氢气纯化装置作业指导书

1、氢气纯化装置作业指导书QCNB系列氢气纯化装置 编制：生产技术部 审批： 编号：DMZG/JL-51 河北东明中硅科技有限公司2011年2月30日1 概述QCNB系列氢气纯化装置能够去除氢气中的氧气和水份杂质，以满足对氢气的含氧量和含水量有较高要求的用户。QCNB系列氢气纯化装置框架内安装有脱氧器、干燥器、气水分离器、过滤器、冷却器、集水器等设备和各种阀门，以及检测、控制用的就地仪表和一次仪表。QCNB系列氢气纯化装置采用三台干燥器轮流工作，产品气再生方式，不仅干燥程度高，而且没有再生气的损耗。装置内的气动阀门由PLC程序控制，可实现干燥器工作状态的自动切换，并具备自动排水功能，减少了人员工作

2、量，提高了装置的可靠性。2 技术指标2.1原料氢气 含氧量：0.5%（V/V） 含水量：饱和 温度：402.2产品氢气 纯度：99.999% 含氧量：ppm（V/V） 露点：-70 温度：402.3干燥器再生 再生方式：产品氢气再生 切换方式：自动 切换周期：24h3 用户具备条件3.1仪表气 种类：空气或氮气 压力1）：0.40.7MPa 含水量：100ppm3.2氮气 干燥、无油 含氧量：0.2%（V/V）3.3电源 种类：AC380V、50HZ（三相四线）3.4冷却水 水质：软化水（氯离子含量2mg/1） 进水温度：32（或7）2）注：1）除注明者外，压力均指表压力。2）冷却水进水温度根

3、据处理气量的大小和合同条款来定。4 工作原理4.1脱氧原料氢气经气水分离器1101滤除游离水后进入脱氧器1111，脱氧器内装填有可催化氢氧反应进行的高效催化剂，脱氧器内装有电加热元件，经加温后，氢氧反应生成的水以气态被氢气带出脱氧器1111,进入冷却器1131,经冷却器冷凝后随氢气进入气水分离器1102,游离水在气水分离1102内被滤除并经其底部的排水阀排出。4.2干燥原料氢气的干燥在干燥器内完成，本装置采用三台干燥器，每台干燥器内都装填有吸水性优良的分子筛，在一个循环周期内，每台干燥器都依次经历工作、吸附、再生状态，从而实现整套装置工作的连续性。在一个循环周期内，装置经历了三种工作状态，分别

4、被称作Z1、Z2、Z3。见表4-1：表4-1：装置的工作状态工作时间（h）装置的工作状态干燥器的工作状态干燥器1121干燥器1122干燥器11238Z3工作再生吸附8Z2吸附工作再生8Z1再生吸附工作4.2.1工作原料氢气经脱氧、冷却、滤水后进入的第一个干燥器处于工作状态：干燥器不加热，介质为未脱水的原料氢气，处理气量为全气量；4.2.2再生进入的第二个干燥器处于再生状态：处理气量根据调试确定，可能为全气量，可能为部分气量；再生状态包括加热阶段和吹冷阶段：加热阶段-干燥器内的电加热元件开始工作，干燥器内的温度逐渐上升，吸附在分子筛上的水分被逐渐解吸，当干燥器上部温度达到联锁值后，认为再生完成，

5、电加热元件自动停止加热；吹冷阶段-干燥器停止加热后，气流继续按原路流过干燥器，以使干燥器降温，直至干燥器切换至工作状态；干燥器处于再生阶段时介质为经过脱水的干燥氢气；4.2.3吸附进入的第三个干燥器处于吸附状态，干燥器不加热，介质为再生用氢气，处理气量同4.2.2.（注：气体流经三台干燥器的顺序由干燥器所处的工作状态决定，气动三通球阀的动作由PLC程序控制，无需手动。若需手动切换装置的工作状态，处于再生状态的干燥器必须已经进入吹冷阶段，且干燥器内温度已降至50以下。）4.3再生气量的调节（注：若装置中没有设置节流阀，则为全气量再生，可跳过此节。）脱氧后的原料氢气首先进入工作状态的干燥器，流出干

6、燥器的干燥氢气分为两路，一路作为再生气进入再生状态的干燥器；另一路则为产品氢气，直接进入过滤器1151。再生气的流量大小通过调节产品气管路和再生气管路上的阀门开度来确定。调整的原则是使再生加热时间不超过4h，调整时需注意再生气流量不可太小，否则有可能烧坏电加热元件，一旦阀门的开度确定后就不需要再进行调整。4.4排水整套装置中共有5个气水分离器：1101、1102、1103、1104、1105。装置正常运行时，气水分离器起到过滤氢气中游离水的作用，每隔一定时间都要将气水分离器底部积存的水排出至积液器1141,每台气水分离器排完水后，积液器都要通过其底部的气动球阀排一次水，将水排至水封1161中，

7、当水封中的液位高度达到溢流高度后，水将从水封排污口中流出。气水分离器与积液器的排水通过各自底部的气动球阀按时程度设定的时间与次序自动完成。排水以Z1、Z2、Z3状态开始为计时起点，每次气动球阀排放10秒钟，阀门间隔时间为5分钟。排水时间见表4-2：（注：根据处理气量的不同，排水时间可能会有调整，以实际程序设定为准。）表4-2：排水时间表Z1状态Z2状态Z3状态时间开启阀门位号时间开启阀门位号时间开启阀门位号0分钟QZ11250分钟QZ11250分钟QZ11255分钟QZ11205分钟QZ11205分钟QZ112010分钟QZ112510分钟QZ112510分钟QZ112515分钟QZ11211

8、5分钟QZ112115分钟QZ112120分钟QZ112520分钟QZ112520分钟QZ112525分钟QZ112325分钟QZ112425分钟QZ112280分钟QZ112580分钟QZ112580分钟QZ112585分钟QZ112385分钟QZ112485分钟QZ1122240分钟QZ1125240分钟QZ1125240分钟QZ1125245分钟QZ1120245分钟QZ1120245分钟QZ1120250分钟QZ1125250分钟QZ1125250分钟QZ1125255分钟QZ1121255分钟QZ1121255分钟QZ1121260分钟QZ1125260分钟QZ1125260分钟QZ

9、1125265分钟QZ1122265分钟QZ1122265分钟QZ1122270分钟QZ1125270分钟QZ1125270分钟QZ1125275分钟QZ1123275分钟QZ1123275分钟QZ1123280分钟QZ1125280分钟QZ1125280分钟QZ1125285分钟QZ1124285分钟QZ1124285分钟QZ11244.5参数检测及控制4.5.1温度检测温度是保证氢气纯化装置正常运行的重要参数。脱氧器及三台干燥器的上部与下部各装有一个铂电阻用来测量温度并将相应的电信号传送至控制柜。其相应的位号及设定值见表4-3.表4-3 温度检测点及设定温度铂电阻位号安装位置作用温度设定范

10、围常用设定值TE1101脱氧器1111下部检测脱氧器进气温度120160130TE1102脱氧器1111上部检测脱氧器出气温度180220180TE1104脱氧器1111下部检测干燥器1121再生时进气温度220280240TE1105脱氧器1111上部检测干燥器1121再生时出气温度170230180TE1107脱氧器1111下部检测干燥器1121再生时进气温度220280240TE1108脱氧器1111上部检测干燥器1121再生时出气温度170230180TE1110脱氧器1111下部检测干燥器1121再生时进气温度220280240TE1111脱氧器1111上部检测干燥器1121再生时出

11、气温度170230180（注：脱氧器的进气温度指原料氢气经过电加热元件被加热后进入催化剂床层前的温度；脱氧器的出气温度指流出催化剂床层的氢气温度。干燥器的进气温度指进分子筛床层的氢气温度；干燥器的出气温度指出分子筛床层的氢气温度；）4.5.2温度控制4.5.2.1脱氧器的温度控制脱氧器下部铂电阻检测温度达到设定温度时，会暂停电加热元件，待温度低于设定温度后，会再次启动电加热元件。上部铂电阻检测温度达到设定温度时，会停止电加热元件，再次启动电加热元件则需要操作人员的手动操作。4.5.2.2干燥器的温度控制当吸附剂再生时，干燥器下部铂电阻用来控制再生气流的温度，当检测值超过设定值时，暂停电加热元件

12、，避免再生气流超温。当检测值低于设定值后，再次启动电加热元件。上部铂电阻为联锁铂电阻，当检测值达到设定值后，则停止加热，吸附剂的再生结束。4.5.3压力检测与控制装置进口装有压力表PI1101,就地显示装置进口压力；系统压力由自力式稳压阀或薄膜调节阀来控制。（注：仪表及阀门的设置根据用户的要求不同会有所变动，以实际流程为准。）5 装置安装要求5.1设备框架的安装本装置的设备框架和控制系统之间连有仪表气管道、通讯电缆和电加热器用电缆。设备框架周围应留有800mm以上的宽度以便操作和维修。设备框架上部应留有不小于2000mm的操作空间以便更换电加热元件。纯化装置的各主要设备均组装在设备框架内，框架

13、底部留有4个24的地脚螺栓孔，地基建设时应预设M20地脚螺栓4只，螺栓高出基面50mm。设备基础的具体尺寸可参见相应的图纸。参照流程图、装置外形接口图连接原料氢气进口、产品氢气出口、冷却水进口、冷却水出口、氮气进口、放空口、排污口、仪表气接口。设备框架与控制系统之间应设置电缆地沟，或者埋置穿线管道。5.2对地基和厂房的要求放置设备框架房间的土建工程设计及施工应执行氢气站建造的有关规定。各部分设备的地基应能承受自身重量所产生的压强。5.3对连接管道的要求所有连接管道清除焊渣、污物、氢气管道应做去油处理。6 操作原料氢气生产装置运转正常后，氢气纯化装置可以开车。6.1开车前的准备工作6.1.1泄漏

14、量试验有下列情况之一，装置开车前应先用氮气做泄漏量试验：a.装置未曾使用过；b.装置已停置较长时间且装置未保压或虽保压了，但压力降超过0.3MPa；氮气经止回阀H1120和球阀Q1120进入纯化装置。泄漏量试验压力为装置的设计压力，用氮气充压至额定压力后检查和接头及法兰连接处，检查无泄露后保压24小时，泄漏率以平均每小时小于0.5%为合格。（泄漏率A的计算公式：A（1-） 式中： A-平均每小时泄漏率，用（%/h）表示； P1、P2-试验开始、结束时的绝对压力，单位为MPa； T1、T2-试验开始、结束时的绝对温度，单位为K。）6.1.2系统氮气置换有下列情况之一，装置开车前应使用氮气置换：a

15、装置未曾使用过；b装置已停置较长时间且未用氢气保压，或做了保压，但装置压力已降为0；置换操作要求：通过充氮口向装置充入氮气至0.5MPa，通过系统出口的旁通阀汇压至0MPa，泄放到0MPa。如此反复，当系统氧气含量0.5%后，即为置换合格。系统氧气含量可通过氧气分析仪检测，或根据氮气纯度计算出需充放次数；若采取根据氮气纯度计算充放次数的方法，系统中氧气含量按21%进行计算；当氮气纯度>99.8%，充放4次即可。6.2装置运行纯化装置运行开车前，氢储罐及其前续、后续设备应完成投入前的准备工作。装置运行前除气动三通球阀外所有阀门应处于关闭状态，每个气动三通球阀所处状态应与流程图中相符。打开系

16、统中所有压力表截止阀。打开冷却水进出口球阀，向装置供应冷却水，注意冷却水回水管温度，确保冷却水流通正常。打开水封1161补水阀，向水封加水，溢流口有水流出后，将补水阀关小，略有开度即可，缓慢向水封1161补水。打开氢气纯化装置出口球阀，打开氢气纯化装置进口球阀。选定干燥器三个状态Z1、Z2、Z3中的一个，启动氢气纯化装置。气动三通球阀自动切换到相应状态（气动三通球阀所处位置是否正确可根据5.1.2条中的讲述进行判断）；处于再生状态的干燥器开始加热，注意观察干燥器上部温升、下部温升和下部温度控制情况，正常情况下下部温度及温升大于上部温度及温升，出现异常请停止加热，检查装置及控制部分。脱氧器加热为

17、手动投入，装置启动后，可以加热脱氧器，并注意观察上部温升、下部温升和下部温度控制情况；若上部温度高出下部温度50以上，请停止加热，检查原料氢气中氧气含量。正常运行时，脱氧器始终处于加热状态，上部温度应达不观察家联锁温度，上部温度只起保护作用。当纯化装置出口压力稳定在控制压力，且脱氧器、干燥器温升正常时，可认为装置已运行稳定。打开微量氧分析仪AE1102进气阀门，调节减压阀，使气体流量处于合适的范围。打开露点仪ME1101进气阀门，调节减压阀，使气体流量处于合适的范围。（注：分析仪使用时注意管理的畅通，否则容易造成憋压，捐坏分析仪。）上位机控制画面中设有自动充罐/手动充罐选择按钮，若选择则手动充

18、罐，则操作人员根据用户自己对产品氢气纯度的要求，当产品氢气纯度满足要求时，手动操作，进行弃罐；当产品氢气纯度不符合要求时，手动操作，切换到放空。若选择了自动充罐，则系统根据预先设定的值自动转换产品氢气出口三通阀的方向进行氢气的弃罐或放空。产品氢气充罐后，纯化开车步骤完成。当处于再生状态的干燥器再生出气温度达到设定值后，干燥器停止加热，进入吹冷阶段；当处于再生状态的干燥器再生时间达到设定值8h，气动三通球阀由程序控制自动切换，装置进入下一工作状态。三台干燥器再生全部完成后，一个切换周期结束。装置运行过程中注意观察气水分离器排水情况。6.3停车纯化装置停车前，原料氢装置应已停车或已切换到放空状态。

19、注意纯化装置停车最好选在干燥器牌吹冷阶段时进行。停止原料氢供应前，干燥器、脱氧器应处于不加热状态。纯化装置停车步骤如下：停止纯化装置运行；关闭装置进口球阀；关闭装置出口球阀；关闭微量氧分析仪和露点仪前截止阀和减压阀；若为短时间停车，冷却水可以不停；当长时间停车或涉及到冷却水维修时，应停止供应冷却水。7 注意事项7.1干燥装置间严禁明火，操作人员禁穿钉子鞋入内。7.2应注意观察原料氢气的含氧量，若高于0.5%，应停车。7.3干燥器再生进气温度不得超过300。 干燥器再生出气温度不得超过280。 脱氧器进、出气温度禁止超过2607.4当没有氢气流过电加热器时禁止开启电加热器，以防烧毁电加热器元件。7.5装置运行时必须保证冷却水流通正常。7.6各设备、仪表应有良好的接地。7.7设备维修、维护必须在氢气泄放完并用氮气置换后才能进行。置换方法见6.1.2.7.8设备维修、维护完毕，开车前必须做泄漏量试验，泄漏量试验合格后，用氮气置换系统到氧气含量0.5%。8 装置的维护8.1电加热元件比较容易损坏，当发现损坏时应及时更换，电加热元件与中法兰是焊接在一起的，更换时需整体更换。8.2装置经长期运行（2年以上），干燥器内的分子筛可能因破碎等原因