制氫工藝裝置方案

制氫工藝裝置方案一、概述1．裝置組成本裝置由造氣和中變氣PSA兩個(gè)部分組成。2．裝置規(guī)模根據(jù)全廠總流程安排，確定新建制氫裝置的公稱規(guī)模為1×104Nm3/h工業(yè)氫。裝置年操作時(shí)數(shù)8000小時(shí)。3．工藝技術(shù)路線造氣單元的工藝技術(shù)方案采用輕烴蒸汽轉(zhuǎn)化技術(shù)；中變氣PSA單元工藝方案采用變壓吸附（PSA）凈化技術(shù)。造氣單元主要包括：原料氣壓縮、脫硫、蒸汽轉(zhuǎn)化和一氧化碳變換等。二、原料及產(chǎn)品1．原料（1）本裝置原料為焦化干氣進(jìn)裝置溫度：40℃進(jìn)裝置壓力：0.6MPa(G)。2．產(chǎn)品方案（1）產(chǎn)品-工業(yè)氫規(guī)格出裝置溫度：40℃出裝置壓力：2.0MPa(G)序號(hào)組分名稱mol%備注1H299.902CH40.053N20.054CO+CO2<20ppm合計(jì)100三、工藝技術(shù)方案1．國內(nèi)外技術(shù)狀況和技術(shù)特點(diǎn)隨著合成氨、甲醇等合成氣工業(yè)的飛速發(fā)展，輕油蒸汽轉(zhuǎn)化制氫技術(shù)有了長足的進(jìn)步。在半個(gè)多世紀(jì)的工業(yè)實(shí)踐中，ICI、凱洛格、赫爾蒂、KTI、托普索等公司在轉(zhuǎn)化爐型、催化劑性能、能量回收、凈化方法等方面均有重大改進(jìn)，使輕油蒸汽轉(zhuǎn)化技術(shù)日臻成熟，可靠性、靈活性有了很大提高。目前由于越來越嚴(yán)格的環(huán)境保護(hù)要求，各種發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的質(zhì)量越來越高，煉油廠中氫氣的需要不斷增加，極大地剌激了制氫工藝的迅猛發(fā)展。以KTI、托普索為代表的輕烴蒸汽轉(zhuǎn)化制氫技術(shù)公司，在充分吸收、借鑒現(xiàn)代合成氣生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，利用其制氫的優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件，力求開發(fā)出適合當(dāng)代要求的輕烴制氫技術(shù)。最新的進(jìn)展包括：（a）低水碳比、高轉(zhuǎn)化溫度，以降低原料和燃料消耗；(b)預(yù)轉(zhuǎn)化工藝和后轉(zhuǎn)化工藝（一種列管式的轉(zhuǎn)化反應(yīng)器）與常規(guī)轉(zhuǎn)化爐的優(yōu)化組合應(yīng)用，以降低轉(zhuǎn)化爐的燃料消耗；(c)應(yīng)用現(xiàn)代節(jié)能技術(shù)，優(yōu)化余熱回收方案，以進(jìn)一步降低裝置能耗。國內(nèi)輕烴蒸汽轉(zhuǎn)化制氫技術(shù)自六十年代第一套2×104Nm3/h油田氣制氫裝置一次投產(chǎn)成功以來，取得了可喜的進(jìn)展。七十年代至八十年代中期，國內(nèi)陸續(xù)建成了荊門、茂名、鎮(zhèn)海等大型制氫裝置，其生產(chǎn)規(guī)模均為單系列2×104Nm3/h工業(yè)氫，凈化技術(shù)為化學(xué)凈化法（即熱鉀堿法脫CO2及甲烷化去除微量CO、CO2）。進(jìn)入八十年以后，隨著變壓吸附（PSA）技術(shù)的進(jìn)展，PSA技術(shù)的可靠性和氫回收率有了較大提高，八十年代后期至九十年代，我國又先后在齊魯石化公司、遼陽化纖公司、大連西太平洋等興建了幾套大型制氫裝置，其凈化工藝均為PSA凈化法。隨著自動(dòng)化程度大大提高，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，與化學(xué)凈化法相比，PSA工藝最大的特點(diǎn)在于：(a)簡化了制氫裝置的流程，提高了氫氣純度；(b)降低了裝置能耗，提高了裝置長周期運(yùn)轉(zhuǎn)及供氫的可靠性；(c)相對(duì)減少了操作及維護(hù)人員，管理更加方便；(d)三廢排放量大幅度減少，設(shè)備沒有腐蝕性介質(zhì)的威脅。由于PSA氫回收率的提高（可達(dá)90%），以及國產(chǎn)PSA的投資低的優(yōu)勢(shì)，使得PSA凈化法制氫裝置在新建制氫裝置中所占的比重一直呈上升趨勢(shì)。PSA技術(shù)產(chǎn)氫純度高達(dá)99.99%，也可降低下游裝置操作壓力和工程投資。三十年來的工業(yè)實(shí)踐表明，國內(nèi)自行設(shè)計(jì)施工的制氫裝置工藝可靠，開車方便，原料、燃料單耗和主要性能能量指標(biāo)均已達(dá)到國際先進(jìn)水平。在催化劑方面，齊魯石化公司研究院研制成功的轉(zhuǎn)化催化劑已在許多工業(yè)裝置上廣泛采用，其活性、空速、強(qiáng)度、抗積碳性能等主要性能指標(biāo)，已達(dá)到國際同類催化劑的先進(jìn)水平。2．工藝方案選擇以輕烴為原料制取工業(yè)氫，國內(nèi)外均認(rèn)為蒸汽轉(zhuǎn)化法為最佳方案。大型合成氨廠以及煉油廠的制氫裝置，其造氣工藝大多為水蒸氣轉(zhuǎn)化法。該工藝技術(shù)具有投資省、能耗低、操作可靠性、靈活性高等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)過多年的生產(chǎn)實(shí)踐，目前已積累了許多成功的工程設(shè)計(jì)及操作經(jīng)驗(yàn)。因此本報(bào)告中造氣單元推薦采用蒸汽轉(zhuǎn)化技術(shù)。國內(nèi)外蒸汽轉(zhuǎn)化制氫裝置的凈化工藝主要可分為兩種流程，即化學(xué)凈化法（常規(guī)凈化法）和變壓吸附凈化法（PSA凈化法）。兩種流程在國內(nèi)均已有成功的操作經(jīng)驗(yàn)。兩種凈化方法的選擇主要取決于原料和燃料價(jià)格及技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較結(jié)果。由于造氣單元采用價(jià)格較低而且產(chǎn)氫量高的焦化干氣為原料，因此采用PSA凈化法的氫氣成本要比采用化學(xué)凈化法的氫氣成本低。而且采用PSA凈化法制氫裝置還具有流程簡單，便于生產(chǎn)管理，產(chǎn)品氫純度高（PSA凈化法生產(chǎn)的工業(yè)氫純度大于99.99%）等特點(diǎn)，有利于減少加氫裝置的投資和消耗。因此，本報(bào)告推薦采用PSA凈化法。（1）原料選擇由于制氫裝置中的各種催化劑對(duì)原料的族組成、餾程以及雜質(zhì)含量均有特殊要求，而且制氫裝置的原料在氫氣成本中所占的比例較高，約達(dá)65～85%。因此，在選擇制氫原料時(shí)，應(yīng)充分考慮各種因素，優(yōu)先選用氫碳比大含硫低的飽和烴類原料，或者幾種氫碳比大的原料混合進(jìn)料，以減少原料耗量，降低氫氣成本。可以作為本裝置原料的烴類為焦化干氣和加氫干氣。加氫干氣由于含氫量大、氫碳比高、硫含量低、產(chǎn)氫量高，是一種非常優(yōu)良的制氫原料，但其量非常少，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足本裝置的原料需求量。焦化干氣雖然含有不飽和烴類，但其氫碳比高、組成穩(wěn)定，仍不失為一種優(yōu)秀的制氫原料。因此本報(bào)告以焦化干氣為制氫原料。（2）工藝流程特點(diǎn)A造氣單元●采用焦化干氣為裝置原料，原料產(chǎn)氫率高，原料和燃料消耗低?！駜?yōu)化裝置設(shè)計(jì)，合理選擇工藝參數(shù)，采用較高的轉(zhuǎn)化出口溫度（840℃），增加轉(zhuǎn)化深度，提高單位原料的產(chǎn)氫率，從而降低原料和燃料消耗；選用較低的水碳比（3.5），進(jìn)一步降低轉(zhuǎn)化爐的燃料消耗。●氧化鋅脫硫反應(yīng)器設(shè)置兩臺(tái)，即可串聯(lián)又可并聯(lián)，可實(shí)現(xiàn)不停工更換脫硫劑?！褚谎趸甲儞Q部分僅采用中溫變換流程，不采用低溫變換流程，以降低裝置投資，簡化制氫流程，縮短開工時(shí)間。●采用二合一的產(chǎn)汽流程（即煙道氣、轉(zhuǎn)化氣的產(chǎn)汽系統(tǒng)共享一臺(tái)汽包），簡化了余熱回收流程，降低了裝置投資?！駜?yōu)化換熱流程，合理利用余熱能位，提高有效能效率。－利用轉(zhuǎn)化爐煙道氣高溫位余熱預(yù)熱原料氣，利用煙道氣和轉(zhuǎn)化氣的高溫位余熱發(fā)生3.5MPa中壓蒸汽。所產(chǎn)蒸汽一部分作為工藝用汽，多余部分外輸至工藝蒸汽管網(wǎng)。－利用中變氣高溫位余熱預(yù)熱鍋爐給水，以增加中壓蒸汽產(chǎn)量。－利用煙道氣低溫位余熱預(yù)熱燃燒空氣，以降低轉(zhuǎn)化爐的燃料用量。－在維持合理傳熱溫差的前提下，降低排煙溫度，提高轉(zhuǎn)化爐的熱效率，以降低燃料消耗。●為提高裝置的可靠性，確保裝置長周期安全運(yùn)行，制氫裝置的催化劑選用國內(nèi)成熟可靠的催化劑。其中轉(zhuǎn)化催化劑選用國內(nèi)制氫裝置普遍采用的、齊魯石化研究院研制生產(chǎn)的水蒸汽轉(zhuǎn)化制氫催化劑?！窕厥展に?yán)淠瑴p少裝置脫鹽水用量。在變換氣冷卻過程中將產(chǎn)生大量的冷凝水，這部分冷凝水如直接排放，將會(huì)污染環(huán)境或增加污水處理場(chǎng)負(fù)擔(dān)。本設(shè)計(jì)將工藝?yán)淠航?jīng)汽提塔汽提后直接進(jìn)入除氧器，除氧后作為鍋爐給水。這樣既保護(hù)了環(huán)境，又減少了脫鹽水用量?！癫捎茫招凸茈p殼程換熱器，加深換熱深度，提高熱效率?！癫捎酶咝Х炙?，降低了設(shè)備投資。B中變氣PSA單元●PSA方案建議采用8-2-4PSA工藝，在0.03MPa（G）壓力下完成吸附劑再生，具有流程簡單、無需動(dòng)力設(shè)備、能耗低的特點(diǎn)?！癖痉桨篙^傳統(tǒng)流程多一次均壓過程，可更有效地回收產(chǎn)品氫氣，提高了產(chǎn)品氫回收率。(可達(dá)90%)●本方案由于增加了一臺(tái)順放氣緩沖罐，解決了傳統(tǒng)流程在沖洗再生過程中存在的二次污染問題，因而吸附劑再生效果更好?！褡儔何焦に囘^程采用DCS控制系統(tǒng)，具有運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，操作可靠的特點(diǎn)。并且具有事故狀態(tài)下，能自動(dòng)或手動(dòng)由八床操作切換至七床、六床、五床操作的功能,因而大大地提高了裝置的可靠性。四、主要工藝過程操作條件1．加氫反應(yīng)溫度:230～380℃反應(yīng)壓力:2.95MPa（G）氣空速：547h-12．脫氯反應(yīng)溫度:320～380℃反應(yīng)壓力:2.89MPa（G）出口氣中氯含量:≤1ppmwt穿透氯容:10kg/100kg催化劑3．脫硫反應(yīng)溫度:320～380℃反應(yīng)壓力:2.88MPa（G）入口硫含量:≤200ppm（wt）出口硫含量:≤0.5ppm（wt）飽和硫容:30kg/100kg催化劑4．轉(zhuǎn)化反應(yīng)溫度:入口480～520℃出口800～850℃反應(yīng)壓力:入口2.80MPa（G）出口2.50MPa（G）水碳比3.5(H2Omol/catom)碳空速~794h-1出口殘余甲烷≤5%V(干基)5．中變反應(yīng)溫度:入口360℃出口421℃反應(yīng)壓力:2.40MPa（G）出口CO含量≤3%V(干基)入口H2O/CO5.10(mol/mol)干基空速1210h-16．變壓吸附H2回收率≥90%出口氫純度≥99.9V%尾氣壓力≥0.05MPa（G）出口氫氣壓力2.0MPa（G）五、工藝流程簡述本裝置由造氣單元和中變氣PSA單元組成。1．造氣單元（1）進(jìn)料系統(tǒng)來自裝置外的焦化干氣進(jìn)入原料氣緩沖罐，經(jīng)原料氣壓縮機(jī)壓縮至3.2MPa(G)后進(jìn)入原料氣脫硫部分。（2）脫硫部分進(jìn)入脫硫部分的原料氣經(jīng)原料氣-中變氣換熱器或開工加熱爐（開工時(shí)用）升溫到280℃左右進(jìn)入加氫反應(yīng)器，在其中原料中的不飽和烴通過加氫轉(zhuǎn)化為飽和烴類，床層溫度升至380℃左右，此外通過加氫反應(yīng)，原料中的有機(jī)硫轉(zhuǎn)化為無機(jī)硫，然后進(jìn)入氧化鋅脫硫反應(yīng)器脫除硫化氫和氯化氫。經(jīng)過精制后的氣體總硫含量小于0.5PPm，氯化氫含量小于1PPm，進(jìn)入轉(zhuǎn)化部分。（3）轉(zhuǎn)化部分精制后的原料氣按水碳比3.5與自產(chǎn)的3.5MPa水蒸汽混合，再經(jīng)轉(zhuǎn)化爐對(duì)流段予熱至500℃，進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐輻射段。在催化劑的作用下，發(fā)生復(fù)雜的水蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)。整個(gè)反應(yīng)過程是吸熱的，所需熱量由分布在轉(zhuǎn)化爐頂部的氣體燃料燒嘴提供，出轉(zhuǎn)化爐840℃高溫轉(zhuǎn)化氣經(jīng)轉(zhuǎn)化氣蒸汽發(fā)生器換熱后，溫度降至360℃，進(jìn)入中溫變換部分。（4）變換部分來自轉(zhuǎn)化氣蒸汽發(fā)生器約360℃的轉(zhuǎn)化氣進(jìn)入中溫變換反應(yīng)器，在催化劑的作用下發(fā)生變換反應(yīng)，將變換氣中CO含量降至3％左右。中變氣經(jīng)原料氣-中變氣換熱器、中變氣蒸汽發(fā)生器、中變氣-脫氧水換熱器、中變氣-除鹽水換熱器進(jìn)行熱交換回收大部分余熱后，再經(jīng)中變氣空冷器、中變氣后冷器冷卻至40℃，并經(jīng)分水后進(jìn)入中變氣PSA單元。（5）熱回收及產(chǎn)汽系統(tǒng)來自裝置外的脫鹽水與來自酸性水氣提塔的凈化水混合并經(jīng)中變氣-除鹽水換熱器預(yù)熱后進(jìn)入除氧器。除氧水經(jīng)鍋爐給水泵升壓后，再經(jīng)中變氣-脫氧水換熱器預(yù)熱后進(jìn)入中壓汽包。鍋爐水通過自然循環(huán)的方式分別經(jīng)過轉(zhuǎn)化爐對(duì)流段的產(chǎn)汽段及轉(zhuǎn)化氣蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生中壓蒸汽。所產(chǎn)生的中壓蒸汽在轉(zhuǎn)化爐對(duì)流段蒸汽過熱段過熱至440℃離開汽包。一部分蒸汽作為工藝蒸汽使用；另一部分進(jìn)入全廠中壓蒸汽管網(wǎng)。2．中變氣PSA單元來自造氣單元壓力約2.1MPa（G）、溫度40℃中變氣進(jìn)入界區(qū)后，自塔底進(jìn)入吸附塔中正處于吸附工況的塔（始終同時(shí)有兩臺(tái)），在其中多種吸附劑的依次選擇吸附下，一次性除去氫以外的幾乎所有雜質(zhì)，獲得純度大于99.99的產(chǎn)品氫氣，經(jīng)壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)壓后送出裝置。當(dāng)吸附劑吸附飽和后,通過程控閥門切換至其它塔吸附,吸附飽和的塔則轉(zhuǎn)入再生過程。在再生過程中，吸附塔首先經(jīng)過連續(xù)四次均壓降壓過程盡量回收塔內(nèi)死空間氫氣，然后通過順放步序?qū)⑹Ｓ嗟拇蟛糠謿錃夥湃腠樂艢夤?用作以后沖洗步序的沖洗氣源)，再通過逆放和沖洗兩個(gè)步序使被吸附雜質(zhì)解吸出來。逆放解吸氣進(jìn)入解吸氣緩沖罐，沖洗解吸氣進(jìn)入解吸氣緩沖罐，然后經(jīng)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)混合后穩(wěn)定地送往造氣單元的轉(zhuǎn)化爐作為燃料氣。六、自控水平(一).工藝裝置對(duì)自動(dòng)控制的要求由于制氫裝置的操作溫度、操作壓力較高，且為臨氫反應(yīng)，危險(xiǎn)性較大，因此該裝置對(duì)自動(dòng)控制要求較高?？紤]到目前國內(nèi)外煉油廠自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，該裝置采用以微計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的集散控制系統(tǒng)(DCS)，對(duì)全裝置進(jìn)行集中管理，數(shù)據(jù)處理，相對(duì)分散控制，以增強(qiáng)系統(tǒng)的適應(yīng)性、可靠性，有利于裝置順利完成正常生產(chǎn)時(shí)的操作調(diào)優(yōu)，長周期、安全、平穩(wěn)操作。設(shè)計(jì)中選用的自控設(shè)備應(yīng)質(zhì)量可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、性能穩(wěn)定、有成熟的使用經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)支持，以滿足裝置對(duì)自動(dòng)化儀表的需要。制氫裝置的造氣單元與PSA單元共用一套DCS控制系統(tǒng)。自動(dòng)保護(hù)聯(lián)鎖功能和變壓吸附（PSA）順序控制功能也由DCS完成。從生產(chǎn)裝置的本身安全以及人身安全的角度出發(fā)，大部分儀表回路采用本安回路，變送器以智能型為主，并在裝置內(nèi)獨(dú)立設(shè)置可燃?xì)怏w監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。其中PSA單元的控制軟件采用PSA專利商提供的“切塔控制和參數(shù)優(yōu)化軟件”并由PSA專利商進(jìn)行組態(tài)。(二).生產(chǎn)過程的自控水平以及控制、檢測(cè)儀表選型原則1.生產(chǎn)過程的自控水平本裝置工藝過程技術(shù)先進(jìn)，產(chǎn)品有較高的經(jīng)濟(jì)效益，為保證裝置安全、平穩(wěn)、長周期、滿負(fù)荷和高質(zhì)量運(yùn)行，與全廠控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)水平相一致，并為裝置的先進(jìn)控制、優(yōu)化控制和信息管理建立基礎(chǔ)，本裝置采用分散控制系統(tǒng)（DCS），對(duì)全裝置工藝過程進(jìn)行集中控制、監(jiān)測(cè)、記錄和報(bào)警。DCS顯示全面、直觀、精確、控制可靠、操作方便，并為全廠實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理和生產(chǎn)管理創(chuàng)造條件。為保證裝置的安全生產(chǎn)，保護(hù)操作人員和生產(chǎn)裝置的安全，本裝置設(shè)有安全聯(lián)鎖或緊急事故處理安全儀表系統(tǒng)（SIS），該系統(tǒng)與DCS共為一套系統(tǒng)，其機(jī)柜放置在中心控制室機(jī)柜室內(nèi)，操作站放置于中心控制室操作間。本裝置與其它裝置共用一個(gè)中心控制室，有關(guān)控制系統(tǒng)及中心控制室的詳細(xì)情況見總說明部分。2.自控儀表選型原則(1).控制室儀表控制室內(nèi)采用DCS，為了便于操作、管理、資源共享、節(jié)省投資，本裝置與其余裝置采用一種DCS系統(tǒng)。本裝置DCS硬件配置如下：CRT操作站：4臺(tái)（其中1臺(tái)專用于PSA）報(bào)表及報(bào)警打印機(jī)：1臺(tái)（報(bào)表打印機(jī)與其余裝置共用）冗余的控制模件、機(jī)柜、隔離安全柵柜及相應(yīng)的設(shè)備控制回路：66個(gè)輸入輸出點(diǎn)數(shù)：412點(diǎn)其中：AI4～20mA154點(diǎn)AO4～20mA53點(diǎn)TCmV129點(diǎn)DI50點(diǎn)DO24點(diǎn)注：PSA單元控制及檢測(cè)點(diǎn)數(shù)待PSA專利商確定(2).現(xiàn)場(chǎng)儀表根據(jù)工藝條件及其要求，選用先進(jìn)、可靠并且安裝、使用方便的儀表。電動(dòng)儀表選用符合工藝場(chǎng)所防爆等級(jí)的本安型或隔爆型儀表，凡與腐蝕介質(zhì)接觸的儀表，均選用耐腐蝕材質(zhì)。本裝置的變送器和信號(hào)轉(zhuǎn)換類儀表選用本質(zhì)安全型，配用隔離式安全柵構(gòu)成本質(zhì)安全防爆系統(tǒng)；開關(guān)類儀表選用防爆等級(jí)相當(dāng)?shù)母舯蛢x表。凡工藝專利商指定的儀表則按照專利商的要求選型。a.流量儀表流量測(cè)量儀表以節(jié)流裝置為主，配以差壓變送器送入DCS，對(duì)于小流量的測(cè)量選用電遠(yuǎn)傳金屬管浮子流量計(jì)。部分氣體和蒸汽流量的測(cè)量選用氣體質(zhì)量流量計(jì)。進(jìn)出裝置的汽、氣、水均設(shè)置計(jì)量儀表并送入DCS進(jìn)行計(jì)量累積。b.液位儀表一般選用遠(yuǎn)傳式雙法蘭液位變送器或電動(dòng)導(dǎo)波雷達(dá)液位變送器。現(xiàn)場(chǎng)指示的液位計(jì)一般選用磁性翻板式液面計(jì)或石英管式彩色液位計(jì)。原則上液位開關(guān)的設(shè)置選用音叉式或浮球式開關(guān)，開關(guān)的接點(diǎn)應(yīng)為雙刀雙擲式（DPDT）。c.溫度儀表遠(yuǎn)傳至控制室的溫度檢測(cè)選用IEC標(biāo)準(zhǔn)的熱電偶，控制回路的溫度檢測(cè)選用本安型溫度變送器。現(xiàn)場(chǎng)指示的溫度儀表選用雙金屬溫度計(jì)。所有溫度檢測(cè)元件與工藝管道及設(shè)備的連接均應(yīng)為法蘭式，測(cè)溫元件應(yīng)附帶獨(dú)立拆卸的法蘭式整體鉆孔保護(hù)套管。d.壓力儀表遠(yuǎn)傳至控制室指示的壓力檢測(cè)選用電子式壓力變送器。對(duì)于工藝介質(zhì)中含有懸浮物、固體顆粒、易結(jié)晶、粘稠介質(zhì)的壓力測(cè)量選用遠(yuǎn)傳法蘭式壓力變送器，現(xiàn)場(chǎng)壓力指示應(yīng)選用法蘭式隔膜壓力表。壓力開關(guān)的選擇根據(jù)工藝要求而定，壓力開關(guān)接點(diǎn)一般應(yīng)為雙刀雙擲式（DPDT），其防爆方式一般為隔爆型。e.安全儀表裝置區(qū)內(nèi)可能泄漏有毒、有害或可燃?xì)怏w的場(chǎng)所分別設(shè)置有毒有害氣體變送器和可燃?xì)怏w變送器，在控制室內(nèi)設(shè)置獨(dú)立的可燃?xì)怏w報(bào)警系統(tǒng)。為保證各燃燒爐的安全運(yùn)行，在燃燒爐上設(shè)置了紫外火焰檢測(cè)傳感器，其接點(diǎn)信號(hào)引至DCS內(nèi)進(jìn)行報(bào)警和聯(lián)鎖停車。f.分析儀表加熱爐煙氣氧含量測(cè)量選用氧化鎬氧分析儀。g.執(zhí)行器裝置內(nèi)執(zhí)行器主要有兩類，一種是用于連續(xù)控制的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，另一種是用于兩位式控制的氣動(dòng)閥（包括兩位式氣動(dòng)球閥和兩位式氣動(dòng)控制閘閥等）。氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥一般為氣動(dòng)薄膜式執(zhí)行機(jī)構(gòu)附帶閥門定位器或電氣轉(zhuǎn)換器。自保聯(lián)鎖閥采用氣缸式O型球閥。兩位式氣動(dòng)球閥等都應(yīng)附帶電磁閥、限位開關(guān)等。h.電子式變送器本裝置變送器全部選用本安型電子式變送器，其輸出信號(hào)為二線制4~20mA.DC。根據(jù)使用場(chǎng)合不同，變送器可選為差壓式變送器、遠(yuǎn)傳式液位變送器、壓力變送器、電動(dòng)導(dǎo)波雷達(dá)式液位變送器等。變送器應(yīng)為智能型，在控制室即可對(duì)其量程進(jìn)行修改或設(shè)定。3.主要的檢測(cè)及自動(dòng)控制方案裝置中凡重要的工藝參數(shù)均集中在控制室DCS中指示、自動(dòng)控制，并對(duì)一些重要的操作參數(shù)設(shè)置越限報(bào)警，以確保裝置安全平穩(wěn)操作。一般的工藝參數(shù)在現(xiàn)場(chǎng)指示。為保證裝置生產(chǎn)安全，設(shè)有安全緊急聯(lián)鎖停車系統(tǒng)。本裝置控制回路以單參數(shù)控制為主，根據(jù)工藝過程要求也設(shè)置了串級(jí)、均勻、比值控制等復(fù)雜控制。(1)主要控制方案a.原料預(yù)熱爐設(shè)有溫度、壓力檢測(cè);出口溫度與燃料氣流量串級(jí)調(diào)節(jié)。b.反應(yīng)器設(shè)有溫度、壓力檢測(cè)。c.轉(zhuǎn)化爐設(shè)有溫度、壓力檢測(cè)、氧含量在線分析;其出口溫度與對(duì)流段溫度切換操作后再與燃料氣或脫附氣流量串級(jí)調(diào)節(jié)。d.中變氣分水罐設(shè)有液位調(diào)節(jié)。e.酸性水汽提塔設(shè)有液位調(diào)節(jié)。f.中壓汽水分離器設(shè)有壓力、液位檢測(cè);采用前饋---串級(jí)的三沖量調(diào)節(jié)。g.除氧器設(shè)有壓力、液位調(diào)節(jié)。h.轉(zhuǎn)化爐出口轉(zhuǎn)化氣采用出口溫度、輻射段溫度系統(tǒng)副燃料氣流量串級(jí)；PSA工況與主燃料氣流量切換功能控制。j.轉(zhuǎn)化爐水/碳比控制進(jìn)轉(zhuǎn)化爐蒸汽和脫硫后原料氣流量進(jìn)行水/碳比的比值控制，在正常生產(chǎn)情況下,控制好水/碳比是轉(zhuǎn)化操作的關(guān)鍵。水/碳比過高增加轉(zhuǎn)化爐的熱負(fù)荷,且浪費(fèi)蒸汽；水/碳比過低,引起催化劑積碳,使之失活，甚至造成生產(chǎn)事故。從節(jié)能與安全兩方面綜合考慮,生產(chǎn)過程穩(wěn)定時(shí),要求水/碳比操作在低限；原料氣提量時(shí)，先提蒸汽量后提原料氣量；減量時(shí),先減原料氣量后減蒸汽量。(2)主要安全聯(lián)鎖系統(tǒng)影響轉(zhuǎn)化爐正常生產(chǎn)的主要參數(shù)有：水碳比過低，爐膛壓力過高，主、次燃料氣壓力過低，預(yù)熱空氣壓力過低，中壓汽包液位過低，鼓風(fēng)機(jī)停機(jī)，引風(fēng)機(jī)停機(jī)等。上述聯(lián)鎖信號(hào)若放在自動(dòng)聯(lián)鎖位置，則其中任何一個(gè)動(dòng)作都會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)化爐自動(dòng)停爐。將進(jìn)轉(zhuǎn)化爐的工業(yè)蒸汽，脫硫原料氣，主、次燃料氣調(diào)節(jié)閥切斷，而將氮?dú)忾y打開（蒸汽閥延時(shí)半小時(shí)關(guān)閉，而后氮?dú)忾y手動(dòng)打開），則轉(zhuǎn)化爐就會(huì)安全停爐。如果不放在自動(dòng)位置，上述參數(shù)超限時(shí)預(yù)報(bào)警，不自動(dòng)聯(lián)鎖，但通過人工處理達(dá)到正常，若經(jīng)人工處理仍達(dá)不到正常，則再啟動(dòng)緊急手動(dòng)開關(guān)使轉(zhuǎn)化爐停爐。4.保證自控系統(tǒng)正常運(yùn)行的主要安全技術(shù)措施現(xiàn)場(chǎng)儀表及控制系統(tǒng)均選用先進(jìn)可靠的產(chǎn)品。裝置界區(qū)內(nèi)存有易燃、易爆氣體，界區(qū)內(nèi)所有電子式儀表均應(yīng)采取防爆措施。所有遠(yuǎn)傳電子式變送器、調(diào)節(jié)閥電氣閥門定位器、溫度變送器均采用本質(zhì)安全型。在線分析儀、質(zhì)量流量計(jì)及部分現(xiàn)場(chǎng)壓力、液位（料位）開關(guān)可選擇隔爆型結(jié)構(gòu)?？刂剖覚C(jī)柜間內(nèi)設(shè)安全柵柜。裝置界區(qū)內(nèi)、控制室內(nèi)設(shè)可燃/有毒氣體檢測(cè)器，在控制室內(nèi)獨(dú)立設(shè)置可燃/有毒氣體報(bào)警系統(tǒng)。DCS系統(tǒng)的電源由UPS提供，用于事故發(fā)生后的緊急處理，事故狀態(tài)供電時(shí)間不小于30分鐘。由電氣配電室引至中心控制室的信號(hào)應(yīng)采取隔離措施，模擬信號(hào)用信號(hào)隔離器，接點(diǎn)信號(hào)用繼電器，以防止電氣電壓/電流等對(duì)DCS系統(tǒng)的損壞。DCS控制器、電源部分、通訊網(wǎng)絡(luò)、控制類I/O卡等都采用冗余配置。5.隨設(shè)備成套供應(yīng)的儀表本裝置部分設(shè)備如鼓風(fēng)機(jī)、加熱爐等隨機(jī)附帶擋板閥，自控配備配套的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。6.要儀表設(shè)備清單DCS系統(tǒng)主要設(shè)備一覽表（全廠統(tǒng)一配置）序號(hào)設(shè)備名稱單位數(shù)量備注1操作站（包括工程師站）個(gè)4其中PSA單元1個(gè)2雙重化現(xiàn)場(chǎng)控制站個(gè)23報(bào)警/報(bào)表打印機(jī)臺(tái)14激光打印機(jī)臺(tái)35控制機(jī)柜個(gè)46接線機(jī)柜個(gè)27安全柵柜個(gè)38電源柜個(gè)19操作臺(tái)個(gè)510輸入隔離柵個(gè)13110熱電偶輸入隔離柵個(gè)12910輸出隔離柵個(gè)5511冗余型直流電源套212信號(hào)隔離器、溫度變送器個(gè)20七、主要設(shè)備選擇（一）轉(zhuǎn)化爐1．轉(zhuǎn)化爐爐型選擇轉(zhuǎn)化爐為制氫裝置的核心設(shè)備，轉(zhuǎn)化爐結(jié)構(gòu)形式主要有：頂燒爐、側(cè)燒爐、階梯爐和底燒爐等，但目前廣泛應(yīng)用的爐型只有頂燒和側(cè)燒兩種，其選擇主要取決于下列因素：－－轉(zhuǎn)化爐大?。瓚?yīng)用場(chǎng)合－－燃料種類轉(zhuǎn)化爐的尺寸是十分重要的。一般說來，較大的轉(zhuǎn)化爐不宜采用側(cè)燒爐，因其燒嘴過多而常常必需將輻射室分成兩個(gè)（或更多）爐膛。頂燒爐因其燒嘴少，結(jié)構(gòu)緊湊，則較適合于大型轉(zhuǎn)化爐。在燃料種類的適應(yīng)性方面，側(cè)燒爐只局限于使用燃料氣及汽化后的石腦油和液化石油氣；而頂燒爐因其燒嘴型式眾多，可以使用各種氣體和液體燃料。根據(jù)上述分析，通過對(duì)生產(chǎn)規(guī)模、燃料種類、催化劑性能要求、換熱方案以及施工安裝、檢修、合金鋼用量等多方面的綜合比較，并考慮了節(jié)省投資、生產(chǎn)穩(wěn)妥可靠等因素，選擇爐型為：頂部燒嘴供熱、對(duì)流段橫臥于地的結(jié)構(gòu)。2．頂燒爐爐型特點(diǎn)(1)最適合轉(zhuǎn)化反應(yīng)的要求轉(zhuǎn)化反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，維持反應(yīng)所需的熱量是通過輻射，由煙道氣轉(zhuǎn)送到反應(yīng)物的。在爐管的進(jìn)口處，反應(yīng)物有著較低的平衡溫度，而且烴類原料的分壓較高，轉(zhuǎn)化反應(yīng)只受到熱傳遞速率和催化劑活性的限制。在爐管出口處，由于轉(zhuǎn)化已經(jīng)基本完成，原料的分壓較低，吸熱量較小。頂燒爐由于上部火焰溫度高，爐管上部的傳熱速率快，因而較能滿足轉(zhuǎn)化反應(yīng)上部反應(yīng)速度快，吸熱量大的要求。(2)有利于延長爐管的使用壽命。根據(jù)轉(zhuǎn)化反應(yīng)需要，最大傳熱量位于工藝溫度較低的管子進(jìn)口處，其平均熱通量是爐管平均熱通量的兩倍。在頂燒爐內(nèi)，由于火焰向下，入口處高熱通量不會(huì)引起高的金屬溫度（此處工藝氣體溫度較低）。因此爐管表面溫度沿軸向分布均勻，使轉(zhuǎn)化爐管的耐高溫性能得以充分發(fā)揮。(3)輻射效率高，燃料消耗少火焰與工藝物流并流的另一優(yōu)點(diǎn)就是頂燒爐的輻射段效率要比側(cè)燒爐或底燒爐的輻射段效率高。在頂燒爐內(nèi)，燃燒產(chǎn)物來自輻射室頂部的混合區(qū)。隨著燃燒物的冷卻和變重，自然趨于下流。而在底部燃燒的轉(zhuǎn)化爐內(nèi)，燃燒產(chǎn)物在輻射室的頂部。隨著燃燒物的向上通過燃燒室，燃燒物冷卻下來引起逆向混合，這種逆向混合將引起整個(gè)輻射溫度的降低，對(duì)于給定的轉(zhuǎn)化量，底燒和側(cè)燒轉(zhuǎn)化爐所需的燃料要比頂燒轉(zhuǎn)化爐多。(4)燒嘴種類眾多，燃料的適應(yīng)性強(qiáng)。(5)燒嘴數(shù)量少，易于操作。(6)操作彈性大。(7)對(duì)流段設(shè)置于地面上，與側(cè)燒爐對(duì)流段設(shè)置在輻射段頂部相比，對(duì)流段的安裝和檢修都較為方便，汽包安裝高度亦大大降低。(8)由于頂燒爐火嘴較少、便于采用空氣預(yù)熱器?？諝饨?jīng)對(duì)流段低溫?zé)犷A(yù)熱后進(jìn)入火嘴助燃，可節(jié)省燃料消耗。(9)頂燒爐因火嘴集中、能量大、數(shù)量少，更適合于燃燒低熱值的PSA脫附氣。3．轉(zhuǎn)化爐管的選擇轉(zhuǎn)化爐管是在高溫高壓下工作的，所以對(duì)材料要求比較苛刻。目前國內(nèi)已有四川化機(jī)廠、煙臺(tái)馬諾爾合金爐管廠以及蘭州石化總廠機(jī)械廠等廠家能生產(chǎn)HP、HK系列的離心澆鑄管，產(chǎn)品質(zhì)量已達(dá)到國外同類產(chǎn)品指標(biāo)。目前，國產(chǎn)爐管已在國內(nèi)新建制氫裝置、合成氨以及甲醇裝置中得到廣泛使用，使用效果較好。在相同的操作條件下，HP系列爐管和HK系列爐管相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）HP爐管具有較好的高溫性能、使用溫度比HK爐管高。（2）在相同的操作條件下，HP爐管的壁厚要比HK爐管減少15%，重量也就相應(yīng)減少約15%。盡量HP爐管的價(jià)格比HK爐管高15～20%，但總的費(fèi)用基本相當(dāng)。（3）由于HP爐管管壁減薄，既可減少內(nèi)外壁溫差造成的熱應(yīng)力，又可減少熱阻，提高傳熱速率，節(jié)省能量。若保持爐管外徑基本不變，則內(nèi)徑可以擴(kuò)大，可多裝催化劑、提高生產(chǎn)能力。因此，本報(bào)告推薦采用國產(chǎn)的HP系列爐管。4．轉(zhuǎn)化爐管的支撐轉(zhuǎn)化爐管的支撐一般采用三種方式：上部吊掛；下部支撐；下部支撐與上部吊掛同時(shí)采用。（1）上部吊掛爐管單獨(dú)吊掛其受熱膨脹的位移量全部由下尾管吸收，因此所需下尾管較長。而下尾管是處在820℃以上的高溫條件下