利用三菱PLC實現煤制氫變壓吸附的控制

吳晨輝

[摘 要]利用三菱PLC實現煤制氫變壓吸附的控制。吸附塔是氫氣變壓吸附的主要設備，本裝置變壓吸附工藝采用5-1-3PSA工藝。文章的設計主要包括可編程控制器控制系統設計、系統硬件設計、系統軟件設計以及最后的可編程控制器系統的調試。

[關鍵詞]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程中，每一個操作過程只有短暫的十幾秒左右。就整個操作周期來說，也不過150秒左右，否則，周期太長就會影響裝置的流量和純度。因此控制要求既準確又可靠；另外，還要使這個周期能夠安全合理的按照特定的規律運行，一定不能有錯誤或不符合規范的動作，也不允許存在周期間隔。用PLC程序控制恰能滿足這兩個要求。

2 變壓吸附的工作原理及控制過程

本PSA提純氫氣裝置是由五臺吸附器（下簡稱A、B、C、D、E塔）、一臺氣液分離緩沖罐、一臺產品緩沖罐、一臺逆放氣緩沖罐、一臺燃燒氣緩沖罐，分離后的氣體進入吸附器（A、B、C、D、E）進行吸附，得到的產品氫氣經過產品緩沖罐緩沖之后，經計量后到用戶去。解析氣大部分經逆放氣緩沖罐和燃燒氣緩沖罐緩沖調壓后去導熱油爐燃燒，小部分通過放空管放空。

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行降壓（以下簡稱為順向放壓），接著是逆著吸附的方向進行降壓（以下簡稱逆向放壓）。順向放壓時，有一部分吸附劑仍處于吸附狀態。逆向放壓時，被吸附的雜質開始從吸附劑中大量解吸出來，解吸氣送至解吸氣緩沖罐用作預處理系統的再生氣源。

（2）在低壓下用產品氣沖洗吸附劑，可以清除尚殘留于吸附劑中的雜質。

（3）吸附塔升到吸附壓力，以準備再次分離原料氣。本裝置變壓吸附工藝采用5-1-3PSA工藝。即裝置由5個吸附塔組成，采用3次均壓變壓吸附過程。其工藝過程主要由吸附（A）、三次均壓降壓（E1D-E3D）、順放（PP）、逆放（D）、沖洗（P）、三次均壓升壓（E3R-E1R）和產品的最終升壓（FR）等步驟組成。五個吸附塔在執行程序的安排上相互錯開，構成一個閉路循環，以保證原料連續輸入和產品不斷輸出。

2.2 工藝流程

2.2.1 吸附（A）

開啟KV201a，KV202a；來自氣液分離緩沖罐的轉化氣通過閥KV201a自下而上進入A塔，在工作壓力下吸附雜質組份，未被吸附的產品組份，通過閥KV202a流出，其中大部分作為產品從本系統中輸出，部分通過閥HV201，KV206b向B塔進行最終升壓。吸附完畢，關閉閥KV201a，停止進原料氣，同時閥KV202a亦無產品氣輸出，自動關閉。

2.2.2 一均降壓（E1D）

開啟KV206a；A塔停止吸附后，與剛結束二均升壓步驟的C塔以出口端相連，即通過閥KV206a、KV206c與C塔進行第一級壓力平衡，A塔壓力降低。均壓后A、C塔壓力基本相等。關閉KV206a。

2.2.3 二均降壓（E2D）

開啟KV204a；A塔經一均降壓后的氣體通過閥KV204a、KV206d與D塔以出口端相連，進行第二級壓力平衡，A塔壓力再一步降低，直至兩塔壓力基本相等。關閉閥KV204a，KV206d。

2.2.4 三均降壓（E3D）

開啟閥KV204a；A塔生剩余的氣體通過閥KV204a、KV204e與E塔以出口端相連，進行第三級壓力平衡，A塔壓力再一步降低，直至兩塔壓力基本相等。關閉閥KV204e。

2.2.5 順向放壓（PP）

繼續開啟KV204a；A塔完成三次降壓后，塔內剩余氣體仍順著出品方向通過閥KV204a，閥KV207與順放緩沖罐進行均壓。當壓力平衡后，停止順放，進行下一步驟。關閉閥KV204a，閥KV207。

2.2.6 逆向放壓（D，簡稱：逆放）

開啟閥KV203a；A塔剩余的氣體從塔的入口端經過閥KV203a，進入解析氣罐，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）

繼續開啟閥KV203a；A塔逆放后，尚殘留在塔內的雜質是利用順放緩沖罐順放氣，通過閥KV207、HV202和KV205a從A塔出口端進入A塔，自上而下地對A塔床層進行沖洗，使塔內雜質進一步脫附，同時打開閥KV208，使沖洗氣進入燃燒氣緩沖罐。沖洗一段時間后關閉閥KV208，同時打開KV209，通過放空管放空，使雜質脫附徹底。關閉閥KV203a、KV207、KV209、KV205a。

2.2.8 三均升壓（E3R）

開啟閥KV204a；當A塔沖洗后，與剛結束二均壓降的B塔以出口端相連，通過閥KV204b、KV204a與A塔以出口端相連，進行第三級壓力平衡，A塔壓力升高直至兩塔壓力基本相等。關閉閥KV204a。

2.2.9 二均升壓（E2R）

開啟閥KV204a；A塔完成三均升壓后，與剛結束一均降壓的C塔以出口羰相連，通過閥KV204c、KV204a與A塔以出口端相連，進行第二級壓力平衡，A塔壓力升高，直至兩塔壓力基本相等。

2.2.10 一均升壓（E1R）

開啟閥KV206a；在A塔完成二均升壓后，與剛結束吸附的D塔以出口端相連，通過閥KV206d、KV206a與A塔以出口端相連，進行第一級壓力平衡，A塔壓力進一步升高，直至兩塔壓力基本相等。

2.2.11 最終升壓（FR，簡稱：終充）

3.1.2 人員操作過程不規范

變電工作人員是整個變電設備運行中的直接操作者，是整個變電運作的核心。他們的整體素質、安全防范意識、操作熟練度以及規范度都將直接關乎整個變電運行工作的安全性和穩定性。[5]一方面，因為變電站的需要操控的設備繁多，導致變電工作人員工作次數頻繁，但其勞動形式單一，卻容易導致變電工作人員喪失工作熱情、實際操作中注意力不集中，進而造成操作失誤。另一方面，由于一些操作人員缺乏對于變電工作的了解，加之安全意識薄弱、工作態度不嚴謹、對操作程序不嚴格執行等，都會大大增加安全事故發生的可能性。

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備工作安全問題的重要原因，主要表現在安全管理工作不科學、不規范。由于缺乏科學的設計，管理制度上存在著安全漏洞，例如安全事故責任劃分不清，領導混亂；領導層對員工的安全教育培訓不重視，往往以走過場的形式組織安全教育，員工在安全意識、安全技能方面都十分匱乏。一線操作人員是保障變電設備安全運行的關鍵，但是心無大局，對于安全意識以及安全問題造成的后果沒有明確的意識，對于安全工作往往是應付了事；監督人員沒有按照規定行使好監督責任，沒有及時地做好每日的安全監督記錄工作，存在著監督無用的錯誤想法。這些現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，體現了管理者管理能力、水平仍有待提高。在這種管理狀態下，很可能導致安全事故的進一步惡化。

3.2 變電設備安全防范措施

針對變電設備運行中存在的這些主要安全問題，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，我們要加強變電運行人員的安全思想教育，讓操作人員深刻意識到安全操作的重要性，同時加強員工素質，對變電運行操作人員進行崗前培訓，在熟悉設備性能和設備操作流程的基礎上，加強其操作的熟練度，培養操作規范性，并使其學會鑒別異常現象和設備維護工作。

其次，從設備層面，我們要增強設備管理，除了每天的例巡檢查外，還需要對設備進行不同的等級檢查，以便掌握設備的真實運行狀況，根據檢查結果和實際情況做出快速、有效的綜合判斷，并及時維修或更換故障設備。在引進新設備時，要從各個階段對設備質量、運行安全嚴格把關，依靠在線診斷系統等技術對設備進行實時的檢測和評價。

最后，從制度層面，我們要完善管理制度，加強監督機制，對參與變電運行的所有工作人員落實其崗位責任，實行定崗定員制度，同時加強交接班時的安全工作，做到準時交接，記錄詳細，在交接班時也要注意對口交接，并對現場做進一步的巡查。

4 結 論

輸電工程和變電工程是電力供應中的重要且復雜的環節，兩者的安全與穩定，是我國電力系統正常運行的關鍵保障，更是我國經濟發展的重要保障工作之一。因此，為了保障變電設備安全運行，這就需要我們各部門的共同合作，加強安全意識培訓，提高變電工作人員工作能力，增強其責任意識，嚴格按照相關規定操作電力設備，及時檢修和更換設備，做到防患于未然。在保障輸電設備安全運行的過程中，我們需要準確、全面、細致地識別其故障模式，對癥下藥，推動我國電力行業持續、健康發展。

參考文獻：

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