制氢装置PSA系统工艺管理和操作规程

制氢装置PSA系统工艺管理和操作规程

1.1 PSA系统的任务及主要工艺指标

1.1.1 PSA系统的任务

PSA系统的任务是将低变气中的杂质CO2、CO、CH4等被吸附剂吸附下来而氢气未被吸附，得到氢纯度为99.99%的工业氢，供渣油加氢脱硫装置使用，多余氢气并入低压氢气管网。

1.1.2 PSA系统主要工艺指标

入口温度℃30～40

入口压力MPa（abs） 2.40±0.2

出口压力MPa（abs） 2.40±0.2

1.2 装置概况

装置规模如下：

装置公称处理低变气能力：93036 m3/h

装置公称产氢能力：60000 m3/h

装置设计操作弹性：30~105％

原料气组分和压力在很宽的范围内变化，但在不同的原料气条件下吸附参数应作相应的调整以保证产品的质量。调节均可由计算机自动完成。当原料气条件变化时，物料平衡也将发生相应的变化。

设计的原料气为：低变气。

设计主要产品为：氢气，用作加氢装置原料；副产品为解吸气，用作燃气。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略有不同。

1.3 吸附塔的工作过程

(1)吸附过程

原料气经程控阀KV7701A～J，自塔底进入PSA吸附塔A200lA～J中正处于吸附状态的两台吸附塔，其中除H2以外的杂质组份被装填的多种吸附剂依次吸附，得到纯度大于99.99％的产品氢气从塔顶排出，经程控阀KV7702A～J和吸附压力调节阀PV7702后送出界区。

(2)均压降压过程

这是在吸附过程完成后，顺着吸附方向将塔内较高压力气体依次放入其它已完成再生的较低压力塔的过程，这一过程不仅是降压过程，而且也回收了吸附床层死空间内的氢气，该PSA装置主流程共包括四次连续均压降压过程，分别称为：一均降(ElD)、二均降(E2D)、三均降(E3D)和四均降(E4D)。一均降通过程控阀KV7706A～J和6#环管进行，二均降通过程控阀KV7704A～J和4#环管进行，三均降、四均降通过程控阀KV7703A～J和3#环管进行。

(3)顺放过程

这是吸附塔在均压结束后，顺着吸附方向减压，减压出来的氢气用作其它吸附塔的冲洗再生气源。本流程包括三次顺放过程，分别用于对三个吸附塔进行冲洗，依次称为：顺放一(PP1)、顺放二(PP2)和顺放三(PP3)。顺放一通过程控阀KV7704A~J和4#环管3进行，顺放二和顺放三通过程控阀KV7705A～J和5#管进行。

(4)逆放过程

这是吸附塔在完成均压降压过程后，逆着吸附方向将塔内压力降至0.03MPa的过程，此时被吸附的杂质开始从吸附剂中解吸出来。逆放解吸气经程控阀门KV7707A~J排除，再经脱附气管线及调节阀PV7704和PV7705放入缓冲罐V2014A、B。

(5)冲洗过程

在这一过程中，逆着吸附方向用其它吸附塔顺放出的氢气冲洗床层，使吸附剂中的杂质得以完全解吸。本流程共包括三次冲洗过程，依次称为：冲洗三(P3)、冲洗二(P2)和冲洗一(P1)。冲洗一通过程控阀KV7704A～J和4#环管进行，冲洗二和冲洗三通过程控阀KV7705A～J和5#环管进行，冲洗出的解吸气经脱附气管线及调节阀PV7704和PV7704放入缓冲罐V2014A、B。

(6)均压升压过程

该过程与均压降压过程相对应。在这一过程中，分别利用其他吸附塔的均压降压气体依次从吸附塔顶部对吸附塔进行升压。该PSA装置主流程共包括四次连续均压升压过程，依次称为：四均升(E4R)、三均升(E3R)、二均升(E2R)和一均升(E1R)。一均升通过程控阀KV7706A～J和6#环管进行，二均升通过程控阀KV7704A～J和4#环管进行，三均升、四均升通过程控阀KV7703A---J和3#环管进行。

(7)产品气升压过程

经过四次均压升压过程后，吸附塔压力已升至接近于吸附压力。这时，用产品氢气经程控阀KV7708或KV7709、和程控阀KV7706A～J自塔顶将吸附塔压力升至吸附压力。经过产品气升压过程后，吸附塔便完成了整个再生过程，为下一次吸附做好了准备。

1.4 工艺步序说明

装置共有十台吸附塔组成，其中两台始终处于吸附状态，其余八台处于再生的不同阶段。十台吸附塔的整个吸附与再生工艺切换过程均是通过程控阀门按一定的工艺步序和顺序进行开关来实现的。

对程控阀编号：

PSA氢提纯部分的工艺步序和阀门开关状态表：

KV7707J ON ON ON ON

KV7708 ON ON ON ON ON KV7709 ON ON ON ON ON

KV7710 产品不合格ON

1.5 控制功能说明

依据PSA氢提纯装置的控制要求，该PSA装置的基本控制与管理功能包括：程控阀开关控制、模拟量检测与调节、质量联锁、故障报警与记录、历史数据记录、流程累计等功能。

分别介绍如下：

1.5.1 程控阀开关控制功能

该PSA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，因而程控阀门的开关控制是该PSA装置最重要的控制部分。

该PSA装置的程控阀开关控制过程示意图如下(供参考)：

（1）程控阀开关控制过程说明：

DCS系统根据工艺要求(见工艺阀状态表)制订出程序，然后按一定的时间顺序将DC24V 开关信号送至液压系统的电磁换向阀，电磁换向阀将该开关电信号转换成驱动液压油的高、低压信号，送至程控阀的驱动油缸，驱动程控阀门按程序开、关。

同时，程控阀门将其开、关状态通过传感器反馈给DCS系统，用于状态显示和监控，并通过与输出信号的对比实现阀门故障的判断与报警。

液压系统的作用是为程控阀门提供开、关的动力和控制手段，同时其自身运行的参数如：压力、液位、运行状态等也反馈回DCS系统，由DCS系统进行显示、监控、报警和联锁控制。

为保证吸附压力的平稳变化和吸附剂的使用寿命，PSA工艺还要求均压和逆放等阀门应具有缓开功能。为此，该PSA装置程控阀具备有开启速度调节装置，使程控阀的开启速度在3～60S内可调。

（2）液压系统说明：

该PSA装置的液压系统主要由集成液压泵站、蓄能器站和电磁换向阀构成。集成液压泵站为双系统，一开一备，两套系统完全独立，可独立检修。其控制点包括：

液位控制：在泵站上装有一台带报警、联锁点的现场磁浮子液位计和一台液位变送器，用于监控泵站的油箱液位。当油箱液位低于报警值时，DCS将报警提醒值班人员加油并检查油压系统有无泄露点：当油箱液位低于联锁值时，为保证系统的安全性，DCS系统将联锁停氢提纯装置并报警。