化工公司PSA-制氢系统安全操作技术规程

1、化工公司PSA-制氢系统安全操作技术规程主题内容与适用范围本规程介绍了PSA-制氢的原料组成、生产原理、生产工艺流程、生产控制指标、设计参数、自动控制系统及工艺过程参数检测、系统岗位要求、安全技术。本规程适用于太原宝源化工有限公司PSA-制氢装置。设计参数原料气组成：组成H2CH4N2COCO2CmHnO2V6225.51.54.53.54.01.0杂质组成H2SCONH3萘焦油mg/Nm310015310025010 原料气流量：1100Nm3/h； 原料气压力: 3Kpa (表压)； 原料气温度: 40。产品气压力: 1.2MPa (表压)； 产品气流量：550Nm3/h； 产品气温度:

2、40； 产品氢气纯度: H299.9 % CO+CO210PPm O210PPm H2O30PPm S2PPm 解吸气压力: 0.02Mpa (表压)；解吸气流量：550Nm3/h；解吸气温度: 40。解吸气组成：组成H2CH4N2COCO2CmHnO2合计V20.4251.002.979.007.008.001.61 =SUM(LEFT) 100工艺原理及说明 本装置采用变压吸附技术从焦炉煤气中提取氢气，焦炉煤气中杂质较多，组成十分复杂，随原料煤不同有较大变化，除有大量的CH4和一定量的N2、CO、CO2、O2外还有少量的高碳烃类、萘、苯、无机硫、焦油等，后者都是些高沸点、大分子量的组份，很

3、难在常温下解吸，对变压吸附采用的吸附剂而言，吸附能力相当强，这些杂质组分会逐渐积累在吸附剂中而导致吸附剂性能下降，因此本装置采用两种不同的吸附工艺，变温吸附工艺和变压吸附工艺。经过脱萘脱油后压缩的焦炉煤气首先通过变温吸附工艺除去C5以上的烃类和其它高沸点杂质组份，达到预净化焦炉煤气的目的，然后再经过变压吸附工艺除去除氮、甲烷、一氧化碳及二氧化碳等气体组份，获得纯度约为99.5%的氢气，最后再经过精脱硫、脱氧、干燥系统的净化得到99.9%的产品氢气。除油脱萘器和预处理器的再生气来自变压吸附工序中的解吸气，使用后的再生气经冷却后可返回解吸气管网。原料气精脱萘器压缩机预处理器除油器除油脱萘器脱氧冷却

4、器脱氧加热器精脱硫器吸附器脱氧器干燥系统解吸气电加热器产品氢气解吸气解吸气冷却器图一：提氢工艺流程框图本装置由原料气脱萘及压缩工序（100）、预处理工序（200）、变压吸附提氢工序（300）和后处理工序（400#）4个工序组成。4 工艺流程及主要操作参数（1）原料气脱萘及压缩工序：来自界外的焦炉气（COG）由原料气管道PG101先进入脱油脱萘器（T101A,B），脱除绝大部分萘、焦油和苯等杂质，通过管道PG104，进入压缩机进行一级压缩后，再通过管道PG107进入精脱萘器（T102A、B）中脱除残余的萘等杂质，净化后的气体经由管道PG110进入压缩机二、三级压缩至1.30MPa再由管道PG11

5、3送到下一工序。压缩机的开停车方法见压缩机使用说明书。（2）预处理工序 来自100#的焦炉气（COG）由原料气管道PG113去除油器除掉压缩时所带的机械油，然后再经管道PG204去预处理工序。原料气油雾的净化（除油器）压缩后的原料气通过管道PG204阀V201a/b进入除油器（T201A/B），除油器的作用是脱掉少量用压缩机油雾。净化后的气体经阀V206a/b管道PG204后送到预处理器T202A/B。两个除油器为交替使用，使用一段时间后效果下降，切换塔。两塔可以交替使用，也可以串联使用，当吸附剂吸附杂质接近饱和就更换吸附剂。原料气的预处理工序在前已详细说明，在此就不再叙述。（3）变压吸附工序

6、 经预净化后的原料气压力约1.3Mpa，经管道PG208，进入吸附塔(T201AF)中正处于吸附状态的两个塔，在那里吸附了除氢以外的几乎所有杂质，从而得到氢纯度大于或等于99.5%的产品气，其压力约1.25Mpa。温度小于40。然后经管道H0303,调节阀PV301、氢气缓冲罐（V301）、管道H308送往界区外。不合格氢气，由管道VT303和阀KV308、作短暂放空。 本工序排出的解吸气来自逆放和冲洗两步骤。由管道FG303排出，用于前工序再生时用，在逆放步骤开始阶段，高压气体经管道FG303、程控阀KV307、单向阀门V331进入解吸气缓冲罐（V302），而逆放后期低压气体和冲洗步骤中的解

7、吸气，直接通过调节阀HV303进入解吸气管网，由管道FG303输出到前工序。当管道FG303的压力比较低时缓慢开启调节阀PV302进行补充气体，同时对解吸气缓冲罐泄压，为下一次吸附塔逆放做准备。 变压吸附工序程控阀比较多，动作频繁出故障的可能性相对较大，为此，设计了多种程序切换，当某塔相应程控阀出故障可以把该塔隔离出来进行检修，其它塔继续工作。已经设计的程序有以下几种：6塔运行切换成5塔运行；5塔运行切换成4塔运行；6塔运行切换成4塔运行；当程控阀上的阀检检测到阀门出故障并发出报警信号，操作人员就可以判断和决定是否要切换，切换到哪个程序运行从而保障装置不停车。具体的切换操作方法见微机操作说明书

8、。（4） 后处理工序由300工序送来的半成品氢气，首先经过管H308，阀V402A/B进入精脱硫器，精脱可能残留的部分硫，再通过管道H404，阀V407进入加热器（E401）被预热至80100，通过管道H406进入脱氧器（R402），在钯催化剂的作用下发生反应将氧脱至10PPm以下，再经管道H410冷却器（E402）冷至40，又经管道H407在预水分离器(V401)中分掉游离水，最后经管道H408、调节阀FV401进入干燥塔T401A/B，干燥后的产品氢气经流量计FIQ402，调节阀PV401、程控阀KV402、V450输往界外。干燥器（T401A/B）的再生气用已脱除氧的小部分氢气，管道H4

9、08分一管路，经流量孔板FT401、管线H413至四通阀KV401A，再生气在加热冷却步骤时的气流走向如下：再生干燥器时：再生气经管线H414至预干燥器(T402)脱水，沿管道H415到干燥加热器(E403)中加热到140，经过H422管线、四通阀KV401C去正处于加热再生的干燥塔(T401)，带有脱附出水份的再生气，经四通阀KV401B、管道H417、阀KV401A、管道H418到干燥冷却器(E404)中冷却至常温，由管道H419，返回正去干燥器的产品气中，一起去T401中干燥。冷却干燥器时：再生气经管道H413、四通阀KV401A、管道H417、四通阀KV401B去已经加热再生完全的干燥

10、塔。冷吹气从塔上端进入，从塔下端出来，经阀KV401C、管道H422、到干燥加热器(E403)中预热至140，沿H415管道，去再生预干燥器（T402），再生后的气通过H414管线、四通阀KV401A、H418管道，在氢气冷却器（E404）中冷却至40，沿H419管道返回正去干燥器的产品氢中。5 自动控制系统及工艺过程参数检测本装置的自控系统采用西门子S7300控制系统。实现程控阀的程序控制、阀位状态显示、故障诊断、数据记录，打印报表等功能。对装置各调节系统的作用进行介绍如下，控制系统的操作和使用方法参考程序控制系统说明书（1）流量计量系统原料气流量计量系统（FT-201）所在位置：管道PG2

11、08，量程范围：01500Nm3/h 作用：对原料气进行计量。氢气流量分配指示计量系统（FT-401）所在位置：管道H413，量程范围：0200Nm3/h 作用：对加热、冷吹氢气进行计量。产品气流量计量系统（FT-402）所在位置：管道H412，量程范围：0700Nm3/h 作用：对产品氢气进行计量。（2）自动控制及调节系统 程序控制系统控制对象：200、300、程控阀的程序控制。作用：按预先给定的程序自动运行程序，可通过键盘进行时间修改；可以根据需要进行程序切换，以及相应功能键的操作。原料气压缩机出口超压返流调节系统（PICA101）控制调节对象：调节阀PV101 原料气压缩机出口压力量程范

12、围：出口压力：01.40Mpa 上限设置：1.40Mpa作用：当原料气压缩机出口压力偏高时PV101调节阀自动开启，压缩后的原料气部分通过PV101进入原料压缩机入口管线，保证压缩机出口压力稳定。吸附塔压力自动调节系统（PICA301）控制调节对象：PV-301 300#吸附塔压力，产品氢气压力调节。量程范围：01.30Mpa作用：根据给定值自动调节PV301调节阀的开度，控制吸附塔压力。300终充流量手操控制系统（HC301/KS-301）控制调节对象：HV301最终充压流量量程范围：0100作用：自动计算最终充压阀门开度，控制终充流量。300顺放气量手操控制系统（HIC302/KS-301

13、）控制调节对象：HV-302 顺放气量量程设置：1100作用：在计算机上手动设定HV302开度，控制顺放气量 在二均步骤时调节阀HV302接收KS301的信号，自动关闭。预处理器出口再生气压力调节（PIC202）控制调节对象：PV-302 PSA解吸气（预处理再生气）压力量程范围：00.05MPa作用：稳定解吸气（预处理再生气）输出压力，防止逆放气波动对加热器及预处理器的再生产生影响。解吸气流量手操控制系统（HC304/KS301）控制调节对象：HV-303 PSA解吸气（预处理再生气）输出压力量程范围：0100%作用：在逆放前，由微机超前发出信号，HV303提前关闭到一定开度，以防高压逆放气

14、对再生系统的扰动。逆放开始后延后发出信号使HV303恢复调节；在逆放后期HV303开度由小到大，使解吸气输出压力和流量相对稳定。氢气分配流量自动调节系统（FIC401）控制调节对象：FV-401 再生用氢气量量程范围：0200Nm3/h作用：通过FV-401的开度变化调节氢气去干燥器（T401）主通道的阻力，从而调节再生气量。产品氢气压力自动调节系统（PIC401）控制调节对象：PV-401 产品输出压力量程范围：0100%作用：保证产品氢气输出压力稳定。半成品氢含量自动分析及低报警系统（ARA-301）量程范围：95%100%，下限设定：97%作用：当300#的半产品气氢纯度低于给定值时，计

15、算机发出报警信号，提醒操作人员注意。6 系统岗位要求（1）输入系统的氢气含氧量不得超过0.5%（2）氢气系统运行时，不准敲击，不准带压修理和紧固，不得超压，严禁负压。（3）管道、阀门和水封装置冻结时，只能用热水或蒸汽加热解冻，严禁使用明火烘烤。（4）设备、管道和阀门等连接点泄漏检查，可采用肥皂水或携带式可燃性气体防爆检测仪，禁止使用明火。（5）不准在室内排放氢气，吹洗置换，放空降压，必须通过防空管排放。（6）当氢气发生大量泄漏或聚积时，应立即切断气源，进行通风，不得进行可能发生火花的一切操作。（7）新安装或大修后的氢气系统必须做耐压实验、清洗和气密试验，符合有关的检验要求，才能投入使用。（8）

16、氢气系统吹洗置换，一般可采用氮气（或其它惰性气体）置换法或注水排气法。氮气置换应符合下列要求：氮气中含氧量不得超过3%；置换必须彻底，防止死角末残留余气；置换结束，系统内氧或氢的含量必须连续三次分析合格。（9）氢气系统动火检修，必须保证系统内部和动火区域氢气的最高含量不超过0.4%（10）防止明火和其它激发能源，禁止使用电炉、电钻、火炉、喷灯等一切产生明火、高温的工具与热物体；不得携带火种进入禁火区；选用铜质或铍铜合金工具；穿棉质工作服和防静电鞋。7 安全技术（1）概述 安全生产是关系到人民生命、国家财产安全大事, 操作人员应该掌握有关的安全生产基本知识, 自觉遵守有关的规章制度, 确保实现安

17、全、文明生产。 本装置产品为氢气, 按GB496885的火灾分类法属C类火灾; 按TJ1674第三章第一节火灾危险性分类的规定, 本界区为甲类; 按爆炸危险场所划分的规定, 本界区设备和程控阀布置区为Q3级场所 (正常情况下不能形成, 在不正常情况下形成爆炸性混合物可能性较小的场所)。（2）氢气的基本特性 众所周知, 氢气是一种易燃易爆的气体, 在大气压力和室温下系无色、无味、无毒的气体。它的沸点很低(20.4K), 同时也无腐蚀性。但在高温下(260), 它将腐蚀某些金属, 如炭钢, 它与金属中的碳起作用产生“氢脆”现象。氢是所有元素中最轻的一种, 分子量为2。对空气的比重为0.07(空气比

18、重为1), 密度为0.09kg/m3最小, 它还具有高度的渗透性, 氢气在空气中爆炸范围是4.075.6%, 氢气不能供给呼吸, 故在高浓度下能使人窒息, 氢气的自燃点为560。（3）装置的安全设施 本装置设于户外, 系统多处设有安全阀, 排放气汇集放空总管, 最后经阻火器于高处放空。自控仪表系统在设计上已考虑到一旦遇到突然停电, 装置会自动处于安全状态。装置设计中工艺管道、阀门和管件的选用都已考虑了含氢介质输送的特殊要求, 且符合有关规定。 非标设备严格执行“压力容器安全监察规程”进行验收。 在变压吸附法制氢装置施工设计说明书中已要求用户在总图布置、生产、维修过程应遵照有关规范、规程采取必要

19、的安全措施, 对于有疲劳现象的设备需要提高类别进行管理。（4）氢气系统运行安全要点 (摘录于GB496285 氢气使用安全技术规程第四章) 输入系统的氢气含氧量不得超过0.5%。 氢气系统运行时, 不准敲击, 不准带压修理和紧固, 不得超压, 严禁负压。 管道、阀门和水封装置冻结时, 只能用热水或蒸汽加热解冻, 严禁使用明火烘烤。 设备、管道和阀门等连接点泄漏检查, 可采用肥皂水或携带式可燃性气体防爆检测仪, 禁止使用明火。 不准在室内排放氢气, 吹洗置换, 放空降压, 必须通过放空管排放。当氢气发生大量泄漏或积聚时, 应立即切断气源, 进行通风, 不得进行可能发生火花的一切操作。 新安装或大

20、修后的氢气系统必须做耐压试验、 清洗和气密试验, 符合有关的检验要求, 才能投入使用。氢气系统吹洗置换, 一般可采用氮气(或其它惰性气体) 置换法或注水排气法。 氮气置换应符合下列要求: a 氮气中含氧量不得超过3%; b 置换必须彻底, 防止死角末残留余气; c 置换结束, 系统内氧或氢的含量必须连续三次分析合格。氢气系统动火检修, 必须保证系统内部和动火区域氢气的最高含量不超过0.4%。防止明火和其它激发能源, 禁止使用电炉、电钻、火炉、喷灯等一切产生明火、高温的工具与热物体; 不得携带火种进入禁火区; 选用铜质或铍铜合金工具; 穿棉质工作服和防静电鞋。（5）消防(摘录于GB496285氢气使用安全技术规程第六章) 供氢站应按TJ1674的有关规定设置消防用水, 并应根据需要配备干粉、1211和二氧化碳等轻便灭火器材或氮气, 蒸汽灭火系统。氢气着火应采取下列措施: a 切断电源; b 冷却、隔离、防止火灾扩大; c 保持氢气系统正压状态, 以防回火。氢气火焰不易觉察, 救护人员应防止外露皮肤烧伤。（6）安全生产基本注意事项 操作人员必须按操作手册规定操作, 凡新来人员, 必须经过安全教育和操作法学习。实习操作技术, 未经安全技术和操作法