氢气纯化装置控制系统课件

纯化、干燥装置控制原理

及故障处理E_mail：纯化、干燥装置控制原理

及故障处理1第一章概述一、装置简介氢气纯化干燥装置是净化氢气的设备,能将氢气中的氧气和水份去除掉,满足对氢气含氧量和含湿量有一定要求的用户。氢气纯化设备框架内安装有脱氧器、干燥器、气水分离器、过滤器、冷却器、集水器等容器、阀门,以及检测控制仪表。如用户对氢气含氧量无过高要求，可仅订购干燥装置。二、干燥部分的分类依据干燥塔的数量可分为：●两塔流程（主要应用于对氢气露点要求不高的用户）●三塔流程（氢气露点<-60℃）第一章概述一、装置简介2脱氧器的结构内筒：电加热元件外筒：脱氧催化剂、2个铂电阻测温元件保温层催化脱氧脱氧催化剂可催化氢气与氧气发生化合反应生成水，以达到脱氧的目的。原料氢气从a口进入，经电加热元件加热后进入催化剂床层，氢气和氧气在催化剂的作用下发生化合反应生成水，水以气态的形式随氢气从b口流出脱氧器。ab脱氧器脱氧器的结构ab脱氧器3脱氧器再生温度控制

在催化剂床层的上部和下部各装有一个铂电阻。分别用来检测催化剂床层上部和下部的温度。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（联锁）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。ab脱氧器脱氧器再生温度控制ab脱氧器4干燥器的结构内筒：电加热元件外筒：分子筛、2个铂电阻测温元件保温层干燥过程

利用吸附剂在常温（或低温）下吸附气体中的水分，当吸附剂吸附的水分接近饱和时，采用升高温度的方法使水分从吸附剂中解吸出来（再生）。从而达到循环工作的目的。需要被干燥的气体从b口进入干燥器，流经吸附剂床层，气体中的水分被吸附剂吸附，干燥后的气体从a口流出干燥器。干燥过程电加热元件不工作。再生过程气体流向相反，加热器工作。ab干燥器干燥器的结构ab干燥器5ab吸附剂的再生当吸附剂吸附饱和时，需要进行再生处理，再生气流从a口进入干燥器，经电加热元件加温后流经吸附剂床层，吸附剂被加热后逐渐升温。再生时，下部铂电阻（温控）用来控制再生气体温度，当检测值超过设定值时，暂停电加热元件，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。当上部铂电阻（联锁）的检测值达到设定值后，则停止加热，吸附剂的再生结束。干燥器ab吸附剂的再生干燥器6第二章纯化装置流程简介氢气纯化装置采用催化脱氧、吸附干燥的方法提纯氢气。装置根据干燥器的数量可分为两塔流程和三塔流程。两塔流程采用原料氢气作为再生气，三塔流程是目前应用最多的一种流程，由于采用了三台干燥器，使用产品氢气作为再生气，再生效果好，产品氢气的露点可达到-70℃以下。第二章纯化装置流程简介氢气纯化装置采用催化脱氧、吸附干燥7两塔流程干燥部分的工作状态分为四种：A再生B工作、B工作、B再生A工作、A工作。整个干燥部分的工作状态按一定周期循环往复执行，其工作周期为48h，其中：A再生B工作及B工作的时间为24h，A工作B再生及A工作的时间为24h。两塔流程干燥部分的工作状态分为四种：A再生B工作、B工作、8A再生B工作两塔流程A再生B工作两塔流程9B工作两塔流程B工作两塔流程10B再生A工作两塔流程B再生A工作两塔流程11A工作两塔流程A工作两塔流程12三塔流程该装置采用产品氢气对吸附饱和的干燥器进行再生。三台干燥器交替工作、再生、吸附，以实现整套装置工作的连续性。一个切换周期中，干燥器共经历3个状态：Z1状态：A工作B再生C吸附；Z2状态：B工作C再生A吸附；Z3状态：C工作A再生B吸附。整个干燥部分的工作状态按一定周期循环往复执行，其工作周期一般为24h，即每个状态各为8h。三塔流程该装置采用产品氢气对吸附饱和的干燥器进行再生。三台干13

三塔流程Z1状态：A工作B再生C吸附 三塔流程Z1状态：A工作B再生14

三塔流程Z2状态：B工作C再生A吸附 三塔流程Z2状态：B工作C再生15

三塔流程Z3状态：C工作A再生B吸附 三塔流程Z3状态：C工作A再生16第三章纯化装置控制系统温度调节系统压力调节系统纯化状态控制和排水控制第三章纯化装置控制系统温度调节系统17纯化装置简易流程纯化装置简易流程18PLC控制纯化设备再生温度调节系统PLC控制纯化设备再生温度调节系统19三塔流程控制温度参数温度范围常用设定值脱氧上部温度(联锁)180℃~220℃180℃脱氧下部温度(温控)120℃~160℃130℃干燥上部温度(联锁)170℃~230℃180℃干燥下部温度(温控)220℃~280℃240℃三塔流程控制温度参数温度范围常用设定值脱氧上部温20CNDQ-5~10两塔流程控制温度参数温度范围常用设定值脱氧上部温度(联锁)120℃~160℃120℃脱氧下部温度(温控)80℃~150℃85℃干燥上部温度(联锁)170℃~250℃180℃干燥下部温度(温控)210℃~280℃220℃CNDQ-5~10两塔流程控制温度参数温度范围常21一、自力式稳压阀（阀前稳压）适用于气流量较稳定的工艺流程，目前使用居多。二、压力变送器+气动薄膜调节阀以上两种方式均有使用无具体压力控制，利用后续氢气储罐压力缓冲控制，多适用于电厂。PLC控制纯化设备压力调节系统一、自力式稳压阀（阀前稳压）PLC控制纯化设备压力调节系统22一、纯化装置的状态控制通过气动三通球阀的转向来实现。二、纯化装置的排水通过控制气水分离器下部的气动直通球阀的开关来实现。三、PLC通过电磁阀将电信号转变成压缩空气的有无来驱动气动球阀的转向，从而控制工艺流程方向和通断来实现状态切换控制和排水控制。四、PLC状态的切换和排水顺序由程序内部的定时器来实现定时切换。状态可实现保持功能。PLC控制纯化设备状态和排水一、纯化装置的状态控制通过气动三通球阀的转向来实现。PLC控23PLC控制纯化设备状态和排水PLC控制纯化设备状态和排水24常见故障及排除方法序号故障现象原因排除方法1产品氢气含氧量超标取样管道吹除不彻底或分析仪故障脱氧器工作温度低；催化剂性能下降。彻底吹除取样管道或检修分析仪提高脱氧器控制温度、联锁温度设定值；更换催化剂。2产品氢气露点达不到要求取样管道吹除不彻底或分析仪故障干燥剂再生不彻底；系统工作压力偏低或工作周期过长阀门开关不正常或者出现内漏；干燥剂性能降低。彻底吹除取样管道或检修分析仪提高干燥器控制温度、联锁温度设定值；调整再生气量或检查电加热元件是否工作正常检查系统压力,确保压力控制正常；缩短工作周期检查、维修或更换阀门；更换新的干燥剂。3加热温度达不到要求测温元件或控制元件失灵。再生气量不合适电加热元件损坏；检查、维修或更换测温元件、控制元件。调整再生气量更换新的电加热元件；常见故障及排除方法序号故障现象原因排除方法1产品氢气含氧量超25第四章纯化装置常用分析仪器一、微量氧分析仪二、露点仪第四章纯化装置常用分析仪器一、微量氧分析仪26EC-91氧分析仪英国SYSTECH公司生产。检测器为电化学式（燃料电池）防爆等级：EExiaIICT4接线方式：四线制

EC-91氧分析仪英国SYSTECH公司生产。27EC-91变送器外形及端子示意专用钥匙测量范围选择开关零点量程调节电位器

选择开关及对应测量范围如下：1档：0-100%2档：0-20%3档：0-2%4档：0-2000ppm5档：0-100ppm6档：0-10ppm在用于微量氧分析时，使用6档。EC-91变送器外形及端子示意专用钥匙测量范围选择开关零点量28EC-91氧分析仪接线采用原配安全栅的接线EC-91氧分析仪接线采用原配安全栅的接线29EC-91氧分析仪接线采用国产安全栅的接线EC-91氧分析仪接线采用国产安全栅的接线30EC-91氧分析仪操作维护中应注意的问题取样气体压力不能超过1bar（0.1MPa）取样气体的流量应处于100cc/min-5L/min范围内。采用安全栅时使用DC24V（最高不能超过27.6V）供电，此时变送器侧的电压为12.5V（最低不能低于8.8V）燃料电池检测器中的电解液会随仪器的使用而逐步消耗，故如仪器长期不用时，应将仪器的进出口封死或进行氮封（所使用的氮气必须采用高纯氮），检测器的保修期为6个月。3或6个月校验一次，更换检测器必须校准。EC-91氧分析仪操作维护中应注意的问题取样气体压力不能超31GPR-15(GPR-1500)氧分析仪美国ADV公司生产。检测器为电化学式（燃料电池）防爆等级：Class1,Division1groupA-D接线方式：二线制检测范围0~100ppm（范围1）0~10ppm（范围2）量程自动切换GPR-15(GPR-1500)氧分析仪美国ADV公司生产。32O2X1氧分析仪美国Panametrics公司生产检测器为电化学式（燃料电池）防爆等级：EExiaIICT4接线方式：二线制常用量程：0-10ppm目前主流配置燃料电池型号OX-1ppmO2X1氧分析仪美国Panametrics公司生产33O2X1的校验取样气体压力为常压取样气体的流量为500cc/min。仪器的校验周期3-5个月

。高含量氧和污染（如:酸性气体）会大大缩短检测器的寿命。本仪器有六种测量范围的检测器可供选择：0-10ppm0-100ppm0-1000ppm0-10000ppm(0-1%)0-10%0-25%微量氧分析仪使用量程0-10ppm零点校验：该仪器零点无需校验定期进行量程校验：7.5ppm氢中氧O2X1的校验取样气体压力为常压34O2X1

更换燃料电池（1）传感器（燃料电池）的安装持续通入非危险性的低氧含量气体（如：高纯氮气）吹扫取样系统，直到完成传感器的安装。流量为500cc/min，压力为大气压。使用直流电流表串在供电回路中，以测量输出电流。调整4-20mA模拟输出，将量程范围设置在0-25%打开密封盒，取出氧传感器，除去红色贴片，金层电极对准变送器的底座上的接触管脚，将传感器紧压在变送器上。（2）空气校准：对于微量氧分析仪不推荐进行空气校准。O2X1

更换燃料电池（1）传感器（燃料电池）的安装35O2X1

更换燃料电池（3）量程校准：选择量程0-10ppm。调整低端（4mA）和高端（20mA）输出。通入量程气，待读数稳定后，检查输出电流数值。通过相应按键增加或减少输出。存储设定。注：正常使用时，仅使用标气进行第3部的量程校准。O2X1

更换燃料电池（3）量程校准：36O2X1量程气量程气的氧含量应该是需要校准的量程范围的70-90%。例如：如果量程气的7.5ppm，需要校准的量程范围是0-10ppm，那么校验时模拟输出为4+16×（7.5/10）=16.0mAO2X1量程气量程气的氧含量应该是需要校准的量程范围的70-37分析仪表的维护分析仪应定期进行校验，不同种类的分析仪应按其说明书规定的期限进行校验以保证仪器的准确可靠。对于电化学式分析仪，其检测器内的电解液会随使用时间逐步消耗，故应按其说明书规定的期限更换检测器。定期对取样系统进行检漏，以保证仪器的可靠运行分析仪不能超压使用分析仪表的维护分析仪应定期进行校验，不同种类的分析仪应按其说38燃料电池型分析仪维护中应注意的问题取样气体压力不能超过1bar（0.1MPa）取样气体的流量应处于合适的范围内。燃料电池检测器中的电解液会随仪器的使用而逐步消耗，故如仪器长期不用时，应将仪器的进出口封死或进行氮封（所使用的氮气必须采用高纯氮），检测器的保修期为6个月。推荐3或6个月校验一次，更换检测器必须校准。微量氧分析仪只能提供气体纯度发展的趋势，不可能做到绝对准确。燃料电池型分析仪维护中应注意的问题取样气体压力不能超过1ba39ADHT-Ex露点仪英国alpha公司生产。检测器测量范围：-80~+20℃防爆等级：EExiaIICT6接线方式：三线制ADHT-Ex露点仪英国alpha公司生产。40ADHT-Ex露点仪操作维护中应注意的问题取样气体的流量为2-3L/min。在取样时样气须由取样架上部进，下部出。检测器不能暴露于腐蚀性气体中。仪器质保期为二年。露点仪在现场通常无条件进行校验，需返厂或相应部门进行。缺点：易受干扰