PSA操作说说明.docx
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PSA操作说说明
1000Nm3/h制氢装置变压吸附系统
说明：
（此说明书不是最终版，供参考）
变压吸附操作运行说明书
二零零八年七月
目录
前言
第一章工艺
第一节PSA工作原理和基本工作步骤
第二节PSA工作过程
第二章自动调节系统及工艺过程参数检测
第一节程序控制系统（KC—201）
第二节自动调节系统功能说明
第三节流量控制功能说明
第四节盘装仪表
第五节现场工艺参数检测点
第三章开车
第一节初次开车前的准备工作
第二节投料启动
第四章停车和停车后再启动
第一节正常停车
第二节紧急停车
第三节临时停车
第四节长期停车
第五节停车后再启动
第五章故障与处理方法
第六章安全技术
第一节氢气的性质
第二节装置的安全设施
第三节氢气系统运行安全要点
第四节消防
第五节安全生产基本注意事项
附：
PSA工段管道及仪表流程图
-1-
前言
本装置采用变压吸附（简称PSA）法提纯氢气，原料气组成改变操作条件可
以生产不同纯度的氢气，纯度可达99.99%以上。
由于甲醇转化气、产品H2均属易燃、易爆物，本装置的操作压力在1.2Mpa
左右。
而产品纯度、产品回收率以及生产的稳定性在很大程度上取决于操作水平
的高低，因此必须对操作过程给予足够的重视。
在PSA系统运行之前，有关生产
管理、操作及维修人员必须熟悉本说明书，并经考核合格后方能上岗。
本说明书涉及到的压力均为表压，浓度为摩尔百分数，流量则指标准状态下
的流量。
第一章工艺
PSA提纯氢气装置是由六台吸附塔（T201A～F，下简称A、B、C、D、E、F塔）、
一台产品气缓冲罐（V201）和一系列程控阀等组成。
压力～1.2Mpa的甲醇裂解转化气进入吸附塔（T201A、B、C、D、E、F）进行吸附，得到的产品气经过产品气缓冲罐（V201）的缓冲之后去用户。
杂质气体即尾气通过放空总管放空。
第一节PSA工作原理和基本工作步骤
一PSA工作原理：
采用PSA气体分离技术从甲醇裂解转化气中提纯氢气的原理是利用吸附剂对
不同吸附介质的选择性和吸附剂对吸附介质的吸附容量随压力改变而变化的特
性。
在高压下吸附原料气中的杂质组分、低压下脱附这些杂质而使吸附剂获得再
生。
整个操作过程均在环境温度下进行。
二基本工作步骤：
变压吸附基本工作步骤分为吸附和再生两步。
而再生又包括以下三步骤：
1．吸附塔压力降至低压
首先是逆着吸附的方向进行降压（以下简称为逆向放压），接着是利用其它塔的顺
放气来进行冲洗（以下简称冲洗）。
逆向放压时，被吸附的部分杂质从吸附剂中解吸，
并被排除出吸附塔，随后，利用顺放气将吸附塔中被吸附的杂质从吸附剂中解析，并被
排除出吸附塔。
2．吸附塔升至吸附压力，以准备再次分离原料气。
本装置采用六塔三次均压两塔同时吸附过程，每个吸附塔在一次循环中均需经历吸附（A）、一均降压（E1D）、二均降压（E2D）、顺放（PP）、三均降压（E3D）、逆向放压（D）、冲洗（P）、三均升压（E3R）、二均升压（E2R）、一均升压（E1R）以及最终升压（FR）等十一个步骤。
六个吸附塔在执行程序的安排上相互错开，构成一个闭路循环，以保证原料连续输入和产品不断输出。
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整个过程主要由31个程序控制阀来实现。
程序阀编号如下：
KV20XY、
KV:
程序控制阀
2:
PSA系统编号
X:
阀门的功能
1—原料气进口阀2—产品出口阀
3—逆向放压阀4—一次均压阀/三次均压阀
5—二次均压阀/顺放阀6—降噪阀
Y:
与吸附塔的编号A、B、C、D、E、F对应的阀门编号：
a、b、c、d、e、f
第二节PSA工作过程
前已述及，每个吸附塔在一次循环中均需经历吸附（A）、一均降压（E1D）、二均降压（E2D）、顺放（PP）、三均降压（E3D）、逆向放压（D）、冲洗（P）、三均升压（E3R）、二均升压（E2R）__________、一均升压（E1R）以及最终升压（FR）等十一个步骤。
六个吸附塔在执行程序的安排上相互错开，构成一个闭路循环，以保证原料连续输入和产品不断输出。
各塔相互工作关系如下：
见附表一：
现以A塔为例对工作过程进行说明：
（阀门的开关只介绍与A塔该步骤有关的）
一吸附（A）
开启阀KV201a;
原料气通过阀KV201a自下而上进入A塔，在工作压力下吸附杂质组份，未被
吸附的产品气组份，通过阀KV202a流出，其中大部分作为产品气从本系统中输出，剩余部分通过手动调节阀HV201、程控阀KV204c向C塔进行最终升压。
吸附完毕,关闭阀KV201a。
二一均降（E1D）
开启阀KV204a、d
A塔停止吸附后，与结束二均升步骤的D塔以出口端相连，即通过阀KV204a、
KV204d与D塔进行第一级压力平衡，A塔压力降低至0.90MPa,均压结束后A、D塔压力基本相等。
一均降完毕，关闭阀KV204d。
三二均降（E2D）
开启阀KV204e；
A塔完成一均降步骤后，与刚结束三均升步骤的E塔以出口端相连，即通过阀
KV204a、KV204e与E塔进行第二级压力平衡，A塔压力降低至0.61MPa,均压后A、E塔压力基本相等。
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二均降完毕，关闭阀KV204e。
四顺放（PP）
开启阀HV202与KV205f；
利用A塔的顺放气对刚结束逆放步骤的F塔进行冲洗，使F塔内的杂质进一
步脱除。
五三均降（E3D）
顺放步骤完成后继续开启阀HV202与KV205f，关闭KV203f；
使A塔与F塔以出口端相连，进行第三次均压，均压后压力达到0.31Mpa左
右，完成三均操作。
六逆放（D）
开启阀KV203a；
A塔降压平衡步骤结束后，逆着吸附的方向杂质气体流向放空管,A塔压力降为
0.02MPa。
逆放完毕，阀KV203a继续开启。
七冲洗（P）
继续开启阀KV203a；同时开启阀KV205a、KV205b；
A塔完成逆放步骤后，利用B塔的顺放气对它进行冲洗，把尚残留在塔内的杂
质进一步脱除，让吸附剂得到再生。
关闭阀KV203a。
八三均升（E3R）
冲洗步骤完成后继续开启阀KV205a与KV205b；
使B塔与A塔以出口端相连，进行第三次均压，均压后两塔压力基本达到
平衡状态。
九二均升（E2R）
开启阀KV204c；
A塔完成三均升步骤之后,与刚结束一均降步骤的C塔以出口端相连,即通过
阀KV204a、KV204c与C塔进行第二级压力平衡，A塔压力升高至0.61MPa。
均压后A、
C塔压力基本相等。
二均升完毕，关闭阀KV204c。
九一均升（E1R）
开启阀KV204d；
A塔完成二均升步骤之后,与刚结束吸附步骤的D塔以出口端相连,即通过阀
KV204a、KV204d与D塔进行第一级压力平衡，A塔压力升高至0.90MPa。
均压后A、
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D塔压力基本相等。
一均升完毕，关闭KV204d。
十终充（FR）
继续开启阀KV204a；
A塔的终充是利用产品气进行的，产品气经遥控调节阀HV201及KV204e，由出
口端进入A塔，最终使A塔压力基本接近吸附压力（1.2MPa）。
通过这一步骤后，
再生过程全部结束，紧接着便进行下一次吸附循环。
终充完毕，关闭阀KV204a。
其它六个塔的操作步骤与A塔相同，不过在时间上是相互错开的。
这些程控阀按规定的程序操作，使变压吸附工艺过程能不断净化原料气，输
出产品气。
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-1
第二章自控调节系统及工艺过程参数检测
本装置自动化控制系统DCS集散控制系统及多台操作站来实现对该生产装置的全面
自动化控制。
该程序控制系统可对装置进行阀门顺控自动控制、多个自动调节系统和流
量瞬时累计计量系统；以及系统报警功能。
第一节DCS控制系统
本装置针对PSA系统特点设计的自动化程度较高的KC-8521程控系统，在装置投入
运行后，该控制程序投入自动后可实现对PSA工段程控阀及相关联锁控制阀的全自动控
制。
当程控阀出现动作故障时，通过位置检测机构反馈信号，可在计算机中对故障点进
行报警，并可实现切塔功能，以保证装置的连续正常运行。
控制系统共满足生产装置的
重要过程参数在线监测、过程控制、参数报警、数据记录及趋势记录功能要求。
需配置
一台操作站，提供宽行打印机一台供报表输出及实时打印需要。
一、上位机监控系统功能
操作站主要完成以下功能：
（1）动态数据监视及操作，工艺流程画面显示，工艺流程的各检测点数据、调节
阀开度的状态显示、PSA程控阀开关状态、阀检反馈故障判断、机泵运行状态显示
及吸附塔状态显示，包括切塔后各塔状态显示。
（2）调节回路标准控制器显示，工艺参数整定，PID参数设定。
（3）历史趋势与实时趋势显示打印。
包括温度、压力、流量、液位、纯度等
各重要检测点的历史数据记录、趋势显示。
（4）报警系统（加入整个系统报警总貌中）
阀门故障报警、系统重要参数越限报警；声光报警，报警消息列表记录及打
印功能。
（5）操作记录
计算机自动记录PSA的重要操作，如：
“开车”、“停车”等。
（6）报表打印功能：
班报表、月报表、日报表、随机报表打印。
二、上位机监控系统操作说明
（1）PSA开车/停车
！
警告启动PSA前必须首先正确设定各个吸附时间段。
◆时间段设定：
鼠标点击PSA画面下方的时间段显示窗上，弹出时间设定窗口。
用鼠标左键点击显示数字窗口，用键盘输入时间，时间单位：
秒（如果输错
可用键盘删除键及退格键修改）。
确认输入正确后按键盘回车键，数据即被
输入。
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在获取操作权限的后，在任何时候都可以修改时间。
◆开车/停车：
鼠标点击画面上“开车/停车”按钮，弹出操作窗口，用鼠标左
键单击“开车”_______________或“停车”按钮即可启动或停止PSA。
按钮通过颜色变化标
明PSA运行状态，绿色为运行，红色为停止。
注意：
当PSA停车时，将自动关闭所有程控阀。
（2）手动开、关程控阀
当系统确认PSA处于停止状态，控制程序才允许手动开关程控阀。
鼠标点
击流程画面中的程控阀时，弹出操作画面；鼠标选择单击“打开”或“关闭”
按钮，即可打开、关闭该阀。
（3）PID调节
在调节控制器画面中，可以对PID调节系统进行操作。
操作模式类似于常规调节
器，主要有：
设定值修改—设定值有棒图及数字显示；点击数字窗口，可以修改设定值并按回
车键“ENTER”确认。
设定数值为工程单位。
可实现无扰切换的手动/自动切换功能—用鼠标左键单击“自动”或“手动”按钮
即可；
手动输出---在手动状态时可以手动设定调节阀开度。
点击对应的数字窗口，修改
阀门开度并按回车键“ENTER”确认。
设定开度为0（关）—100%。
（全开）；
（4）程控阀状态指示（由开到关全过程及阀门故障图示）
关闭输出开阀阀门打开输出关闭阀门关闭阀门故障时呈交替闪烁
信号信号
“阀”符号及其意义。
形式及颜色DCS输出信号阀检动作阀门状态
符号阀体、阀头部分灰色无信号无动作阀关
符号阀体绿色、阀头部分灰色输出开阀信号阀门动作不到位阀动作中
符号阀体绿色、阀头部分绿色输出开阀信号阀门动作到位阀开
符号部分闪烁状态输出开阀信号
阀门故障或阀检
故障
故障
（5）报警画面
报警画面窗口将显示过程报警信息及顺控过程中的提示信息。
信息显示当前所有正
在进行的过程参数报警和系统硬件故障报警，并按报警的时间顺序从最信发生的报警开
始列表，报警优先级和状态用不同的颜色来区别，未经确认的报警处于闪烁状态。
文本
及颜色将提示通知操作员问题及事件发生。
当发生报警时，画面上方会提示“报警信息”，同时触发音响报警器，此时需要进
入报警画面进行处理。
报警一览表会显示发生的报警。
主要操作按钮：
报警消除---消除报警音响鸣音；
报警试验----确认音响报警器工作正常。
报警确认---在报警一览表中选择需要确认的报警，再点击表格上的“确认”
按钮。
（6）分组趋势画面
可以根据不同类型查看温度、压力、液位、流量、分析等重要工艺参数的历史趋势
及参数记录。
（7）报表功能
DCS按照预先定义的格式打印报表，报表数据的收集和打印时按照用户定义的时间
间隔自动进行，报表打印通常采用时间驱动方式或操作员命令方式，报表软件将自动产
生所有的标题和表头。
（8）安全管理
操作站上对重要的操作按钮和工艺参数的修改均设置了操作密码。
需要登录才能操
作。
如果没有登录就进行操作系统会相应提示无法操作。
第二节调节系统功能说明
本装置设有四套自动调节系统，分别用于液位自动调节及吸附塔吸附压力自动调
节。
第三节流量控制功能说明
本装置的流量控制，其主要功能说明见表2—1。
表2—1流量控制功能说明
序号位号控制流量名称功能说明
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1HV201终充气流量控制利用产品通过终充流量阀HV201，对吸附塔进行
充压。
调整阀HV201的开度，使在最终升压步骤
结束时，被充压的吸附塔刚好达到规定的吸附
压力，这样不仅保持吸附压力稳定，而且降低
了原料处理量和产品输出的波动。
该阀门开启
条件受顺控程序控制。
第四节控制仪表
本装置的流量计显示、控制系统及压力调节系统，安装。
表2—2。
表2—2主要仪表一览表
序号仪表位号系统名称测量范围
1KC-201程序控制系统
2PG-252a～f吸附塔压力指示0～1.6Mpa
3
PG-253/
PG-254
转化气进气压力自动调节0～1.6Mpa
4PIC-201吸附压力自动调节、报警0～1.6Mpa
5FI-201产品氢气流量瞬时计量系统0～1200Nm3/h
第五节现场工艺参数检测点
现场工艺参数检测点列于表2—3。
压力指示采用弹簧式压力表，分析点装有手动阀
门，需要时可取样分析。
表2—3现场主要检测点一览表
序号仪表位号检测点名称安装地点测量范围
1PG-251转化气压力指示PG201-0.1～1.6Mpa
2PG-252a～f吸附塔工作压力指示PG204a～f-0.1～1.6Mpa
3PG-254产品氢气压力指示H2020～1.6Mpa
4A-251转化气入PSA成分分析PG201
5AT-201产品气在线成分分析H201
第三章开车
装置启动分为初次开车和正常开车。
初次开车前应做好一系列准备工作，而正常开
车时只要按规定某些阀及控制点设定好后即可启动。
第一节初次开车前的准备工作
在PSA装置安装完毕、完成了整个装置的吹除和气密性试验后、吸附塔装填了吸
剂，应对自控系统进行严格的检查及调试以保证整个装置可随时投入运行。
但在通入原
料气前还必须用干燥、无油的氮气对整个装置的设备和管道进行置换，使含氧量降到
0.5%（体积）以下，因为本装置的原料、产品以及解析气均含有大量氢，尤其是产品氢，
如果不预先将装置内的氧置换掉，那么在开车初期容易形成爆炸混合物而引起爆炸燃
烧。
以上工作完毕后，应将全部阀门处于关闭状态。
一、空投试车
自控系统检查无误后进行以下步骤：
（1）确认PSA程序控制系统处于停止工作状态。
（2）开启仪表气源，检查仪表风压力正常。
（3）PSA程序控制置于“停止”状态，手动开、关各程控阀，确认程控阀动作正常。
为防止电源过载，最多只能同时开启十只。
检查完后，并将PSA程序控制置于“运行”
状态。
PSA开始空负荷运行。
检查确认程控系统工作正常。
二、用氮气进行装置全流程置换
置换的方法可按正常运行步骤进行，即以氮气为原料通过装置，到产品出口及解析
气出口氧含量小于0.5%为止。
置换过程中系统所有模拟控制均为手动控制。
置换分阶段进行，先进行吸附塔的置换，再进行缓冲罐及管道的置换。
进行吸附塔
置换时，可逐塔进行置换，当一个吸附塔出口气体中氧含量小于0.5%后，即可进行另一
个吸附塔的置换，吸附塔置换完毕，便可进行其它罐及管道的置换。
对于界区交接处，
应在上述置换过程开始前关闭去用户有关系统的阀门，并卸下连结与用户有关系统的法
兰。
对交接处管道同样用氮气置换，使该管道的氧含量降至0.5%以下为止，置换完毕后
再装好连结法兰。
整个装置置换完毕后，关闭所有工艺阀门。
第二节投料启动
在经过整个装置的工艺、仪表检查并确定氮气置换合格后，装置已处于随时可以
投料运行状态。
一、阀门的设定
1．阀门开启度设定
全开所有压力表阀,但应注意逐步开启,以防压力表损坏；
2．流量控制阀的设定（见表3-1）
表3-1调节阀和流量控制阀的设定
操纵阀门代号控制方法设定值
HV-202手动适当开度
3．检查仪表空气输入压力，开启所有使用仪表空气源的阀门。
二、PSA时间段设定
通过监控计算机设定PSA各个时间段.顺放时间按正常运行的操作参数的1/3-1/4设
定，其余时间设定按正常操作设定。
然后将PSA控制程序投入自动运行.
三、启动
1.渐开进气阀，将原料气流量控制在每一吸附周期使吸附塔压力升高0.2Mpa左右
的速度。
2.当吸附压力升到0.7Mpa时,延长30秒顺放时间.
3.此后每当吸附塔压力上升0.1Mpa，便延长30秒顺放时间。
4.当吸附塔的吸附压力升到1.0Mpa时，可将原料气流量逐步增加满负荷，同时将
最终升压终止时压力调整到比吸附压力低0.01～0.05Mpa，将顺放压差调整在0.3～0.4
Mpa。
5.通知后续工段准备接受纯H2产品。
四、正常运行调节
1、变压吸附系统主要操作参数（见表3—2）
表3—2变压吸附系统各步骤压力及时间分配
序号步骤压力（Kg/cm2）时间（s）
1吸附（A）1.20
2一均降（E1D）1.2→0.90
3二均降（E2D）0.90→0.61
4顺放（PP）0.61→0.45
5三均降（E3D）（V）0.45→0.31
6逆放（D）0.31→0.02
7冲洗（P）0.02
8三均升（E3R）0.02→0.31
9二均升（E2R）0.31→61
10一均升（E1R）0.61→0.90
11最终升压（FR）0.90→1.20
说明：
上列数值根据用户实际情况可作适当调整。
2、运行检查项目和调整
为了获得良好的运行性能，在运行期间要检查和调整下列项目：
·吸附压力
吸附压力是决定装置能力的主要参数，在本装置设计弹性范围内，提高吸附压力，
装置能力增大。
通过吸附压力自动调节系统（PIV-201）在允许范围内尽量保持较高的
吸附压力。
·均压时间
由于存在阻力、吸附-解吸速度等多种因素，两个吸附塔均压时要达到压力完全平
衡，需要花费很长时间。
为此规定进行均压（一均或二均）的两个吸附塔，其压差小于
0.05Mpa，即为完成均压过程。
一个吸附塔进行一均步骤时，另外有一吸附塔正在进行
逆放步骤。
因此，设定一均时间时，还应考虑完成步骤所需的时间。
·顺放时间和顺放流量
一个吸附塔进行吸附步骤的时间主要______________由顺放时间确定。
增加原料处理量或提高产品质量应当缩短顺放时间；反之，则可增加顺放时间。
然而，在改变顺放时间的同时应调
节顺放流量阀的开度，使顺放步骤结束时，吸附塔压力达到规定范围。
·逆放步骤与冲洗压力
逆放时，阀门的开启度应保证在规定时间使吸附塔压力与解析气排放系统压力相平衡。
冲洗步骤应当在过程的最低压力下进行，此压力越低，对吸附剂解吸杂质越有利。
为此，程控阀的开启时间的设定除保持逆放后期气体较稳定排出外，还应使逆放刚结束
时刻和整个冲洗阶段保持在最低压力。
·终充流量
吸附塔在再次进行吸附步骤之前，利用产品通过终充流量控制阀，对吸附塔进行充
压。
调整阀的开度，使在最终升压步骤结束时，被充压的吸附塔刚好达到规定的吸附压
力，这样不仅保持吸附压力稳定，而且降低了原料处理量和产品输出的波动。
·产品纯度
一个吸附塔具有固定的负载杂质的能力，在一个吸附-再生循环里能提纯一定数量的原料气。
循环时间过长或原料气流量过大，产品纯度下降；循环时间过短，产品纯度很高，床层未充分利用而引起产品组分的损失增大。
本装置通过调整循环时间的方法可生产出不同纯度的产品，其纯度控制范围通常在99.9～99.99%之间。
纯度越高，产品组分回收率相应降低，所以操作中不必单纯追求产品的纯度，而要根据实际需要出发，选择适当的氢纯度以获得较高的效益。
第四章停车和停车后再启动
第一节正常停车
正常停车是有计划的停车，停车前通知本装置前后有关工序，然后按下述步骤实施
正常停车：
1、关装置界区原料气入口阀；
2、关装置界区产品出口阀；
3、顺放时间设定值随着吸附压力下降逐渐减小，使各吸附器压力逐渐降至0.2MPa左右（各塔均能保持在正压状态）。
4、PSA程序控制置于“停止”状态，PSA停止运行。
5、停仪表电源。
6、关装置界区解析气输出阀。
第二节紧急停车
当突然停电、停水或装置出现故障时，则需要紧急停车，其步骤如下：
1、PSA程序停止，所有程控阀关闭（如遇突然停电，所有程控阀自动关闭）；
2、迅速关闭总进气阀和产品气出口阀；
3、根据现场具体情况，参照正常停车步骤处理。
4、与转化系统配合，做好系统的压力的控制。
第三节临时停车
因故不超过1小时的停车为临时停车，其操作步骤为：
1、关闭进气总阀；
2、按停止键，使PSA程序运行停止；
3、关闭产品气出口阀。
第四节长期停车
1、同正常停车1、2；
2、顺放时间设定值随着吸附压力下降逐渐减小，使各吸附塔压力至零为止；
3、开启装置内置换用氮入气口阀；
4、分别开启KV201a、KV201b、KV201c、KV201d、KV201e、KV201f将所有吸附塔充
氮并保持压力在0.1Mpa；
5、同正常停车4、5、6。
第五节停车后再启动
一、正常停车后再启动。
按第三章方法执行。
二、紧急停车后再启动
紧急停车和临时停车后吸附塔内都保持着停车之前的工作步骤和相应的压力，这
种工况下的启动，按如下步骤进行：
1、DCS控制系统自动记忆停车时的状态，再开车时首先检查各吸附器压力状态与程序步骤是否一致。
如一致如果各吸附塔压力状态不能确定属于某一程序步骤，那么应通过控制器内手动钮
子开关，驱动有关程控阀，对吸附塔卸压，使各吸附塔之间的压力状态处于规定的某一步骤，并使控制器所执行的步骤与之同步，再按下暂停键。
2、逐渐开启进气阀，原料气进入装置，装置投入运行。
三、临时停车后再启动
按本章第五节二的1、2条执行
四、长期停车后再启动
长期停车后再启动应按第三章的第一、二节进行，启动前整个装置是否需要氮气置
换应视具体情况而定。
第五章故障与处理方法
发生故障是指界外条件供给失常或系统本身在运转过程中操作失调或某一部分失灵，引起产品纯度下降。
但在故障原因没有确定之前，装置不需停运，可继续观察，此
时不合格氢气排放至放空管网，待故障判明后决定停运或继续运行，如系统出现重大问题，则应紧急停车。
通常发生的故障如下：
一、界外条件供给失常
1、原料气带水
由于转化工段的净化系统液位失控或
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