制氢装置膜分离系统工艺管理和操作法

制氢装置膜分离系统工艺管理和操作法1.1膜分离系统的任务及主要工艺指标1.1.1膜分离系统的任务以加氢裂化干气、渣油干气以及柴油加氢混合干气作原料气，采用特殊制造的膜与原料气接触，在膜两侧压差驱动下，氢气分子和烃类分子等杂质透过膜的速率不同，渗透速率快的氢气在渗透侧富集，而渗透速率较慢的烃气体则在原料侧富集成为尾气，从而达到氢气提纯的目的，制取高纯度的氢气送入氢气管网直接使用，而膜分离的尾气则作为优良的制氢原料进入加氢脱硫系统。1.1.2膜分离系统主要工艺控制指标膜前压力2.93.2-3.3MPa膜前温度65-95℃加热温差25-40℃进气流量0-12240m3/hH2S浓度≤0.01%(mol)提纯氢气纯度＞94%提纯氢气压力≥1.0MPa（G）旋风分离器液位LICSA-10120～40%1.2膜分离系统开车1.2.1开车检查准备工作(1)核对膜分离装置对外交接点与现场管路的连接是否正确。(2)检查地脚螺栓，管道法兰螺栓，静电接地等结构的完整性。(3)检查各管路、管件的连接是否正确。(4)各手动阀门的启闭正常，止回阀方向正确。(5)检查仪表气源管路，确保所有调节阀的气源线均已经安装完毕。(6)所有阀门处于关闭状态。(7)检查所有仪表接线是否正确无误。(8)打开调节阀的气源阀，向所有调节阀供仪表空气。(9)对所有调节阀进行行程调整，检查动作的满量程及方向。(10)所有仪表均已经通电，并做好静电接地。(11)确认所有现场仪表完整无缺，安装正确，并已经调试完毕，各报警点设定在合适的位置。1.2.2吹扫开车前应用压缩空气或氮气对系统管线进行吹扫，吹扫应逐段进行，原则上，在吹扫的方向上，每一个阀门的进口都应打开，吹扫完毕后再装上，然后吹扫下一段，以保证阀门内没有杂质进入。设备V-101、F-101AB、F-102AB以及膜分离器M-101本身不需吹扫。当吹扫到V-101、F-101AB和F-102AB前面管道时，将这些设备进口法兰打开进行吹扫。当吹扫V-101、F-101AB和F-102AB下游管道时，应先吹扫设备底部排液管道，然后吹扫主物料管道。无论吹扫气体来自哪个方向，都不应进入膜分离器M-101，即在吹扫时，要将膜分离器M-101隔离开。1.2.3氮气气密将系统工艺管线与外部管线的交接点用盲板隔开，用高压氮气加压对装置现场管线逐段进行试漏，注意每段管道的压力等级，根据管道的压力等级选择试漏压力。在试漏期间，只要有试漏气体进入膜分离器，在每次卸压时，必须从渗透侧卸压，即从阀门V39卸压，以保护膜分离器。膜装置不允许采用水对管路进行试压。试漏完毕后，将系统压力降至常压，关闭所有工艺阀门。去掉装置管道与外界连接处的盲板。1.2.4氮气置换在下列任何一种情况下均需用氮气进行置换:1)如果系统已与大气相通，需排除空气时。2)在系统与大气相通前，需排除工艺气体时。3)在系统要停车较长时间需排除工艺气体时。注意事项：a)应特别注意，避免氮气管线受到工艺气体的污染。b)当膜分离器要降压时，必须通过渗透气管线降压，不正确的降压将导致膜的损坏。c)绝不允许从渗透气侧对膜分离器升压，不正确的升压将导致膜的损坏。置换完毕后，关闭系统工艺管线与外界相接点的阀门。在开车前，必须用氮气置换系统中的空气，直到系统中的氧气含量达到工厂安全标准。为了防止膜分离器处于背压状态，置换膜分离器时，氮气压力必须低于0.15Mpa(G)。1.2.5开车步骤用N2置换以后，系统应是没有空气的，此时方可将膜分离装置投入运行。1.2.5.1预处理部分开车系统在氮气置换合格后，准备开车，开车步骤如下：仪表电源为打开状态。氮气进口阀门V29/V30和盲板处于关闭状态。系统所有管线的手动阀门和自动阀门处于关闭状态。所有仪表的根部切断阀都已打开。所有排污阀、放空阀和取样阀处于关闭状态。仪表空气可供所有自动阀门使用。安全阀的切断阀已打开。确信处于膜分离器入口的截止阀V5/V6是关闭的。打开冷却器E-102、E-103的冷却水上水和回水阀门V25/V26、V27/V28。打开蒸汽进气阀V18、V19和V20，打开冷凝水阀门V22和V23。打开一组过滤器进出口阀门。打开旋风分离器入口阀门V2。打开旋风分离器底部截止阀V49/V50/V54。将TV-104、LV-101置于自动。微开膜前放空阀V38。缓慢打开阀门V1，使系统升压，保持升压速度在≤0.3MPa/min，当系统压力达到3.0MPa时，V1全部打开。V1全部打开后，调整V38的开度，使压力达到3.4Mpa左右，气体流量在6000m3/h左右。检查液位和温度调节是否稳定，观察V-101、F-101AB和F-102AB压力降的变化，确保物料通畅。在系统温度、压力和液位稳定，自动调节正常后，可以进行膜分离器的开车。1.2.5.2膜分离器开车在开车及膜分离器运行期间，必须避免对膜分离器快速升压或流量骤增。在膜分离器的运行稳定之前，不要使用氢气产品。因此氢气产品截止阀V10在系统正常工作之前应保持关闭。预处理开车成功后，可以准备膜分离器的运行，步骤如下：将尾气压控阀PV-105置于自动，控3.2－3.3MPa，打开阀门V14/V15/V17。打开膜分离器进出口阀门V7、V8、V12。手动打开膜分离器进料自动阀HV-101。慢慢打开膜分离器升压管线上的旁路阀V6，使膜分离器升压，注意观察PI-107，控制升压速度不大于0.3MPa/min.。当PI-107压力达到3.0MPa，缓慢打开V5，关闭V6，保持升压速度不变。缓慢打开渗透气放空阀V39；同时逐渐关闭V38，使压力和流量保持平稳。取样分析A-101、A-103、A-104，分析原料气、产品气的组成。当渗透气氢气浓度达到设计要求后，打开V10、V11。打开自动阀HV-102，关闭放空阀V39。调整膜前压力PIC-106和膜前温度TICSA-104的设定值，保证产品氢的纯度和回收率。打开V35/V66、V61/V65，投用联锁导流阀（HV-103）和联锁放空阀（HV-104）。记录流量，温度及压力，取样分析A-101～A-104。3.1.2.6停车步骤1.2.6.1正常停车1)膜分离停车前，先打开HV103，同时调节PV105,逐渐让大部分干气进脱硫，防止膜分离停车时进转化流量波动过大。2)按下停车按钮后，系统自动执行下列操作：关闭自动阀HV-101、PV-105；打开自动阀HV-103、HV-104；当PIC-106压力降至1.6MPa时，控制阀HV-102自动关闭；停车时，液位控制阀LV-101的阀位由液位控制。3）膜分离联锁后，马上调节HV104，防止大量干气放到火炬，从而引起加氢进料中断。同时确认HV103已打开。4）关闭V2/V5/V6/V17和V10，切断预处理和膜分离系统。5）关闭换热器E-103的冷却水进出口阀门6）关闭蒸汽系统TV104及相应阀门。此时，膜分离器处于受压状态，除非立即开车，否则要进行卸压，卸压时，应按以下步骤进行：a)打开V39，当PI-107接近“0”时，关闭V39；打开V38，将预处理系统压力降至常压时，关闭V38。b)系统中的液体可从通过低点排净阀放净。c)若停车超过8小时，则按氮气置换操作步骤，用氮气置换。当控制阀HV-103、HV-104自动打开后，如果通过HV-103进入制氢装置的气量不够，可手动将控制阀HV-104关小，以保证制氢装置稳定运行。1.2.6.2联锁停车联锁停车操作步骤同正常停车控制参数联锁值表序号控制参数设定值设计操作值报警值联锁值1膜前压力(表压)PIC－1063.25Mpa3.2～3.3MPa2膜前温度TICSA－10480℃60～90℃上限=85℃上上限=95℃下限=60℃——3加热温差TdIA－11235℃25～40℃下限=20℃4旋风分离器液位LICSA-10130%20～4050%60%注：以上所有报警值和联锁值可以调整1.3正常操作要点1）开车置换在开车前，必须用氮气置换系统中的空气，直到系统中的氧气含量达到安全标准。为了防止膜分离器处于背压状态，置换膜分离器时，氮气压力必须低于0.15Mpa(G)。2）必须分段开车在预处理系统运行正常之前，膜分离系统不能开车；将膜分离系统与预处理系统隔离开，以免预处理不合格的气体进入膜分离器，导致氢回收膜永久性的损坏。3）控制升压速度系统升压应进行缓慢升压,升压速度必须小于0.3Mpa/min。避免由于升压速度过快造成系统压力骤增。膜分离系统应避免压力骤增、骤减，升压和泄压时应按照《设备操作说明书》中的规定（小于0.3Mpa/min）缓慢进行，防止膜受到压力冲击，造成永久性损坏。4）控制膜前温度膜前温度必须控制在一定的范围内。进膜气体必须经过加热才能进入膜分离器。通过加热一方面可以得到很高的回收率，更重要的是，原料气经冷却器E-102冷却后处于饱和状态，通过升温可以使气体远离露点，防止凝液在膜上凝聚，导致膜性能下降。若膜分离系统进料流量出现波动时(切换干气压缩机尤明显),注意控制好温度,防止温度过高导致膜分离联锁停车。当进膜气体温度超过100℃时，会导致膜永久性损坏，必须控制加热温度。5）防止液体在膜表面上凝结当系统停车后，膜分离器应及时泄掉压力，并用氮气置换，防止由于膜分离器内温度降低，气体在在膜表面凝结。6）防止背压膜的背压是指渗透压力与膜前压力之差，操作时如果形成背压（即渗透压力大于进膜压力）会导致膜永久性损坏。可采取以下操作措施防止形成背压：a)膜分离器升压时，必须从原料侧进气；当进气压力大于渗透侧系统压力时，再打开渗透侧阀门。b)膜分离器泄压时，要先打开渗透侧阀门，从渗透侧泄压，严禁从尾气侧泄压。c)在吹扫和氮气置换时，必须按以上a)、b)两项要求操作，防止产生背压。7）膜前切断阀门当系统停车或发生事故时，膜前切断阀必须关闭，防止未经预处理的气体进入膜分离器，损害膜组件。一般膜分离器气体入口均设置自动切断阀门，为防止自动阀门关闭不严，必须关闭膜前手动阀门V5/V6。8）氢收率调整在指标范围内，调高膜前压力PIC-106和膜前温度TICSA-104的设定值，可提高产品氢的纯度和回收率。1.4事故处理1.4.1事故处理原则1）防止未经预处理的气体进入膜分离器，损害膜组件。2）防止膜分离系统产生反向压降。3）保持转化炉进料稳定。1.4.2膜分离内部发生故障的处理1）膜前温度控制不当当进膜气体温度TICSA超过90℃时，膜分离会发生联锁停车。当进膜气体温度TICSA低于60℃时，要按下停车按钮，将膜分离停车。2）过滤器两侧压差高于0.05MPa如果过滤器两侧压差高于0.05MPa，可能是滤芯堵塞或压力表损坏，应切换过滤器，打开备用过滤器；检查压力表是否损坏，若损坏则更换压力表，如果压力表没有损坏，可将滤芯拆下，按设备说明书处理或更换滤芯。3）操作不当产生背压若操作不当产生背压，要按下停车按钮，将膜分离停车，打开产品气放空阀V39泄压，查明原因后才开车。4）旋风分离器液位高旋风分离器液位超过60%时，膜分离会发生联锁停车。5）膜分离器快速升压或流量骤增装置开停压缩机及PSA切塔/恢复塔过程中，控稳系统压力，膜分离系统应避免压力骤增、骤减，防止膜受到压力冲击，造成永久性损坏。压力（PI107）波动大于0.3Mpa/min，应按下停车按钮，将膜分离停车。1.4.3膜分离开停车时制氢装置的调整1.4.3.1膜分离开车时制氢装置的调整1）控制好膜分离的升压速度，防止系统压力波动过大。2）转化水碳比控4～5，防止系统压力变化过大，引起水碳比失调导致催化剂结碳。3）加强R2001床层温度的监测，加热炉出口温度控制340～380℃，严防R2001床层超过390℃，致使钴－钼催化剂表面结碳。4）随着转化负荷的降低，转化入口温度控480～510℃，炉出口温度不大于800℃。控制好转化炉温，防止炉管骤热骤冷，调整转化炉火咀，防止偏烧。5）保证膜分离尾气中氢含量1500-2000Nm3/h，否则要配入循环氢。6）中压汽包V2015压力控制3.5～4.1MPa,汽泡液位正常稳定在40～60%。1.4.3.2膜分离正常停车时制氢装置的调整1)膜分离停车前，先将HV103打开，让大部分干气进脱硫，防止膜分离停车时进转化流量波动过大。2）随着转化负荷的增加，调整炉温，TI7234控480-510℃，防止炉管骤热骤冷，调整转化炉火咀，防止偏烧。3）转化水碳比控4-5，防止系统压力变化过大，引起水碳比失调导致催化剂结碳。4）按下停车按钮后，马上逐渐关小HV104，直至全关。1.4.3.3膜分离联锁停车时制氢装置的调整(1)正常生产时，V61/V65不能全开，只能开2~3扣左右，防止联锁启动时，所有干气放到火炬，从而引起加氢进料中断。膜分离联锁后，马上调节HV104，防止