QCNB氢气纯化装置系列说明书

6
6.1.1泄漏量试验
有下列情况之一，装置开车前应先用氮气做泄漏量试验：
a. 装置未曾使用过；
b. 装置已停置较长时间且装置未保压或虽保压了，但压力降超过0.3MPa;
氮气经止回阀H1120和球阀Q1120进入纯化装置。泄漏量试验压力为装置的设计压力,用氮气充压至额定压力后检查各接头及法兰连接处，检查无泄露后保压24小时，泄漏率以平均每小时小于0.5%为合格。
工作时间
(h)
装置的
工作状态
干燥器的工作状态
干燥器1121
干燥器1122
干燥器1123
8
Z1
工作
再生
吸附
8
Z2
吸附
工作
再生
8
Z3
再生
吸附
工作
4.2.1 工作
原料氢气经脱氧、冷却、滤水后进入的第一个干燥器处于工作状态:干燥器不加热，介质为未脱水的原料氢气，处理气量为全气量；
4.2.2 再生
进入的第二个干燥器处于再生状态:处理气量根据调试确定，可能为全气量，可能为部分气量；再生状态包括加热阶段和吹冷阶段：
QCNB系列氢气纯化装置
操作说明书
中国船舶重工集团公司第七一八研究所
1概述
QCNB系列氢气纯化装置能够去除氢气中的氧气和水份杂质, 以满足对氢气的含氧量和含水量有较高要求的用户。
QCNB系列氢气纯化装置框架内安装有脱氧器、干燥器、气水分离器、过滤器、冷却器、集水器等设备和各种阀门, 以及检测、控制用的就地仪表和一次仪表。
表4-3 温度检测点及设定温度
铂电阻位号
安装位置
作用
温度设
定范围
常用
设定值
TE1101
脱氧器1111下部
检测脱氧器
进气温度①
120℃～160℃
130℃
TE1102
脱氧器1111上部
检测脱氧器
出气温度②
180℃～220℃
180℃
TE1104
干燥器1121下部
检测干燥器1121
再生时进气温度③
220℃～280℃
设备框架与控制系统之间应设置电缆地沟, 或者埋置穿线管道。
5
放置设备框架房间的土建工程设计及施工应执行氢气站建造的有关规定。
各部分设备的地基应能承受自身重量所产生的压强。
5
所有连接管道清除焊渣、污物、氢气管道应做去油处理。
6
涉及控制系统的操作请参见“控制部分说明书”。
原料氢气生产装置运转正常后，氢气纯化装置可以开车。
置换操作要求：通过充氮口向装置充入氮气至0.5MPa,通过系统出口的旁通阀泄压至0MPa，再充压至0.5MPa，泄放到0MPa。如此反复，当系统氧气含量≤0.5%后，即为置换合格。系统氧气含量可通过氧气分析仪检测，或根据氮气纯度计算出需充放次数；若采取根据氮气纯度计算充放次数的方法，系统中氧气含量按21%进行计算；当氮气纯度＞99.8%，充放4次即可。
设备框架上部应留有不小于2000mm的操作空间以便更换电加热元件。
纯化装置的各主要设备均组装在设备框架内，框架底部留有4个φ24的地脚螺栓孔，地基建设时应预设M20地脚螺栓4只，螺栓高出基面50mm。设备基础的具体尺寸可参见相应的图纸。
参照流程图、装置外形接口图连接原料氢气进口、产品氢气出口、冷却水进口、冷却水出口、氮气进口、放空口、排污口、仪表气接口。
4.4 排水
整套装置中共有5个气水分离器：1101、1102、1103、1104、1105。装置正常运行时，气水分离器起到过滤氢气中游离水的作用，每隔一定时间都要将气水分离器底部积存的水排出至积液器1141，每台气水分离器排完水后，积液器都要通过其底部的气动球阀排一次水，将水排至水封1161中，当水封中的液位高度达到溢流高度后，水将从水封排污口中流出。
（泄漏率A的计算公式：
式中：
A—平均每小时泄漏率，用（%/h）表示；
P1、P2—试验开始、结束时的绝对压力，单位为MPa;
T1、T2—试验开始、结束时的绝对温度，单位为K。）
6.1.2系统氮气置换
有下列情况之一，装置开车前应使用氮气置换：
a 装置未曾使用过;
b 装置已停置较长时间且未用氢气保压,或做了保压，但装置压力已降为0；
气水分离器与积液器的排水通过各自底部的气动球阀按照程序设定的时间与次序自动完成。排水以Z1、Z2、Z3状态开始为计时起点，每次气动球阀排放10秒钟，阀门间隔时间为5分钟。排水时间见表4-2：
（注：根据处理气量的不同，排水时间可能会有调整，以实际程序设定为准。）
表4-2：排水时间表
Z1状态
Z2状态
Z3状态
6.1.3控制系统的检查
按“控制部分说明书”及各仪表的说明书检查控制系统和各仪表是否正常；
按“控制部分说明书”或仪表说明书根据给定值设置各仪表、控制参数；
按“控制部分说明书”向控制柜供应仪表气，并将压力调至要求值；
控制系统准备就绪。
6.2装置运行
纯化装置开车前，氢储罐及其前续、后续设备应完成投入前的准备工作。
4.2.3吸附
进入的第三个干燥器处于吸附状态，干燥器不加热，介质为再生用氢气，处理气量同4.2.2。
(注：气体流经三台干燥器的顺序由干燥器所处的工作状态决定，气动三通球阀的动作由PLC程序控制，无需手动。若需手动切换装置的工作状态，处于再生状态的干燥器必须已经进入吹冷阶段，且干燥器内温度已降至50℃以下。)
245分钟
QZ1120
245分钟
QZ1120
250分钟
QZ1125
250分钟
QZ1125
250分钟
QZ1125
255分钟
QZ1121
255分钟
QZ1121
255分钟
QZ1121
260分钟
QZ1125
260分钟
QZ1125
260分钟
QZ1125
265分钟
QZ1122
265分钟
QZ1122
265分钟
QZ1122
当吸附剂再生时，干燥器下部铂电阻用来控制再生气流的温度，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。
上部铂电阻为联锁铂电阻，当检测值达到设定值后，则停止加热，吸附剂的再生结束。
4.5.3压力检测与控制
装置进口装有压力表PI1101，就地显示装置进口压力；
装置运行前除气动三通球阀外所有阀门应处于关闭状态,每个气动三通球阀所处状态应与流程图中相符。
打开系统中所有压力表截止阀。
打开冷却水进出口球阀，向装置供应冷却水，注意冷却水回水管温度，确保冷却水流通正常。
打开水封1161补水阀，向水封加水，溢流口有水流出后，将补水阀关小，略有开度即可，缓慢向水封1161补水。
④干燥器的出气温度指出分子筛床层的氢气温度；)
4.5.2 温度控制
4.5.2.1 脱氧器的温度控制
脱氧器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。
4.5.2.2 干燥器的温度控制
时间
开启阀门位号
时间
开启阀门位号
时间
开启阀门位号
0分钟
QZ1125
0分钟
QZ1125
0分钟
QZ1125
5分钟
QZ1120
5分钟
QZ1120
5分钟
QZ1120
10分钟
QZ1125
10分钟
QZ1125
10分钟
QZ1125
15分钟
QZ1121
15分钟
QZ1121
15分钟
QZ1121
20分钟
QZ1125
20分钟
QZ1125
20分钟
QZ1125
25分钟
QZ1123
25分钟
QZ1124
25分钟
QZ1122
80分钟
QZ1125
80分钟
QZ1125
30分钟
QZ1125
85分钟
QZ1123
85分钟
QZ1124
35分钟
QZ1122
240分钟
QZ1125
240分钟
QZ1125
240分钟
QZ1125
245分钟
QZ1120
检测干燥器1121
再生时进气温度
220℃～280℃
240℃
TE1111
干燥器1123上部
检测干燥器1121
再生时出气温度
170℃～230℃
180℃
(注：①脱氧器的进气温度指原料氢气经过电加热元件被加热后进入催化剂床层前的温度;
②脱氧器的出气温度指流出催化剂床层的氢气温度。
③干燥器的进气温度指进分子筛床层的氢气温度；
4.3 再生气量的调节
（注：若装置中没有设置节流阀，则为全气量再生，可跳过此节。）
脱氧后的原料氢气首先进入工作状态的干燥器，流出干燥器的干燥氢气分为两路，一路作为再生气进入再生状态的干燥器；另一路则为产品氢气，直接进入过滤器1151。再生气的流量大小通过调节产品气管路和再生气管路上的阀门开度来确定。调整的原则是使再生加热时间不超过4h，调整时需注意再生气流量不可太小，否则有可能烧坏电加热元件，一旦阀门的开度确定后就不需要再进行调整。
QCNB系列氢气纯化装置采用三台干燥器轮流工作，产品气再生方式，不仅干燥程度高，而且没有再生气的损耗。装置内的气动阀门由PLC程序控制，可实现干燥器工作状态的自动切换，并具备自动排水功能，减少了人员工作量，提高了装置的可靠性。
2
2.1 原料氢气
含氧量:≤0.5%（V/V）
含水量:饱和
温 度:≤40℃
3.3电源
种类:AC380V、50HZ（三相四线）
3.4 冷却水
水质:软化水（氯离子含量≤2mg/l）
进水温度：≤32℃（或≤7℃）2）
注：1) 除注明者外，压力均指表压力。
2）冷却水进水温度根据处理气量的大小和合同条款来定。
4
4
原料氢气经气水分离器1101滤除游离水后进入脱氧器1111，脱氧器内装填有可催化氢氧反应进行的高效催化剂，脱氧器内装有电加热元件，经加温后，氢氧反应生成的水以气态被氢气带出脱氧器1111，进入冷却器1131，经冷却器冷凝后随氢气进入气水分离器1102，游离水在气水分离器1102内被滤除并经其底部的排水阀排出。
脱氧器加热为手动投入，装置启动后，可以加热脱氧器，并注意观察上部温升、下部温升和下部温度控制情况；若上部温度高出下部温度50℃以上，请停止加热，检查原料氢气中氧气含量。正常运行时，脱氧器始终处于加热状态，上部温度应达不到联锁温度，上部温度只起保护作用。
打开氢气纯化装置出口球阀,
打开氢气纯化装置进口球阀。
按“控制部分说明书”选定干燥器三个状态Z1、Z2、Z3中的一个,启动氢气纯化装置。气动三通球阀自动切换到相应状态;处于再生状态的干燥器开始加热，注意观察干燥器上部温升、下部温升和下部温度控制情况，正常情况下下部温度及温升大于上部温度及温升，出现异常请停止加热，检查装置及控制部分。
加热阶段——干燥器内的电加热元件开始工作，干燥器内的温度逐渐上升，吸附在分子筛上的水分被逐渐解吸，当干燥器上部温度达到联锁值后，认为再生完成，电加热元件自动停止加热；
吹冷阶段——干燥器停止加热后，气流继续按原路流过干燥器，以使干燥器降温，直至干燥器切换至工作状态；
干燥器处于再生阶段时介质为经过脱水的干燥氢气；
270分钟
QZ1125
270分钟
QZ1125
270分钟
QZ1125
275分钟
QZ1123
275分钟
QZ1123
275分钟
QZ1123
280分钟
QZ1125
280分钟
QZ1125
280分钟
QZ1125
285分钟
QZ1124
285分钟
QZ1124
285分钟
QZ1124
4.5.1温度检测
温度是保证氢气纯化装置正常运行的重要参数。脱氧器及三台干燥器的上部与下部各装有一个铂电阻用来测量温度并将相应的电信号传送至控制柜。其相应的位号及设定值见表4-3。
2.2产品氢气
纯 度：99.999%
含氧量：≤1ppm(V/V)
露 点: ≤-70℃
温 度: ≤40℃
2.3干燥器再生
再生方式：产品氢气再生
切换方式: 自动
切换周期: 24 h
3
3.1仪表气
种类:空气或氮气
压力1）:0.4～0.7MPa
含水量：≤100PPm
3.2氮气
干燥、无油
含氧量：≤0.2%(V/V)
240℃
TE1105
干燥器1121上部
检测干燥器1121
再生时出气温度④
170℃～230℃
180℃
TE1107
干燥器1122下部
检测干燥器1121
再生时进气温度
220℃～280℃
240℃
TE1108
干燥器1122上部
检测干燥器1121
再生时出气温度
17ຫໍສະໝຸດ Baidu℃～230℃
180℃
TE1110
干燥器1123下部
4.2 干燥
原料氢气的干燥在干燥器内完成，本装置采用三台干燥器，每台干燥器内都装填有吸水性优良的分子筛，在一个循环周期内，每台干燥器都依次经历工作、吸附、再生状态，从而实现整套装置工作的连续性。在一个循环周期内，装置经历了三种工作状态，分别被称作Z1、Z2、Z3。见表4-1：
表4-1：装置的工作状态
系统压力由自力式稳压阀或薄膜调节阀来控制。
（注：仪表及阀门的设置根据用户的要求不同会有所变动，以实际流程为准。）
5
设备框架安装过程中，若涉及电气方面，请查阅“控制部分说明书”。
5
本装置的设备框架和控制系统之间连有仪表气管道、通讯电缆和电加热器用电缆。
设备框架周围应留有800mm以上的宽度以便操作和维修。