锈钢丝网 装填完成后 确认上分布器丝网材质规格无误 安装牢固后再封塔盖 4 装填工作 吸附塔内气体吹扫置换 吸附塔内构件检查 去除吸附塔内锈粉 装填工具材料准备 裁剪拼接隔离不锈钢丝网 拼接应保证牢固 拼接宽度 100mm 最终丝网直径 2800mm 共 36 张 清理装填吸附剂堆放场地 搭设装料平台 吸附剂装车转运卸车 吸附剂装料卸料统计记录 吊装密相装填器 敷设装填器用仪表空气软管 每装完一种吸附剂后将吸附剂抹平 敷设隔离钢丝网 吸附剂包装物清理回收 吸附塔封盖 二次粉尘吹扫 系统二次气密置换 5 装填器材 1 料斗 1 5m3 2 4 只 2 密相装填器 2 套 3 鼓风机 220V AC 500W 或接仪表风管 4 与鼓风机配套的塑料通风管 100 2 15 米 5 软梯 10 米 2 副 6 无底缓冲布袋 300 8000 2 只 7 安全行灯变压器 220V AV 24V DC 2 台 8 安全行灯 24V DC 100W 6 套 9 便携是电源盒 220V AC 15A 2 套 10 防尘工作服 10 套 11 安全绳 16 50 米 12 旧吸附剂装填袋 40kg 袋 9000 个 13 塑料薄膜 20 公斤 14 麻绳 10 105 公斤 23 15 大号手电筒 4 把 16 彩条雨蓬布 200m2 17 木板 1000 400 20 6 块 18 T 形扒板 4 把 19 防尘口罩 100 只 20 防尘眼镜 10 副 21 毛巾 10 条 22 手套 100 双 23 临时封盖用平木板 600 600 10 12 张 24 普通弹簧管压力表 Y 100 M20 1 5 0 0 6MPa 2 块 25 气源球阀 DN10 ZG1 2 2 只 26 加强塑料管 3 4 50 米 27 装填统计记录表 24 张 28 不锈钢丝网 GF1W 0 8 0 28 2800mm 48 张 29 其它手用工具 钢丝钳 螺丝刀 铁剪刀 扳手美工刀等 6 人员组织 1 装填总负责人 1 人 2 装填技术负责人 1 人 3 装填统计员 2 人 4 下塔工作员 2 人 5 物资供应员 1 人 6 吸附剂转运联络员 1 人 7 质量检查员 1 人 8 安全员 1 人 9 装卸工 若干 10 装料工 10 人 11 起重工 2 人 12 吊车司机 2 人 除装卸工外 参加装填工作人员总计 24 人 平均分为两个装填组同时对两列塔装填 7 注意事项 24 严格按规划的装填堆放场地施工作业 合理转运堆放吸附剂及包装物 装填时必须有华西科技的技术人员在场指导 特别是第一个吸附塔的装填 装填前的吸附塔底部分布器检查步序认真仔细 装填时的纪录必须准确 保证各吸附塔装填情况完全相同 对未装填的吸附塔塔顶口用塑料薄膜临时封盖 并用木板盖严 以保安全 一旦下雨或雪 应立即停止装填 用塑料薄膜及木板临时封闭塔顶 严防吸附塔进 水 装料做到需要装填多少即开桶 袋 多少 尽可能减少吸附剂在空气中的裸露时间 严防吸附剂受潮 严格控制露天堆放吸附剂量 做到装填多少转运多少 转运多少则装填多少 当天 确实装填不完的必须用塑料蓬布将吸附剂遮盖 装填现场应安排保卫人员 守护现场材料 机具设备及装填过程中的安全 8 安全事项 确定专人负责安全装填作业全过程 对下塔人员进行专业安全学习 办理入塔作业 许可证 每次入塔前必须对吸附塔内气体抽样检查分析 合格后才能入塔作业 为了防止进入容器内工作的人员坠落和稳妥地保护人身安全 工作人员必须系上合 适的安全带 安全带连接绳子 绳子必须由容器外的至少两个人把握 入塔工作人员必须 穿戴专用防尘工作服 带上长鼻管 防爆灯等设备 并将其它无用物品放置塔外 塔外留守人员监护塔内人员作业 时刻与塔内人员保持联系 严格掌握塔内人员工 作时间不得超过 1 小时 并注意塔内人员身体状况 非工作人员不得上塔顶平台观望 塔顶平台不得堆放吸附剂及杂物 保持通道畅通 确保平台承重安全 现场工作人员必须穿戴整洁工作服及防护用品 衣裤包内的物品必须放置妥当 以 防掉入料斗及塔内 吊装料斗必须专人指挥 塔外监护人员时刻检查鼓风机的鼓风情况 置入塔内的照明灯及导线必须是防爆与绝缘良好 每次置入塔内的机具器材等物品 入塔前登记 离塔即时清点 决不允许任何一件物品掉入塔内 装填过程中不得随意开启程控阀 每塔封盖时必须确认塔内无人并经有关负责人确认后才可封盖 填写设备封闭记录 25 单 附 吸附塔装填示意图附 吸附塔装填示意图 装填表装填表 装填位置吸附剂名称规 格装填量 吨 折合装填 E HX5A 98H 吸附剂 1 6 2 5 球状 1