制氫裝置PSA系統(tǒng)工藝管理和操作規(guī)程

1、制氫裝置PSA系統(tǒng)工藝管理和操作規(guī)程1.1 PSA系統(tǒng)的任務(wù)及主要工藝指標(biāo)1.1.1 PSA系統(tǒng)的任務(wù)PSA系統(tǒng)的任務(wù)是將低變氣中的雜質(zhì)CO2、CO、CH4等被吸附劑吸附下來而氫氣未被吸附，得到氫純度為99.99%的工業(yè)氫，供渣油加氫脫硫裝置使用，多余氫氣并入低壓氫氣管網(wǎng)。1.1.2 PSA糸統(tǒng)王要工藝指標(biāo)入口溫度C30 40入口壓力MPa(abs)2.40 .2出口壓力MPa(abs)2.40 .21.2裝置概況裝置規(guī)模如下：裝置公稱處理低變氣能力：93036 m3/h裝置公稱產(chǎn)氫能力：60000 m3/h裝置設(shè)計(jì)操作彈性：30105%PSA裝置組成：10臺(tái)吸附塔和2臺(tái)解吸氣緩沖罐序 號(hào)名稱

2、位號(hào)規(guī)格及型號(hào)操作條件填料種類操作介質(zhì)數(shù)量（臺(tái)）1吸附塔A1001A J 3600X12587溫度：3040C壓力：0.032.45MPa活性氧化鋁活性炭分子篩變換氣102解吸氣緩沖罐V2014A 、 B 4200X32714溫度：40 C壓力：0.03MPa解吸氣2PSA裝置是為在特定壓力下從特定的組分中提取氫氣而設(shè)計(jì)的。一般裝置的設(shè)計(jì)允許 原料氣組分和壓力在很寬的范圍內(nèi)變化，但在不同的原料氣條件下吸附參數(shù)應(yīng)作相應(yīng)的調(diào)整以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。 調(diào)節(jié)均可由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成。當(dāng)原料氣條件變化時(shí)，物料平衡也將發(fā)生相應(yīng)的變化。設(shè)計(jì)的原料氣為：低變氣。設(shè)計(jì)主要產(chǎn)品為：氫氣，用作加氫裝置原料；副產(chǎn)品為解吸氣，

3、用作燃?xì)?。在?shí)際生產(chǎn) 中，產(chǎn)品氫的純度可通過改變PSA裝置的操作條件進(jìn)行調(diào)節(jié)，而解吸氣的組成也會(huì)隨原料氣和產(chǎn)品氣的不同而略有不同。1.3吸附塔的工作過程（1）吸附過程原料氣經(jīng)程控閥 KV7701AJ,自塔底進(jìn)入 PSA吸附塔A2001AJ中正處于吸附狀態(tài) 的兩臺(tái)吸附塔，其中除H2以外的雜質(zhì)組份被裝填的多種吸附劑依次吸附，得到純度大于99.99%的產(chǎn)品氫氣從塔頂排出，經(jīng)程控閥KV7702AJ和吸附壓力調(diào)節(jié)閥 PV7702后送出界區(qū)。（2）均壓降壓過程這是在吸附過程完成后，順著吸附方向?qū)⑺?nèi)較高壓力氣體依次放入其它已完成再生的 較低壓力塔的過程， 這一過程不僅是降壓過程，而且也回收了吸附床層死空間

4、內(nèi)的氫氣，該P(yáng)SA裝置主流程共包括四次連續(xù)均壓降壓過程，分別稱為：一均降 （EID）、二均降（E2D）、三 均降（E3D）和四均降（E4D）。一均降通過程控閥 KV7706AJ和6#環(huán)管進(jìn)行，二均降通過程 控閥KV7704AJ和4#環(huán)管進(jìn)行，三均降、四均降通過程控閥 KV7703AJ和3#環(huán)管進(jìn)行。(3) 順放過程這是吸附塔在均壓結(jié)束后，順著吸附方向減壓，減壓出來的氫氣用作其它吸附塔的沖洗 再生氣源。本流程包括三次順放過程，分別用于對(duì)三個(gè)吸附塔進(jìn)行沖洗，依次稱為：順放一(PP1)、順放二(PP2)和順放三(PP3)。順放一通過程控閥 KV7704AJ和4#環(huán)管3進(jìn)行，順放 二和順放三通過程控閥

5、KV7705AJ和5#管進(jìn)行。(4) 逆放過程這是吸附塔在完成均壓降壓過程后，逆著吸附方向?qū)⑺?nèi)壓力降至0.03MPa的過程，此時(shí)被吸附的雜質(zhì)開始從吸附劑中解吸出來。逆放解吸氣經(jīng)程控閥門KV7707AJ排除，再經(jīng)脫附氣管線及調(diào)節(jié)閥PV7704和PV7705放入緩沖罐 V2014A、B。(5) 沖洗過程在這一過程中，逆著吸附方向用其它吸附塔順放出的氫氣沖洗床層，使吸附劑中的雜質(zhì)得以完全解吸。本流程共包括三次沖洗過程，依次稱為：沖洗三(P3)、沖洗二(P2)和沖洗一(P1)。沖洗一通過程控閥KV7704AJ和4#環(huán)管進(jìn)行，沖洗二和沖洗三通過程控閥KV7705AJ和5#環(huán)管進(jìn)行，沖洗出的解吸氣經(jīng)脫附

6、氣管線及調(diào)節(jié)閥PV7704和PV7704放入緩沖罐 V2014A、B。(6) 均壓升壓過程該過程與均壓降壓過程相對(duì)應(yīng)。在這一過程中，分別利用其他吸附塔的均壓降壓氣體依 次從吸附塔頂部對(duì)吸附塔進(jìn)行升壓。該P(yáng)SA裝置主流程共包括四次連續(xù)均壓升壓過程，依次稱為：四均升 (E4R)、三均升(E3R)、二均升(E2R)和一均升(E1R)。一均升通過程控閥 KV7706AJ和6#環(huán)管進(jìn)行，二均升通過程控閥KV7704AJ和4#環(huán)管進(jìn)行，三均升、四均升通過程控閥 KV7703A-J和3#環(huán)管進(jìn)行。(7) 產(chǎn)品氣升壓過程經(jīng)過四次均壓升壓過程后， 吸附塔壓力已升至接近于吸附壓力。 這時(shí)，用產(chǎn)品氫氣經(jīng)程 控閥KV

7、7708或KV7709、和程控閥KV7706AJ自塔頂將吸附塔壓力升至吸附壓力。經(jīng)過 產(chǎn)品氣升壓過程后，吸附塔便完成了整個(gè)再生過程，為下一次吸附做好了準(zhǔn)備。1.4工藝步序說明裝置共有十臺(tái)吸附塔組成，其中兩臺(tái)始終處于吸附狀態(tài)，其余八臺(tái)處于再生的不同階段。十臺(tái)吸附塔的整個(gè)吸附與再生工藝切換過程均是通過程控閥門按一定的工藝步序和順序進(jìn) 行開關(guān)來實(shí)現(xiàn)的。對(duì)程控閥編號(hào)：KV77 口口吸附堆弓；A J洞門功能、作用OL一原料氣進(jìn)W閥02產(chǎn)晶T出口閥03三用、兇1均閥04二均、順眩、沖洗H坦05順放二*三,叩洗二、三閥06產(chǎn)品代升匹、一均閥CH一逆啟、沖Y先出口閥08.09產(chǎn)；品氣升味公共閥JO產(chǎn)品化放空閥

8、表示PSA頼握純工段表示禪學(xué)擁制網(wǎng)PSA氫提純部分的工藝步序和閥門開關(guān)狀態(tài)表:1024流程（主流程）步序1234567891011121314151617181920A2001AAAAAE1DE2DE3DE4DPP1PP2PP3DP3P2P1E4RE3RE2RE1RFRA2001FE1RFRAAAAE1DE2DE3DE4DPP1PP2PP3DP3P2P1E4RE3RE2RA2001BE3RE2RE1RFRAAAAE1DE2DE3DE4DPP1PP2PP3DP3P2P1E4RA2001GP1E4RE3RE2RE1RFRAAAAE1DE2DE3DE4DPP1PP2PP3DP3P2A2001CP3P

9、2P1E4RE3RE2RE1RFRAAAAE1DE2DE3DE4DPP1PP2PP3DA2001HPP3DP3P2P1E4RE3RE2RE1RFRAAAAE1DE2DE3DE4DPP1PP2A2001DPP1PP2PP3DP3P2P1E4RE3RE2RE1RFRAAAAE1DE2DE3DE4DA2001IE3DE4DPP1PP2PP3DP3P2P1E4RE3RE2RE1RFRAAAAE1DE2DA2001EE1DE2DE3DE4DPP1PP2PP3DP3P2P1E4RE3RE2RE1RFRAAAAA2001JAAE1DE2DE3DE4DPP1PP2PP3DP3P2P1E4RE3RE2RE1RF

10、RAA程控閥狀態(tài)KV7701A ONONONONKV7702A ONONONONKV7703AONONONONKV7704AONONONONKV7705AONONONONKV7706AONONONKV7707AONONONONKV7701FONONONONKV7702FONONONONKV7703FONONONONKV7704FONONONONKV7705FONONONONKV7706FONONONKV7707FONONONONKV7701BONONONONKV7702BONONONONKV7703B ONONONONKV7704BONONONONKV7705BONONONONKV7706BO

11、NONONKV7707BONONONONKV7701GONONONONKV7702GONONONONKV7703GONONONONKV7704G O)NONONONKV7705GONONONONKV7706GONONONKV7707G O)NONONONKV7701C0NONONONKV7702C0NONONONKV7703CONONONONKV7704CONONONONKV7705C O)NONONONKV7706CONONONKV7707C O)NONONONKV7701HONONONONKV7702HONONONONKV7703HONONONONKV7704HONONONONKV7705

12、H O)NONONONKV7706HONONONKV7707HONONONONKV7701DONONONONKV7702DONONONONKV7703DONONONONKV7704D O)NONONONKV7705DONONONONKV7706DONONONKV7707DONONONONKV7701IONONONONKV7702IONONONONKV7703IONONONONKV7704IONONONONKV7705IONONONONKV7706IONONONKV7707IONONONONKV7701EONONONONKV7702EONONONONKV7703EONONONONKV7704EO

13、NONONONKV7705EONONONONKV7706EONONONKV7707EONONONONKV7701JONONONONKV7702JONONONONKV7703JONONONONKV7704JONONONONKV7705JONONONONKV7706JONONONKV7707JONONONONKV7708ONONONONONKV7709ONONONONONKV7710產(chǎn)品不合格ON1.5控制功能說明依據(jù)PSA氫提純裝置的控制要求，該P(yáng)SA裝置的基本控制與管理功能包括：程控閥開關(guān)控制、模擬量檢測(cè)與調(diào)節(jié)、質(zhì)量聯(lián)鎖、故障報(bào)警與記錄、歷史數(shù)據(jù)記錄、流程累計(jì)等功能。 分別介紹如下：程控閥開關(guān)

14、控制功能該P(yáng)SA裝置的吸附與分離過程都是依賴于程控閥門的開關(guān)來實(shí)現(xiàn)切換的，因而程控閥 門的開關(guān)控制是該 PSA裝置最重要的控制部分。該P(yáng)SA裝置的程控閥開關(guān)控制過程示意圖如下（供參考）：遠(yuǎn)行參.數(shù)驅(qū)動(dòng)程序揑制工藝裝宵|【JCS系統(tǒng)閥位檢測(cè)1藝參數(shù)（1）程控閥開關(guān)控制過程說明：DCS系統(tǒng)根據(jù)工藝要求（見工藝閥狀態(tài)表）制訂出程序，然后按一定的時(shí)間順序?qū)?DC24V 開關(guān)信號(hào)送至液壓系統(tǒng)的電磁換向閥，電磁換向閥將該開關(guān)電信號(hào)轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)液壓油的高、 低壓信號(hào)，送至程控閥的驅(qū)動(dòng)油缸，驅(qū)動(dòng)程控閥門按程序開、關(guān)。同時(shí)，程控閥門將其開、關(guān)狀態(tài)通過傳感器反饋給DCS系統(tǒng)，用于狀態(tài)顯示和監(jiān)控，并通過與輸出信號(hào)的對(duì)

15、比實(shí)現(xiàn)閥門故障的判斷與報(bào)警。液壓系統(tǒng)的作用是為程控閥門提供開、 關(guān)的動(dòng)力和控制手段，同時(shí)其自身運(yùn)行的參數(shù)如： 壓力、液位、運(yùn)行狀態(tài)等也反饋回 DCS系統(tǒng)，由DCS系統(tǒng)進(jìn)行顯示、監(jiān)控、報(bào)警和聯(lián)鎖控 制。為保證吸附壓力的平穩(wěn)變化和吸附劑的使用壽命，PSA工藝還要求均壓和逆放等閥門應(yīng)具有緩開功能。為此，該 PSA裝置程控閥具備有開啟速度調(diào)節(jié)裝置，使程控閥的開啟速 度在360S內(nèi)可調(diào)。（2 ）液壓系統(tǒng)說明：該P(yáng)SA裝置的液壓系統(tǒng)主要由集成液壓泵站、蓄能器站和電磁換向閥構(gòu)成。集成液壓泵站為雙系統(tǒng)，一開一備，兩套系統(tǒng)完全獨(dú)立，可獨(dú)立檢修。其控制點(diǎn)包括：液位控制：在泵站上裝有一臺(tái)帶報(bào)警、聯(lián)鎖點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)磁浮子液

16、位計(jì)和一臺(tái)液位變送器， 用于監(jiān)控泵站的油箱液位。當(dāng)油箱液位低于報(bào)警值時(shí)，DCS將報(bào)警提醒值班人員加油并檢查油壓系統(tǒng)有無泄露點(diǎn)：當(dāng)油箱液位低于聯(lián)鎖值時(shí)，為保證系統(tǒng)的安全性，DCS系統(tǒng)將聯(lián)鎖停氫提純裝置并報(bào)警。油溫控制：泵站上裝有一臺(tái)溫度計(jì)，操作人員應(yīng)盡量控制液壓油溫度不過50C時(shí)。壓力控制：液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)有現(xiàn)場(chǎng)壓力表和智能壓力變送器各一臺(tái)，可將液壓系統(tǒng)工作 壓力傳送至 DCS 控制系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)壓力低于設(shè)定值 1.0MPa 時(shí)， DCS 系統(tǒng)將啟動(dòng)備用泵并 報(bào)警，油壓正常后停下原運(yùn)行泵。1.5.2 模擬量檢測(cè)與調(diào)節(jié)功能該 PSA 裝置模擬量調(diào)節(jié)均由 DCS 完成。各檢測(cè)及調(diào)節(jié)信號(hào)的功能與控制方式簡(jiǎn)述

17、如下：(1) 原料氣溫度指示記錄報(bào)警安裝于進(jìn)口原料氣總管上，用于指示記錄原料氣溫度，當(dāng)溫度高于設(shè)定值(如45C )時(shí)報(bào) 警，提醒操作人員原料氣溫度高將影響吸附效果。(2) 吸附塔壓力指示調(diào)節(jié)記錄由安裝于吸附塔出口總管上的壓力變送器和旋塞調(diào)節(jié)閥構(gòu)成，用于指示調(diào)節(jié)記錄吸附塔在各階段的壓力。(3) 吸附壓力指示調(diào)節(jié)該調(diào)節(jié)回路由安裝于 PSA 產(chǎn)品出口總管上的壓力變送器和調(diào)節(jié)閥構(gòu)成，用于穩(wěn)定吸附 壓力。該調(diào)節(jié)回路的設(shè)定值一般定為比原料氣低 0.1MPa 左右。(4) 產(chǎn)品氣放空調(diào)節(jié)該調(diào)節(jié)回路由安裝于 PSA 產(chǎn)品出口總管上的壓力變送器和產(chǎn)品氣放空管線上的調(diào)節(jié)閥 構(gòu)成，用于在產(chǎn)品氣不合格或加氫工段故障時(shí)

18、將產(chǎn)品氣放入燃料氣管網(wǎng)。該調(diào)節(jié)回路的設(shè)定值一般定為比原料氣低 0.1MPa 左右。(5) 解吸氣出口壓力調(diào)節(jié) 該調(diào)節(jié)回路由安裝于解吸氣緩沖罐出口總管上的壓力變送器和解吸氣放空管線上的調(diào)節(jié)閥構(gòu)成，用于解吸氣出口壓力調(diào)節(jié)，避免解吸氣系統(tǒng)超壓影響PSA 解吸效果。該調(diào)節(jié)回路的設(shè)定值一般不大于 0.05MPa。(6) 產(chǎn)品氣流量指示記錄積算產(chǎn)品氫流量計(jì)安裝于產(chǎn)品氣總管上，用于指示和記錄裝置的產(chǎn)品氫流量。并在DCS 中積算其累積值。(7) 逆放減壓調(diào)節(jié)安裝于解吸氣總管上，用于調(diào)節(jié)吸附塔逆放的減壓速度，其控制方法為：通過在DCS上設(shè)定調(diào)節(jié)閥的開啟曲線，將吸附塔的逆放減壓過程控制在一定的時(shí)間(如 30 秒

19、)內(nèi)恰好緩慢完成。應(yīng)注意：減壓速度嚴(yán)禁過快，否則將影響解吸氣的穩(wěn)定。(8) 產(chǎn)品氫氣 CO+CO 2 含量在線分析記錄報(bào)警該 PSA 裝置 CO+CO2 含量在線分析儀的取樣點(diǎn)，原設(shè)計(jì)經(jīng)多路選通器后分別安裝于每 臺(tái)吸附塔的頂部，并插入吸附床層300800mm，用于在線指示正在吸附塔的前沿CO+CO 2含量，為 PSA 操作參數(shù)的設(shè)定及吸附塔的切除提供依據(jù)。但是，由于雜質(zhì)超標(biāo)聯(lián)鎖取消， 該系統(tǒng)已不投用。在實(shí)際生產(chǎn)中，引入產(chǎn)品氫氣總管的樣氣進(jìn)行分析，當(dāng)C0+C02含量 150ppm寸，DCS將報(bào)警提醒操作人員進(jìn)行處理。(9) 產(chǎn)品氫純度在線分析指示記錄報(bào)警安裝于產(chǎn)品氫氣總管上，用于在線指示記錄產(chǎn)品

20、氫的純度，當(dāng)產(chǎn)品氫純度低于99.90時(shí)， DCS 將報(bào)警提醒操作人員進(jìn)行處理。1.5.3 工藝參數(shù)的設(shè)定PSA 的工藝參數(shù)主要包括吸附時(shí)間、壓力、溫度和處理量。其設(shè)定的原則與方法如下：(1) 吸附時(shí)間參數(shù)的設(shè)定 吸附時(shí)間參數(shù)是 PSA 的最主要參數(shù)，其設(shè)定值將直接決定裝置產(chǎn)品氫的純度和氫氣回 收率。因而，PSA部分的吸附時(shí)間參數(shù)應(yīng)盡量準(zhǔn)確，以保證產(chǎn)品純度合格，且氫氣回收率最102 4流程時(shí)的吸附時(shí)間參數(shù)設(shè)定表:時(shí)間序號(hào)含義預(yù)設(shè) 值設(shè)定原則Tl一均、三均、沖洗一、沖洗三時(shí)間200在保證兩塔的壓力能均至基本相等即可。T2二均、四均、沖洗二、 逆放、產(chǎn)品氣升壓時(shí)間300保證兩塔的壓力能均至相等，逆放

21、能放至0.03MPa左右，產(chǎn)品氣升壓能升至吸附壓力，在保證產(chǎn)品氫 合格的情況下時(shí)間盡量長(zhǎng)，以保證氫氣及脫附氣量 的平穩(wěn)。注：以上的預(yù)設(shè)值為滿負(fù)荷預(yù)設(shè)值，且與最終開車后的整定值間可能有差異。在切塔后,時(shí)間參數(shù)仍是TI和T2，只是設(shè)定值不同而已。PSA部分的單塔吸附時(shí)間=2 X(T1+T2)由于吸附塔的大小和裝填的吸附劑量是固定的，因而在原料氣組成和吸附壓力一定的情況下，吸附塔每一次所能吸附的雜質(zhì)總量就是一定的。所以隨著吸附過程的進(jìn)行，雜質(zhì)就會(huì)慢慢穿透吸附床層， 起初是少量，漸漸就會(huì)超過允許值，這時(shí)就必須切換至其它塔吸附。因而，當(dāng)原料氣的流量發(fā)生變化時(shí)，雜質(zhì)的穿透時(shí)間也就會(huì)隨之變化，吸附時(shí)間參數(shù)就

22、應(yīng)隨之進(jìn)行調(diào)整。流量越大則吸附時(shí)間就應(yīng)越短，流量越小則吸附時(shí)間就應(yīng)越長(zhǎng)。這樣才能保證在各種操 作負(fù)荷下均能充分地利用吸附劑的吸附能力，在保證產(chǎn)品純度的情況下獲得最高的氫氣回收率。該P(yáng)SA裝置的吸附時(shí)間參數(shù)可在DCS上人工設(shè)定，亦可由 DCS自動(dòng)計(jì)算產(chǎn)生。人工設(shè)定時(shí)，只需將DCS畫面上PSA部分的 手動(dòng)時(shí)間設(shè)定”按鈕設(shè)為“ON,然后分別 修改“T1，“T2的設(shè)定值即可。自動(dòng)設(shè)定時(shí)，只需將DCS畫面上PSA部分的手動(dòng)時(shí)間設(shè)定”按鈕設(shè)為“OFF即可。這 時(shí)DCS系統(tǒng)將自動(dòng)依據(jù)設(shè)定的原料氣流量計(jì)算出吸附時(shí)間。實(shí)際吸附時(shí)間=(滿負(fù)荷流量實(shí)際負(fù)荷流量)滿負(fù)荷時(shí)間海作系數(shù)操作系數(shù)對(duì)PSA裝置運(yùn)行的影響：增大操作系數(shù)吸附時(shí)間延長(zhǎng) t產(chǎn)品純度下降t氫氣回收率提高；減小操作系數(shù)t吸附時(shí) 間縮短t產(chǎn)品純度上升t氫氣回收率降低。操作系數(shù)的設(shè)定：由于操作系數(shù)的大小決定著吸附時(shí)間的長(zhǎng)短，因而對(duì)該P(yáng)SA裝置的運(yùn)行狀況起著至關(guān)重要的影響，所以調(diào)整時(shí)應(yīng)特別精心，其調(diào)整步驟如下：(1) 增加操作系數(shù)(當(dāng)產(chǎn)品氫純度高于要求值時(shí)，增加操作系數(shù))A、以5為單位增加操作系數(shù)B、 等三個(gè)完整的 PSA循環(huán)周期，即：(T1 +