变压吸附制氢第二篇2

第二章工艺技术、设备及自动化
2.1工艺技术选择
1.装置规模
①原料气流量： 77940Nm3/h
装置操作弹性(流量范围)： 30～110%
②产品氢纯度： H2含量＞98.35％
③设计操作时数：全年连续操作(大于8000小时)
2.技术来源
PSA制氢技术是PSA技术中发展最早、推广最多的一种工艺，是最早实现工业化的领域，本装置的工艺技术由吉林石化公司提供。

3.产品方案
氢气是主要的工业原料，也是最重要的工业气体和特种气体，在石油化工、电子工业、冶金工业、食品加工、浮法玻璃、精细有机合成、航空航天等方面有着广泛的应用。

同时，氢也是一种理想的二次能源。

在实际生产中，产品氢的纯度可通过改变PSA装置的操作条件进行调节，而解吸气的组成也会随原料气和产品气的不同而不同。

4.原料来源
PSA制氢装置所采用的气源为各工艺生产过程中产生的含氢尾气，这些气体中除含氢外，还有CO2、H2O、N2、CO、CH4及少量烃类，这些杂质体可采用变压吸附法一次除尽达到纯化和回收氢气的目的。

一般而言，含氢气30%以上的混合气可作为PSA提纯氢气的气源。

5.工艺流程
本装置由十个吸附塔组成，其中2个吸附塔始终处于进料吸附的状态，其工艺过程由吸附、四次均压降压、顺放、逆放、冲洗、四次均压升压和产品最终升压等步骤组成。

来自前工段压力为2.6MPa左右的混合气，首先进入原料气冷却器降温到≤40℃再到原料气分液罐分离掉其中的机械液滴，然后直接从塔底部进入吸附塔中正处于吸附工况的吸附塔(始终有2台吸附塔处于吸附状态)内，在多种吸附剂组成的复合吸附床的依次选择吸附下，气体中的CO2、CO、CH4及N2等组份被塔内吸附剂吸附，纯净的氢气从吸附塔顶部连续排出去后工段，逆放气和冲洗解吸气混合后经尾气压缩机加压送燃气管网。

2.2主要设备方案选择
表2.3.1主要设备表
注：换热器设计按富氢尾气52350Nm3/h考虑换热面积，进气量按77940 Nm3/h计算，达到PSA进气温度在20～35℃内波动。

2.3自动化与信息控制系统
本项目采用集散控制系统（DCS）来完成装置的控制、监测和安全联锁。

基于现场总线技术，完全开放，采用先进的软件和硬件技术，结构灵活，扩展方便，安全可靠，安装、维护简单，大幅度节约使用成本，便于管理和减轻劳动强度。

工艺参数及过程控制均在控制室集中显示、控制、管理、实时打印各种参数、报表，且设置联锁保护系统，事故状态下能实现各种保证生产的安全措施，对装置的可靠运行提供良好的保证。

为保证装置的平稳、安全、长期运行，DCS系统供电采用UPS，对可能释放可燃气体的地点设置可燃气体报警器探头。

仪表及控制系统选型应技术先进、成熟可靠、性能优良、价格合理、服务及时、满足工艺装置的需求。

根据全厂防爆区域的划分，合理选用符合相应防爆等级要求的仪表，以确保装置及人员的安全。

根据区域特点及环境情况，合理选择耐介质腐蚀及耐一定环境腐蚀的仪表及仪表外壳，合理选择适合环境要求的仪表配管及安装材料。

装置的吸附与分离过程都是依赖于程控阀门的开关来实现切换的，因程控阀门的开关控制是本装置最重要的控制部分。

2.3.1 分散型控制系统（DCS）
本装置控制系统采用S7-400 PLC组成的冗余控制系统。

在这个系统中，含有两个相同的中央控制器（包括CPU模板、电源模板和通讯模板），两个中央控制器通过冗余的PROFIBUS-DP网络分别访问分布式I/O站模板。

在无故障时两个中央控制器都处在运行状态并随时进行数据同步交换，同时也不断检测各自与I/O站模板相连的PROFIBUS-DP总线电缆的通讯情况，一旦出现中央控制器故障或PROFIBUS-DP总线电缆通讯故障，正常工作的中央控制器能无扰动独立地接替过程的控制，将排除因控制系统偶然硬件故障而造成的装置停机，为装置平稳、安全、长期的运行打下基础。

图2.4.1 S7-400冗余控制系统示意图
上位监控与管理系统由2个操作员站组成，其中1个兼工程师站，它们包括计算机、显示器、打印机、声光报警元件和操作台等部分。

在每个操作员站上都能显示装置的全部流程
图画面和进行控制操作，在正常生产时2个操作员站可互为热备，这样就形成了可靠、先进的监控、操作、管理系统。

2.3.2主要仪表选型
现场检测仪表选用符合工艺防爆等级要求的本安型或防爆型仪表，凡与腐蚀介质接触的测量元件一律选用耐腐蚀材质。

选用的现场仪表应满足现场环境条件要求，根据需要可采取加保护箱或保温箱等措施。

1.温度仪表
（1） 温度仪表就地连续测量指示（温度<600℃）的场合选用双金属温度计。

双金属温度
计保护管材质采用316，规格为101φ⨯,外套管材质采用316，外套管规格为整体钻孔套管，套管外经选用根部28mm φ端部22φ。

（2） 远传温度仪表:一般温度场合选用分度号“K ”型防内漏铠装热电偶，IEC 标准，温度
较高场合选用红外温度测量系统，机组随机轴温测量元件采用铂热电阻，IEC 标准，分度号为“Pt100”，R0=100Ω,测量元件一般采用绝缘型，铠装热电偶的铠装外经为6mm φ。

外套管规格为整体钻孔套管，外套管外经为根部28mm φ，端部22φ。

2.压力仪表
一般场合选用不锈钢压力表，微压或负压场合选用不锈钢膜盒压力表，泵出口选用不锈钢耐振压力表，测量腐蚀性或者易堵介质的压力选用隔膜式压力表。

需要远传压力测量仪表，一般压力测量选用智能压力变送器。

微压或者负压场合选用智能差压变送器，测量腐蚀性或者易堵介质的压力选用膜片密封式法兰压力变送器。

3.流量仪表
对于就地或小管道流量的测量选用金属管转子流量计，一般流量测量选用相应压力等级的法兰取压同心锐孔板，带法兰，不带直管段，当孔板不能满足使用要求时，根据精度要求可选用其它形式的流量计，对于要求较小压损流量的测量选用均速管流量计。

4.控制阀
调节阀采用电动执行机构，直通或角型阀体，优先选用等百分比特性，线性特性或者近似等百分比特性，偏芯旋转阀也可采用。

5.可燃气体探测器
在泵、压缩机等易泄露处设置可燃气体探测器，监视其可燃气体的浓度，当可燃气体的浓度一当超限时，发出声光报警信号。

可燃气体探测器主要有红外式和催化燃烧式两种，拟选用催化燃烧式探测器。

6.仪表阀门及配管
一般情况下，导压管配管图按183φ⨯或者142φ⨯无缝钢管。

7.电线电缆仪表
仪表信号线采用铜芯聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套对绞总屏计算机单对或者多对电缆。

信号电缆引进现场仪表，采用防爆性管连接方式。

本系统的配线应与其他非本安系统配线分开，不同电压的电缆应分开。

8．仪表箱子及槽盒
仪表箱：根据项目所处地域的气候条件设置仪表保护箱。

根据工艺介质及环境条件，有条件时，一次仪表可以直接安装在工艺管道或者其附近，仪表箱采用碳钢。

仪表槽盒：仪表线槽盒按组合式电缆槽盒选用，材质为铝合金喷塑等。

侧板及底板厚度根据槽盒宽度确定。

9.系统防雷接地
机柜室设置接地系统，现场仪表及计算机系统均具有防雷电过电压保护功能。

供电电源端及信息系统配电线路首末端均由电气专业装设保护器。

所有仪表设备的金属外套，铠装电缆外皮及保护管均应接地。

装置内的仪表工作接地，保护接地和防雷防静电接地与电气共用就地网。

2.3.3控制方案
1.温度测量
温度测量仪表按测温方式可分为接触式与非接触式；非接触式测温仪表分为辐射式与红外线；接触式分为膨胀式（双金属温度计等）、压力式、热电偶与热电阻；变压吸附岗位使用的温度仪表主要有热电阻。

1.1温度测量注意事项
对各温度点的通讯线路和温度套管严格禁止随意的拉扯、拆卸或用金属物体敲打撞击，发现异常情况要及时通知电控部相关人员进行处理；
在生产过程中当发现温度不正常或与工艺实际状况不符情况，要首先检查工艺和设备状况是否正常，确认无误后要及时通知电控部人员及时检查处理以确保生产的正常；
严禁随意烘烤、踩砸或用水冲洗温度的通讯线路和套管。

2.压力测量
压力测量中，常有绝对压力、表压力、负压力或真空度之分；压力测量原理可分为液柱式、弹性式、电阻式、电容式、电感式和振频式等；变压吸附岗位使用的压力测量仪表主要有现场压力表和智能压力变送器。

(1)现场压力表
合成岗位使用的现场压力表主要为弹簧管压力表；其原理为将外部压力的变化转换为压力表内弹簧的形变来反映；选择与使用上应注意以下几点：
·量程选择：根据被测压力的大小确定仪表量程；对于弹性式压力表，在测稳定压力时，最大压力值应不超过满量程的3/4；测波动压力时，最大压力值应不超过满量程的2/3；
最低测量压力值不低于全量程的1/3；
·精度选择：根据生产允许的最大测量误差，以经济、实用原则确定仪表的精度等级；一般工业用压力表1.5级或2.5级已足够；
·使用环境及介质性能的考虑：环境恶劣，如高温、腐蚀、潮湿、振动等；被测介质的性能，如温度的高低、腐蚀性、易结晶、易燃、易爆等，以此来确定压力表的种类和型号；·压力表外形尺寸选择：现场就地指示的压力表一般表面直径为Ф100mm，在标准较高或照明条件差的场合用表面直径为Ф200～Ф250mm的，盘装压力表直径为Ф150mm，或用矩形压力表。

(2)压力变送器
（1）吸附压力检测监测对象：原料气压力。

量程范围：0-6.0MPa。

作用：产品料气压力，
（2）吸附塔压力检测监测对象：吸附塔压力。

量程范围：0-6.0MPa
（3）解吸气压力检测监测对象：解吸气压力。

量程范围：0-6.0MPa
（4）顺放气缓冲耀压力检测监测对象：顺放气压力。

操作压力：0.25-0.8 量程范围：0-1.6MPa
（5）解吸气缓冲罐压力检测监测对象：解吸气压力。

操作压力：0.6-0.25 量程范围：0-1.0 MPa
（6）仪表空压力检测监测对象：仪表空气压力。

操作压力：0.5- 0.7 量程范围：0-1.0 MPa
（7）产品气过滤器差压检测监测对象：产品气压力。

操作压力：ΔP ≤0.05MPa 量程范围：0-0.1MPa
（8）解吸气过滤器差压检测监测对象：解吸气压力。

操作压力：ΔP≤0.03MPa 量程范围：0-0.06MPa
2.3.4设计采用的标准、规范
《过程检测和控制流程图用符号和文字代号》 GB2625-81
《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范及条文说明》 GB50058-92
《石油化工企业设计防火规范》设计采用的标准、规范
《过程检测和控制流程图用符号和文字代号》 GB2625-81 《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范及条文说明》 GB50058-92 《石油化工企业设计防火规范》 GB50160-92 《石油化工自动化仪表造型设计规范》 SH3005-1999 《石油化工控制室和自动分析器室设计规范》 SH3006-1999 《石油化工企业信号报警、联锁系统设计规范》 SHJ18-90
《石油化工企业仪表供气设计规范》 SHJ3020-2001 《石油化工企业仪表保温及隔离、吹洗设计规范》 SHJ3021-2001 《石油化工仪表配管配线设计规范》 SHJ3019-1997 《石油化工企业可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》SHJ3063-1999 《石油化工仪表接地设计规范》 SHJ3081-1997 《石油化工仪表供电设计规范》 SHJ3082-1997 《石油化工分散控制系统设计规范》 SH/T3092-1999 《石油化工紧急停车及安全联锁系统设计导则》 SH/T3092-1999 《石油化工仪表安装设计规范》 SH/T3104-2001 2.3.5仪表及设备
1.控制室仪表
DCS控制系统 1套
21″CRT 工程师站（含操作台） 1套
21″CRT 操作台（含操作台） 2套
A4激光打印机 3台
I/O机笼
I/O输入/输出卡件一批
电源开关量输入/输出卡件一批
2.现场仪表
压力变送器 32台
温度变送器 56台
差压变送器 16台
椭圆齿轮流量计 18台
可燃气体检测变送器 21台
气动调节阀 76套
安装材料一批
计算机控制电缆一批
电缆桥架一批
3.控制室
1、控制室仪表供电要求双回路提供，由不间断电源UPS供给：
输入电压：220VAC 50HZ
输出电压：220VAC 50HZ
输出容量 20KVA
切换时间无瞬间
不停电时间 30分钟
4.主要仪表和设备
压力测量仪表：全不锈钢压力表 2块液位测量仪表：玻璃板液位计 1台变送器：智能压力变送器 1台智能差压变送器 1台浮筒液位变送器 1台执行机构：气动薄膜单座调节阀 1台节流装置：法兰取压标准孔板 1套DCS控制系统卡件 4块连接电缆 2根隔离式安全栅 6台电/气阀门定位器 3台仪表保温箱 2台。