氫氣純化裝置控制系統(tǒng)課件

純化、干燥裝置控制原理

及故障處理E_mail：純化、干燥裝置控制原理

及故障處理1第一章概述一、裝置簡(jiǎn)介氫氣純化干燥裝置是凈化氫氣的設(shè)備,能將氫氣中的氧氣和水份去除掉,滿足對(duì)氫氣含氧量和含濕量有一定要求的用戶。氫氣純化設(shè)備框架內(nèi)安裝有脫氧器、干燥器、氣水分離器、過(guò)濾器、冷卻器、集水器等容器、閥門(mén),以及檢測(cè)控制儀表。如用戶對(duì)氫氣含氧量無(wú)過(guò)高要求，可僅訂購(gòu)干燥裝置。二、干燥部分的分類依據(jù)干燥塔的數(shù)量可分為：●兩塔流程（主要應(yīng)用于對(duì)氫氣露點(diǎn)要求不高的用戶）●三塔流程（氫氣露點(diǎn)<-60℃）第一章概述一、裝置簡(jiǎn)介2脫氧器的結(jié)構(gòu)內(nèi)筒：電加熱元件外筒：脫氧催化劑、2個(gè)鉑電阻測(cè)溫元件保溫層催化脫氧脫氧催化劑可催化氫氣與氧氣發(fā)生化合反應(yīng)生成水，以達(dá)到脫氧的目的。原料氫氣從a口進(jìn)入，經(jīng)電加熱元件加熱后進(jìn)入催化劑床層，氫氣和氧氣在催化劑的作用下發(fā)生化合反應(yīng)生成水，水以氣態(tài)的形式隨氫氣從b口流出脫氧器。ab脫氧器脫氧器的結(jié)構(gòu)ab脫氧器3脫氧器再生溫度控制

在催化劑床層的上部和下部各裝有一個(gè)鉑電阻。分別用來(lái)檢測(cè)催化劑床層上部和下部的溫度。下部鉑電阻檢測(cè)溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，會(huì)暫停電加熱元件，待溫度低于設(shè)定溫度后，會(huì)再次啟動(dòng)電加熱元件。上部鉑電阻檢測(cè)溫度達(dá)到設(shè)定溫度（聯(lián)鎖）時(shí)，會(huì)停止電加熱元件，再次啟動(dòng)電加熱元件則需要操作人員的手動(dòng)操作。ab脫氧器脫氧器再生溫度控制ab脫氧器4干燥器的結(jié)構(gòu)內(nèi)筒：電加熱元件外筒：分子篩、2個(gè)鉑電阻測(cè)溫元件保溫層干燥過(guò)程

利用吸附劑在常溫（或低溫）下吸附氣體中的水分，當(dāng)吸附劑吸附的水分接近飽和時(shí)，采用升高溫度的方法使水分從吸附劑中解吸出來(lái)（再生）。從而達(dá)到循環(huán)工作的目的。需要被干燥的氣體從b口進(jìn)入干燥器，流經(jīng)吸附劑床層，氣體中的水分被吸附劑吸附，干燥后的氣體從a口流出干燥器。干燥過(guò)程電加熱元件不工作。再生過(guò)程氣體流向相反，加熱器工作。ab干燥器干燥器的結(jié)構(gòu)ab干燥器5ab吸附劑的再生當(dāng)吸附劑吸附飽和時(shí)，需要進(jìn)行再生處理，再生氣流從a口進(jìn)入干燥器，經(jīng)電加熱元件加溫后流經(jīng)吸附劑床層，吸附劑被加熱后逐漸升溫。再生時(shí)，下部鉑電阻（溫控）用來(lái)控制再生氣體溫度，當(dāng)檢測(cè)值超過(guò)設(shè)定值時(shí)，暫停電加熱元件，避免再生氣流超溫。當(dāng)檢測(cè)值低于設(shè)定值后，再次啟動(dòng)電加熱元件。當(dāng)上部鉑電阻（聯(lián)鎖）的檢測(cè)值達(dá)到設(shè)定值后，則停止加熱，吸附劑的再生結(jié)束。干燥器ab吸附劑的再生干燥器6第二章純化裝置流程簡(jiǎn)介氫氣純化裝置采用催化脫氧、吸附干燥的方法提純氫氣。裝置根據(jù)干燥器的數(shù)量可分為兩塔流程和三塔流程。兩塔流程采用原料氫氣作為再生氣，三塔流程是目前應(yīng)用最多的一種流程，由于采用了三臺(tái)干燥器，使用產(chǎn)品氫氣作為再生氣，再生效果好，產(chǎn)品氫氣的露點(diǎn)可達(dá)到-70℃以下。第二章純化裝置流程簡(jiǎn)介氫氣純化裝置采用催化脫氧、吸附干燥7兩塔流程干燥部分的工作狀態(tài)分為四種：A再生B工作、B工作、B再生A工作、A工作。整個(gè)干燥部分的工作狀態(tài)按一定周期循環(huán)往復(fù)執(zhí)行，其工作周期為48h，其中：A再生B工作及B工作的時(shí)間為24h，A工作B再生及A工作的時(shí)間為24h。兩塔流程干燥部分的工作狀態(tài)分為四種：A再生B工作、B工作、8A再生B工作兩塔流程A再生B工作兩塔流程9B工作兩塔流程B工作兩塔流程10B再生A工作兩塔流程B再生A工作兩塔流程11A工作兩塔流程A工作兩塔流程12三塔流程該裝置采用產(chǎn)品氫氣對(duì)吸附飽和的干燥器進(jìn)行再生。三臺(tái)干燥器交替工作、再生、吸附，以實(shí)現(xiàn)整套裝置工作的連續(xù)性。一個(gè)切換周期中，干燥器共經(jīng)歷3個(gè)狀態(tài)：Z1狀態(tài)：A工作B再生C吸附；Z2狀態(tài)：B工作C再生A吸附；Z3狀態(tài)：C工作A再生B吸附。整個(gè)干燥部分的工作狀態(tài)按一定周期循環(huán)往復(fù)執(zhí)行，其工作周期一般為24h，即每個(gè)狀態(tài)各為8h。三塔流程該裝置采用產(chǎn)品氫氣對(duì)吸附飽和的干燥器進(jìn)行再生。三臺(tái)干13

三塔流程Z1狀態(tài)：A工作B再生C吸附 三塔流程Z1狀態(tài)：A工作B再生14

三塔流程Z2狀態(tài)：B工作C再生A吸附 三塔流程Z2狀態(tài)：B工作C再生15

三塔流程Z3狀態(tài)：C工作A再生B吸附 三塔流程Z3狀態(tài)：C工作A再生16第三章純化裝置控制系統(tǒng)溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)純化狀態(tài)控制和排水控制第三章純化裝置控制系統(tǒng)溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)17純化裝置簡(jiǎn)易流程純化裝置簡(jiǎn)易流程18PLC控制純化設(shè)備再生溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)PLC控制純化設(shè)備再生溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)19三塔流程控制溫度參數(shù)溫度范圍常用設(shè)定值脫氧上部溫度(聯(lián)鎖)180℃~220℃180℃脫氧下部溫度(溫控)120℃~160℃130℃干燥上部溫度(聯(lián)鎖)170℃~230℃180℃干燥下部溫度(溫控)220℃~280℃240℃三塔流程控制溫度參數(shù)溫度范圍常用設(shè)定值脫氧上部溫20CNDQ-5~10兩塔流程控制溫度參數(shù)溫度范圍常用設(shè)定值脫氧上部溫度(聯(lián)鎖)120℃~160℃120℃脫氧下部溫度(溫控)80℃~150℃85℃干燥上部溫度(聯(lián)鎖)170℃~250℃180℃干燥下部溫度(溫控)210℃~280℃220℃CNDQ-5~10兩塔流程控制溫度參數(shù)溫度范圍常21一、自力式穩(wěn)壓閥（閥前穩(wěn)壓）適用于氣流量較穩(wěn)定的工藝流程，目前使用居多。二、壓力變送器+氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥以上兩種方式均有使用無(wú)具體壓力控制，利用后續(xù)氫氣儲(chǔ)罐壓力緩沖控制，多適用于電廠。PLC控制純化設(shè)備壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)一、自力式穩(wěn)壓閥（閥前穩(wěn)壓）PLC控制純化設(shè)備壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)22一、純化裝置的狀態(tài)控制通過(guò)氣動(dòng)三通球閥的轉(zhuǎn)向來(lái)實(shí)現(xiàn)。二、純化裝置的排水通過(guò)控制氣水分離器下部的氣動(dòng)直通球閥的開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。三、PLC通過(guò)電磁閥將電信號(hào)轉(zhuǎn)變成壓縮空氣的有無(wú)來(lái)驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)球閥的轉(zhuǎn)向，從而控制工藝流程方向和通斷來(lái)實(shí)現(xiàn)狀態(tài)切換控制和排水控制。四、PLC狀態(tài)的切換和排水順序由程序內(nèi)部的定時(shí)器來(lái)實(shí)現(xiàn)定時(shí)切換。狀態(tài)可實(shí)現(xiàn)保持功能。PLC控制純化設(shè)備狀態(tài)和排水一、純化裝置的狀態(tài)控制通過(guò)氣動(dòng)三通球閥的轉(zhuǎn)向來(lái)實(shí)現(xiàn)。PLC控23PLC控制純化設(shè)備狀態(tài)和排水PLC控制純化設(shè)備狀態(tài)和排水24常見(jiàn)故障及排除方法序號(hào)故障現(xiàn)象原因排除方法1產(chǎn)品氫氣含氧量超標(biāo)取樣管道吹除不徹底或分析儀故障脫氧器工作溫度低；催化劑性能下降。徹底吹除取樣管道或檢修分析儀提高脫氧器控制溫度、聯(lián)鎖溫度設(shè)定值；更換催化劑。2產(chǎn)品氫氣露點(diǎn)達(dá)不到要求取樣管道吹除不徹底或分析儀故障干燥劑再生不徹底；系統(tǒng)工作壓力偏低或工作周期過(guò)長(zhǎng)閥門(mén)開(kāi)關(guān)不正常或者出現(xiàn)內(nèi)漏；干燥劑性能降低。徹底吹除取樣管道或檢修分析儀提高干燥器控制溫度、聯(lián)鎖溫度設(shè)定值；調(diào)整再生氣量或檢查電加熱元件是否工作正常檢查系統(tǒng)壓力,確保壓力控制正常；縮短工作周期檢查、維修或更換閥門(mén)；更換新的干燥劑。3加熱溫度達(dá)不到要求測(cè)溫元件或控制元件失靈。再生氣量不合適電加熱元件損壞；檢查、維修或更換測(cè)溫元件、控制元件。調(diào)整再生氣量更換新的電加熱元件；常見(jiàn)故障及排除方法序號(hào)故障現(xiàn)象原因排除方法1產(chǎn)品氫氣含氧量超25第四章純化裝置常用分析儀器一、微量氧分析儀二、露點(diǎn)儀第四章純化裝置常用分析儀器一、微量氧分析儀26EC-91氧分析儀英國(guó)SYSTECH公司生產(chǎn)。檢測(cè)器為電化學(xué)式（燃料電池）防爆等級(jí)：EExiaIICT4接線方式：四線制

EC-91氧分析儀英國(guó)SYSTECH公司生產(chǎn)。27EC-91變送器外形及端子示意專用鑰匙測(cè)量范圍選擇開(kāi)關(guān)零點(diǎn)量程調(diào)節(jié)電位器

選擇開(kāi)關(guān)及對(duì)應(yīng)測(cè)量范圍如下：1檔：0-100%2檔：0-20%3檔：0-2%4檔：0-2000ppm5檔：0-100ppm6檔：0-10ppm在用于微量氧分析時(shí)，使用6檔。EC-91變送器外形及端子示意專用鑰匙測(cè)量范圍選擇開(kāi)關(guān)零點(diǎn)量28EC-91氧分析儀接線采用原配安全柵的接線EC-91氧分析儀接線采用原配安全柵的接線29EC-91氧分析儀接線采用國(guó)產(chǎn)安全柵的接線EC-91氧分析儀接線采用國(guó)產(chǎn)安全柵的接線30EC-91氧分析儀操作維護(hù)中應(yīng)注意的問(wèn)題取樣氣體壓力不能超過(guò)1bar（0.1MPa）取樣氣體的流量應(yīng)處于100cc/min-5L/min范圍內(nèi)。采用安全柵時(shí)使用DC24V（最高不能超過(guò)27.6V）供電，此時(shí)變送器側(cè)的電壓為12.5V（最低不能低于8.8V）燃料電池檢測(cè)器中的電解液會(huì)隨儀器的使用而逐步消耗，故如儀器長(zhǎng)期不用時(shí)，應(yīng)將儀器的進(jìn)出口封死或進(jìn)行氮封（所使用的氮?dú)獗仨毑捎酶呒兊?，檢測(cè)器的保修期為6個(gè)月。3或6個(gè)月校驗(yàn)一次，更換檢測(cè)器必須校準(zhǔn)。EC-91氧分析儀操作維護(hù)中應(yīng)注意的問(wèn)題取樣氣體壓力不能超31GPR-15(GPR-1500)氧分析儀美國(guó)ADV公司生產(chǎn)。檢測(cè)器為電化學(xué)式（燃料電池）防爆等級(jí)：Class1,Division1groupA-D接線方式：二線制檢測(cè)范圍0~100ppm（范圍1）0~10ppm（范圍2）量程自動(dòng)切換GPR-15(GPR-1500)氧分析儀美國(guó)ADV公司生產(chǎn)。32O2X1氧分析儀美國(guó)Panametrics公司生產(chǎn)檢測(cè)器為電化學(xué)式（燃料電池）防爆等級(jí)：EExiaIICT4接線方式：二線制常用量程：0-10ppm目前主流配置燃料電池型號(hào)OX-1ppmO2X1氧分析儀美國(guó)Panametrics公司生產(chǎn)33O2X1的校驗(yàn)取樣氣體壓力為常壓取樣氣體的流量為500cc/min。儀器的校驗(yàn)周期3-5個(gè)月

。高含量氧和污染（如:酸性氣體）會(huì)大大縮短檢測(cè)器的壽命。本儀器有六種測(cè)量范圍的檢測(cè)器可供選擇：0-10ppm0-100ppm0-1000ppm0-10000ppm(0-1%)0-10%0-25%微量氧分析儀使用量程0-10ppm零點(diǎn)校驗(yàn)：該儀器零點(diǎn)無(wú)需校驗(yàn)定期進(jìn)行量程校驗(yàn)：7.5ppm氫中氧O2X1的校驗(yàn)取樣氣體壓力為常壓34O2X1

更換燃料電池（1）傳感器（燃料電池）的安裝持續(xù)通入非危險(xiǎn)性的低氧含量氣體（如：高純氮?dú)猓┐祾呷酉到y(tǒng)，直到完成傳感器的安裝。流量為500cc/min，壓力為大氣壓。使用直流電流表串在供電回路中，以測(cè)量輸出電流。調(diào)整4-20mA模擬輸出，將量程范圍設(shè)置在0-25%打開(kāi)密封盒，取出氧傳感器，除去紅色貼片，金層電極對(duì)準(zhǔn)變送器的底座上的接觸管腳，將傳感器緊壓在變送器上。（2）空氣校準(zhǔn)：對(duì)于微量氧分析儀不推薦進(jìn)行空氣校準(zhǔn)。O2X1

更換燃料電池（1）傳感器（燃料電池）的安裝35O2X1

更換燃料電池（3）量程校準(zhǔn)：選擇量程0-10ppm。調(diào)整低端（4mA）和高端（20mA）輸出。通入量程氣，待讀數(shù)穩(wěn)定后，檢查輸出電流數(shù)值。通過(guò)相應(yīng)按鍵增加或減少輸出。存儲(chǔ)設(shè)定。注：正常使用時(shí)，僅使用標(biāo)氣進(jìn)行第3部的量程校準(zhǔn)。O2X1

更換燃料電池（3）量程校準(zhǔn)：36O2X1量程氣量程氣的氧含量應(yīng)該是需要校準(zhǔn)的量程范圍的70-90%。例如：如果量程氣的7.5ppm，需要校準(zhǔn)的量程范圍是0-10ppm，那么校驗(yàn)時(shí)模擬輸出為4+16×（7.5/10）=16.0mAO2X1量程氣量程氣的氧含量應(yīng)該是需要校準(zhǔn)的量程范圍的70-37分析儀表的維護(hù)分析儀應(yīng)定期進(jìn)行校驗(yàn)，不同種類的分析儀應(yīng)按其說(shuō)明書(shū)規(guī)定的期限進(jìn)行校驗(yàn)以保證儀器的準(zhǔn)確可靠。對(duì)于電化學(xué)式分析儀，其檢測(cè)器內(nèi)的電解液會(huì)隨使用時(shí)間逐步消耗，故應(yīng)按其說(shuō)明書(shū)規(guī)定的期限更換檢測(cè)器。定期對(duì)取樣系統(tǒng)進(jìn)行檢漏，以保證儀器的可靠運(yùn)行分析儀不能超壓使用分析儀表的維護(hù)分析儀應(yīng)定期進(jìn)行校驗(yàn)，不同種類的分析儀應(yīng)按其說(shuō)38燃料電池型分析儀維護(hù)中應(yīng)注意的問(wèn)題取樣氣體壓力不能超過(guò)1bar（0.1MPa）取樣氣體的流量應(yīng)處于合適的范圍內(nèi)。燃料電池檢測(cè)器中的電解液會(huì)隨儀器的使用而逐步消耗，故如儀器長(zhǎng)期不用時(shí)，應(yīng)將儀器的進(jìn)出口封死或進(jìn)行氮封（所使用的氮?dú)獗仨毑捎酶呒兊?，檢測(cè)器的保修期為6個(gè)月。推薦3或6個(gè)月校驗(yàn)一次，更換檢測(cè)器必須校準(zhǔn)。微量氧分析儀只能提供氣體純度發(fā)展的趨勢(shì)，不可能做到絕對(duì)準(zhǔn)確。燃料電池型分析儀維護(hù)中應(yīng)注意的問(wèn)題取樣氣體壓力不能超過(guò)1ba39ADHT-Ex露點(diǎn)儀英國(guó)alpha公司生產(chǎn)。檢測(cè)器測(cè)量范圍：-80~+20℃防爆等級(jí)：EExiaIICT6接線方式：三線制ADHT-Ex露點(diǎn)儀英國(guó)alpha公司生產(chǎn)。40ADHT-Ex露點(diǎn)儀操作維護(hù)中應(yīng)注意的問(wèn)題取樣氣體的流量為2-3L/min。在取樣時(shí)樣氣須由取樣架上部進(jìn)，下部出。檢測(cè)器不能暴露于腐蝕性氣體中。儀器質(zhì)保期為二年。露點(diǎn)儀在現(xiàn)場(chǎng)通常無(wú)條件進(jìn)行校驗(yàn)，需返廠或相應(yīng)部門(mén)進(jìn)行。缺點(diǎn)：易受干擾