吳晨輝

[摘 要]利用三菱PLC實(shí)現(xiàn)煤制氫變壓吸附的控制。吸附塔是氫氣變壓吸附的主要設(shè)備，本裝置變壓吸附工藝采用5-1-3PSA工藝。文章的設(shè)計(jì)主要包括可編程控制器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)以及最后的可編程控制器系統(tǒng)的調(diào)試。

[關(guān)鍵詞]變壓吸附；吸收塔；可編程控制器（PLC）

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2016.36.077

1 概 述

氫氣在變壓吸附分離過(guò)程中，每一個(gè)操作過(guò)程只有短暫的十幾秒左右。就整個(gè)操作周期來(lái)說(shuō)，也不過(guò)150秒左右，否則，周期太長(zhǎng)就會(huì)影響裝置的流量和純度。因此控制要求既準(zhǔn)確又可靠；另外，還要使這個(gè)周期能夠安全合理的按照特定的規(guī)律運(yùn)行，一定不能有錯(cuò)誤或不符合規(guī)范的動(dòng)作，也不允許存在周期間隔。用PLC程序控制恰能滿足這兩個(gè)要求。

2 變壓吸附的工作原理及控制過(guò)程

本PSA提純氫氣裝置是由五臺(tái)吸附器（下簡(jiǎn)稱A、B、C、D、E塔）、一臺(tái)氣液分離緩沖罐、一臺(tái)產(chǎn)品緩沖罐、一臺(tái)逆放氣緩沖罐、一臺(tái)燃燒氣緩沖罐，分離后的氣體進(jìn)入吸附器（A、B、C、D、E）進(jìn)行吸附，得到的產(chǎn)品氫氣經(jīng)過(guò)產(chǎn)品緩沖罐緩沖之后，經(jīng)計(jì)量后到用戶去。解析氣大部分經(jīng)逆放氣緩沖罐和燃燒氣緩沖罐緩沖調(diào)壓后去導(dǎo)熱油爐燃燒，小部分通過(guò)放空管放空。

2.1 基本工作步驟

變壓吸附基本工作步驟分為吸附和再生兩步。而再生又包括以下三步驟。

（1）吸附塔壓力降至低壓。首先是順著吸附的方向進(jìn)行降壓（以下簡(jiǎn)稱為順向放壓），接著是逆著吸附的方向進(jìn)行降壓（以下簡(jiǎn)稱逆向放壓）。順向放壓時(shí)，有一部分吸附劑仍處于吸附狀態(tài)。逆向放壓時(shí)，被吸附的雜質(zhì)開(kāi)始從吸附劑中大量解吸出來(lái)，解吸氣送至解吸氣緩沖罐用作預(yù)處理系統(tǒng)的再生氣源。

（2）在低壓下用產(chǎn)品氣沖洗吸附劑，可以清除尚殘留于吸附劑中的雜質(zhì)。

（3）吸附塔升到吸附壓力，以準(zhǔn)備再次分離原料氣。本裝置變壓吸附工藝采用5-1-3PSA工藝。即裝置由5個(gè)吸附塔組成，采用3次均壓變壓吸附過(guò)程。其工藝過(guò)程主要由吸附（A）、三次均壓降壓（E1D-E3D）、順?lè)牛≒P）、逆放（D）、沖洗（P）、三次均壓升壓（E3R-E1R）和產(chǎn)品的最終升壓（FR）等步驟組成。五個(gè)吸附塔在執(zhí)行程序的安排上相互錯(cuò)開(kāi)，構(gòu)成一個(gè)閉路循環(huán)，以保證原料連續(xù)輸入和產(chǎn)品不斷輸出。

2.2 工藝流程

2.2.1 吸附（A）

開(kāi)啟KV201a，KV202a；來(lái)自氣液分離緩沖罐的轉(zhuǎn)化氣通過(guò)閥KV201a自下而上進(jìn)入A塔，在工作壓力下吸附雜質(zhì)組份，未被吸附的產(chǎn)品組份，通過(guò)閥KV202a流出，其中大部分作為產(chǎn)品從本系統(tǒng)中輸出，部分通過(guò)閥HV201，KV206b向B塔進(jìn)行最終升壓。吸附完畢，關(guān)閉閥KV201a，停止進(jìn)原料氣，同時(shí)閥KV202a亦無(wú)產(chǎn)品氣輸出，自動(dòng)關(guān)閉。

2.2.2 一均降壓（E1D）

開(kāi)啟KV206a；A塔停止吸附后，與剛結(jié)束二均升壓步驟的C塔以出口端相連，即通過(guò)閥KV206a、KV206c與C塔進(jìn)行第一級(jí)壓力平衡，A塔壓力降低。均壓后A、C塔壓力基本相等。關(guān)閉KV206a。

2.2.3 二均降壓（E2D）

開(kāi)啟KV204a；A塔經(jīng)一均降壓后的氣體通過(guò)閥KV204a、KV206d與D塔以出口端相連，進(jìn)行第二級(jí)壓力平衡，A塔壓力再一步降低，直至兩塔壓力基本相等。關(guān)閉閥KV204a，KV206d。

2.2.4 三均降壓（E3D）

開(kāi)啟閥KV204a；A塔生剩余的氣體通過(guò)閥KV204a、KV204e與E塔以出口端相連，進(jìn)行第三級(jí)壓力平衡，A塔壓力再一步降低，直至兩塔壓力基本相等。關(guān)閉閥KV204e。

2.2.5 順向放壓（PP）

繼續(xù)開(kāi)啟KV204a；A塔完成三次降壓后，塔內(nèi)剩余氣體仍順著出品方向通過(guò)閥KV204a，閥KV207與順?lè)啪彌_罐進(jìn)行均壓。當(dāng)壓力平衡后，停止順?lè)?，進(jìn)行下一步驟。關(guān)閉閥KV204a，閥KV207。

2.2.6 逆向放壓（D，簡(jiǎn)稱：逆放）

開(kāi)啟閥KV203a；A塔剩余的氣體從塔的入口端經(jīng)過(guò)閥KV203a，進(jìn)入解析氣罐，使吸附劑得到再生。逆放完畢后，A塔壓力降為0.02Mpa。

2.2.7 沖洗（P）

繼續(xù)開(kāi)啟閥KV203a；A塔逆放后，尚殘留在塔內(nèi)的雜質(zhì)是利用順?lè)啪彌_罐順?lè)艢?，通過(guò)閥KV207、HV202和KV205a從A塔出口端進(jìn)入A塔，自上而下地對(duì)A塔床層進(jìn)行沖洗，使塔內(nèi)雜質(zhì)進(jìn)一步脫附，同時(shí)打開(kāi)閥KV208，使沖洗氣進(jìn)入燃燒氣緩沖罐。沖洗一段時(shí)間后關(guān)閉閥KV208，同時(shí)打開(kāi)KV209，通過(guò)放空管放空，使雜質(zhì)脫附徹底。關(guān)閉閥KV203a、KV207、KV209、KV205a。

2.2.8 三均升壓（E3R）

開(kāi)啟閥KV204a；當(dāng)A塔沖洗后，與剛結(jié)束二均壓降的B塔以出口端相連，通過(guò)閥KV204b、KV204a與A塔以出口端相連，進(jìn)行第三級(jí)壓力平衡，A塔壓力升高直至兩塔壓力基本相等。關(guān)閉閥KV204a。

2.2.9 二均升壓（E2R）

開(kāi)啟閥KV204a；A塔完成三均升壓后，與剛結(jié)束一均降壓的C塔以出口羰相連，通過(guò)閥KV204c、KV204a與A塔以出口端相連，進(jìn)行第二級(jí)壓力平衡，A塔壓力升高，直至兩塔壓力基本相等。

2.2.10 一均升壓（E1R）

開(kāi)啟閥KV206a；在A塔完成二均升壓后，與剛結(jié)束吸附的D塔以出口端相連，通過(guò)閥KV206d、KV206a與A塔以出口端相連，進(jìn)行第一級(jí)壓力平衡，A塔壓力進(jìn)一步升高，直至兩塔壓力基本相等。

2.2.11 最終升壓（FR，簡(jiǎn)稱：終充）

3.1.2 人員操作過(guò)程不規(guī)范

變電工作人員是整個(gè)變電設(shè)備運(yùn)行中的直接操作者，是整個(gè)變電運(yùn)作的核心。他們的整體素質(zhì)、安全防范意識(shí)、操作熟練度以及規(guī)范度都將直接關(guān)乎整個(gè)變電運(yùn)行工作的安全性和穩(wěn)定性。[5]一方面，因?yàn)樽冸娬镜男枰倏氐脑O(shè)備繁多，導(dǎo)致變電工作人員工作次數(shù)頻繁，但其勞動(dòng)形式單一，卻容易導(dǎo)致變電工作人員喪失工作熱情、實(shí)際操作中注意力不集中，進(jìn)而造成操作失誤。另一方面，由于一些操作人員缺乏對(duì)于變電工作的了解，加之安全意識(shí)薄弱、工作態(tài)度不嚴(yán)謹(jǐn)、對(duì)操作程序不嚴(yán)格執(zhí)行等，都會(huì)大大增加安全事故發(fā)生的可能性。

3.1.3 安全管理工作不到位

安全管理工作不到位是造成變電設(shè)備工作安全問(wèn)題的重要原因，主要表現(xiàn)在安全管理工作不科學(xué)、不規(guī)范。由于缺乏科學(xué)的設(shè)計(jì)，管理制度上存在著安全漏洞，例如安全事故責(zé)任劃分不清，領(lǐng)導(dǎo)混亂；領(lǐng)導(dǎo)層對(duì)員工的安全教育培訓(xùn)不重視，往往以走過(guò)場(chǎng)的形式組織安全教育，員工在安全意識(shí)、安全技能方面都十分匱乏。一線操作人員是保障變電設(shè)備安全運(yùn)行的關(guān)鍵，但是心無(wú)大局，對(duì)于安全意識(shí)以及安全問(wèn)題造成的后果沒(méi)有明確的意識(shí)，對(duì)于安全工作往往是應(yīng)付了事；監(jiān)督人員沒(méi)有按照規(guī)定行使好監(jiān)督責(zé)任，沒(méi)有及時(shí)地做好每日的安全監(jiān)督記錄工作，存在著監(jiān)督無(wú)用的錯(cuò)誤想法。這些現(xiàn)象都表明了安全工作只停留在制度層面，而安全管理工作疏忽大意，體現(xiàn)了管理者管理能力、水平仍有待提高。在這種管理狀態(tài)下，很可能導(dǎo)致安全事故的進(jìn)一步惡化。

3.2 變電設(shè)備安全防范措施

針對(duì)變電設(shè)備運(yùn)行中存在的這些主要安全問(wèn)題，我們需要采取合理的安全防范措施，才能減少甚至根除種種安全隱患。

首先，從人員層面，我們要加強(qiáng)變電運(yùn)行人員的安全思想教育，讓操作人員深刻意識(shí)到安全操作的重要性，同時(shí)加強(qiáng)員工素質(zhì)，對(duì)變電運(yùn)行操作人員進(jìn)行崗前培訓(xùn)，在熟悉設(shè)備性能和設(shè)備操作流程的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)其操作的熟練度，培養(yǎng)操作規(guī)范性，并使其學(xué)會(huì)鑒別異常現(xiàn)象和設(shè)備維護(hù)工作。

其次，從設(shè)備層面，我們要增強(qiáng)設(shè)備管理，除了每天的例巡檢查外，還需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行不同的等級(jí)檢查，以便掌握設(shè)備的真實(shí)運(yùn)行狀況，根據(jù)檢查結(jié)果和實(shí)際情況做出快速、有效的綜合判斷，并及時(shí)維修或更換故障設(shè)備。在引進(jìn)新設(shè)備時(shí)，要從各個(gè)階段對(duì)設(shè)備質(zhì)量、運(yùn)行安全嚴(yán)格把關(guān)，依靠在線診斷系統(tǒng)等技術(shù)對(duì)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)和評(píng)價(jià)。

最后，從制度層面，我們要完善管理制度，加強(qiáng)監(jiān)督機(jī)制，對(duì)參與變電運(yùn)行的所有工作人員落實(shí)其崗位責(zé)任，實(shí)行定崗定員制度，同時(shí)加強(qiáng)交接班時(shí)的安全工作，做到準(zhǔn)時(shí)交接，記錄詳細(xì)，在交接班時(shí)也要注意對(duì)口交接，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)做進(jìn)一步的巡查。

4 結(jié) 論

輸電工程和變電工程是電力供應(yīng)中的重要且復(fù)雜的環(huán)節(jié)，兩者的安全與穩(wěn)定，是我國(guó)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵保障，更是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要保障工作之一。因此，為了保障變電設(shè)備安全運(yùn)行，這就需要我們各部門(mén)的共同合作，加強(qiáng)安全意識(shí)培訓(xùn)，提高變電工作人員工作能力，增強(qiáng)其責(zé)任意識(shí)，嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定操作電力設(shè)備，及時(shí)檢修和更換設(shè)備，做到防患于未然。在保障輸電設(shè)備安全運(yùn)行的過(guò)程中，我們需要準(zhǔn)確、全面、細(xì)致地識(shí)別其故障模式，對(duì)癥下藥，推動(dòng)我國(guó)電力行業(yè)持續(xù)、健康發(fā)展。

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