421 15000Nm3h制氢装置安全操作规程Word下载.docx
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3.3培训
公司根据装置工艺特点和操作人员应具备的技能,制订具体培训的计划,确保操作人员熟练掌握安全操作规程。
安全操作规程变更后应及时对相关人员进行培训。
通过培训,使操作人员应掌握如何正确使用操作规程,并且严格遵守操作规程。
通过培训考试合格的操作人员方可上岗操作。
企业应对每位员工建立培训档案,包括员工的培训记录,包括员工的姓名、培训时间和培训效果等内容。
4.安全操作规程主要内容
4.1工艺技术信息
4.1.1工艺流程简图(控制点流程图见附件1)
4.1.2工艺化学原理资料
本工艺采用天然气(甲烷)水蒸汽转化法制氢。
天然气经脱硫精制后按水碳比1:
3.5与水蒸气混合,经转化炉对流段预热至600℃,引入转化炉辐射段的转化炉管进行转化反应。
3CH4+4H2O→2CO+CO2+10H2
出转化炉820℃的高温转化气经转化气蒸汽发生器换热后,温度降至360℃,进入中温变换反应器,在中变催化剂的作用下进行变换反应:
CO+H2O=CO2+H2
由此得到大约含有70%氢气的中变气进入变压吸附系统,在其中吸附剂的选择吸附下一次性除去氢以外几乎所有杂质,获得纯度大于99.99%的产品氢气。
4.1.3设计的物料最大存储量
原料天然气由般阳燃气公司采用管道直接供应,不储存。
年供气量5.365×
107Nm3,供气压力4.0MPa。
产品氢生产能力15000Nm3/h气采用管道直接供应山东宝塔新能源有限公司30万吨/年焦油加氢改质项目使用,产品氢气不储存,剩余部分充装销售。
4.1.4安全操作范围
天然气:
环境温度、压力4.0MPa、年供气量5.365×
107Nm3
精制:
温度380℃、压力2.6MPa
转化:
温度820℃、压力2.3MPa
中变:
温度400℃、压力2.2MPa
产品氢:
温度40℃、压力1.2MPa、流量15000m3/h
过热蒸汽:
温度590℃、压力2.5MPa
出厂蒸汽:
温度158℃、压力0.6MPa
仪表空气:
环境温度、压力0.7MPa、流量250m3/h
循环上水:
温度≤32℃、压力0.4MPa、流量860m3/h
循环回水:
温度≤40℃、压力≥0.2MPa
消防水:
环境温度、压力1.0MPa、流量72T/h
脱盐水:
环境温度、压力0.4MPa、流量40t/h
生产、生活用水:
温度20℃、压力0.4MPa、流量47.62m3/h
4.1.5偏离正常工况后果的评估,包括对员工的安全和健康的影响
偏离正常工艺指标要求后,会对装置安全稳定运行产生不良影响,导致产量、质量下降,严重时导致燃烧、爆炸事故的发生,危及职工生命与健康。
主要影响存在以下几个方面。
1、炉体超温、爆炸转化炉温度升高,减弱了炉管的耐热性,可能导致炉管破裂引发原料气泄漏燃烧,使炉体温度更加升高,严重可导致炉体爆炸。
严重危及员工生命安全,造成财产损失。
2、中毒本装置物料中存在一氧化碳、硫化氢等有毒气体,均为二级高毒危害,当出现泄漏时,可能会导致人体急性中毒,长时间微量接触可导致职业性中毒。
3、噪声装置设有机泵多台,偏离正常运行工况可能造成噪声超出正常值,员工长时间接触噪音,可导致职业病。
4、高温烫伤装置处于高温高压运行状态,当超出正常工况时可能导致非预计的位置出现高温,导致员工烫伤。
5、转化气蒸汽发生器超压转化气蒸汽发生器内压力可达3.0MPa,若操作维护不当,可能发生物理爆炸,产生强大冲击波,对周围炉、塔、罐、钢结构建筑等产生破坏,对人员造成伤亡。
4.2装置概况
4.2.1装置周边相邻的主要设施或装置
本装置位于淄博市淄川区寨里镇小顶山化工园区内,山东宝塔新能源有限公司厂区西北角,北面和西面相邻为山丘,北面300米为水泥公司,西面225米为石材加工厂。
东面40.5米为宝塔公司焦油加氢装置,南面为宝塔公司变电站及储罐区,最近距离分别为40.5米与51.5米。
4.2.2装置的生产能力(年或小时)、主要原辅材料及使用量(年或小时)、工艺流程简介
项目由新地能源工程技术有限公司设计,设备由山西丰喜化工有限公司设计、制造、安装。
设计生产能力15000Nm3/h,原料天然气由淄博般阳城市燃气公司采用管道直接供应,年供气量5.365×
产品氢气采用管道直接供应山东宝塔新能源有限公司30万吨/年焦油加氢改质项目使用,剩余部分充装销售。
工艺流程叙述:
1)由淄博般阳城市燃气公司采用管道输送来的原料天然气(PICA0309)压力为4MPa减压至(PICA0310)2.6MPa后,与来自返氢压缩机C202的氢气(温度为40℃,压力为2.8MPa,500Nm3/h)与原料气混合后进入原料气第一预热器E0308预热至(TI0314)200℃、第二预热器E0309,预热至(TI0315)380℃进入绝热脱硫反应器R0301,压力控制在(PI0302)2.4MPa,在催化剂的作用下发生有机硫转化反应,同时原料中的有机硫转化为无机硫,然后再进入氧化锌脱硫反应器脱硫段,在此氧化锌与硫化氢发生脱硫反应,脱除原料中的硫。
精制后的气体中硫含量小于0.5ppm进入转化部分。
具体反应如下:
硫醇:
RSH+H2→RH+H2S
硫醚:
R1SR2+2H2→R1H+R2H+H2S
氧硫化碳:
COS+H2→CO+H2S
ZnO(固)+H2S=ZnS(固)+H2O△Ho298=-76.62kJ/mol
2)转化部分
精制后的原料气(TI0402)360℃按水碳比1:
3.5与水蒸汽混合,再经转化炉对流段预热至(TIA0404)600℃,经转油线进入转化炉辐射段的转化炉管内,在催化剂的作用下,与水蒸汽进行转化反应,从而生产出氢气、甲烷、一氧化碳、二氧化碳和水的平衡混合物。
主要反应有:
CnHm+nH2O=nCO+(n+m/2)H2①
CO+3H2=CH4+H2O△Ho298=-206kJ/mol②
CO+H2O=CO2+H2△Ho298=-41kJ/mol③
以甲烷为主的气态烃,蒸气转化过程较为简单,主要发生上述反应,最终产品气组成由反应②③平衡决定。
烃类水蒸汽转化反应是体积增大的强吸热反应,低压、高温、高水碳比有利于上述反应的进行。
反应过程所需热量由转化炉顶部的气体燃料烧嘴提供,出转化炉(TI0408)820℃高温转化气经转化气蒸汽发生器E0401换热后,温度降至(TIC0439)360℃,进入中温变换部分。
3)变换部分
由转化部分来的约(TI0317a、TI0318a)360℃的转化气进入中温变换反应器R0303A、B,在催化剂的作用下发生变换反应:
CO+H2O=CO2+H2△Ho298=-41.4kJ/mol
将变换气中CO含量降至3%左右,同时继续生产氢气。
中变气经过锅炉给水第二预热器E0302A、B,锅炉给水第一预热器E0302D、C,经中变气第四分水罐V0303分水后,进入脱盐水预热器E0307进行热交换回收部分余热后,经中变气第一分水罐V0304分水,进入中变气水冷却器ⅠE0306,经中变气第二分水罐V0305分水,进入中变气水冷却器ⅡE0304冷却至(TICA0322)40℃,经中变气第三分水罐V0305分水后进入PSA部分。
分出来的水中含有饱和的CO2,送入酸性水汽提塔T0301。
在汽提塔内低压蒸汽从塔底进入进行传质传热。
将CO2从水中解析出来,通过塔顶的管径(TI0327)95℃进入换热器(E0303)降温至40℃后排放,净化的水由P0301AB送到除氧器V0308回收利用。
4)热回收及产系统
自装置水站来的脱盐水通过脱盐水泵P0304ABC增压经脱盐水预热器E0307预热至(TIC0324)105℃与来自酸性水汽提塔T0301净化后的水由P0301AB增压混合后进入除氧器V0308除氧。
除氧器所需的蒸汽由装置自产饱和蒸汽提供。
除氧水依次经过中压锅炉给水泵P0302A、B升压依次通过锅炉给水第一预热器E0302C,锅炉给水第二预热器E0302B、A预热后进入中压汽水分离器V0403。
锅炉水通过自然循环的方式分别经过转化炉产汽段、转化气蒸汽发生器E0401产生(PICA0426)2.5MPa(G)的蒸汽。
所产生的蒸汽在转化炉的对流段过热到(TIC0440)550℃,大部分送至造气单元按水碳比1:
3.5配汽;
多余部分经蒸汽减温减压器MI0402降至(PIA0428)0.6MPa(G)、(TIC0442)158℃送至低压蒸汽管网。
5)压缩部分
压缩部分共有开停车压缩机C0201B和返氢压缩机C0202。
其中开停车压缩机仅供开停车使用,返氢压缩机采用膜式压缩机仅供返氢使用。
具体过程如下:
来自宝塔新能源的氮气经过开停车压缩机加压后进入脱硫变换部分,进行脱硫变换及转化热回收部分的系统置换,待系统内部空气全部置换完成后,关闭系统放空阀门,并对系统进行升压操作。
升压达到系统所需压力后,打开大循环进压缩机气体管道阀门,使得氮气在压缩工段、脱硫变换工段、转化及热回收工段之间进行循环。
此时转化炉点火升温,直至达到系统可以通入原料天然气的条件。
此后,随着天然气的逐步进入系统,逐渐减少开停车压缩机提供的循环气量,直至停止开停车压缩机。
随着系统的正常运行,待PSA部分产出合格的氢气后,将500Nm3/h的氢气经过管道通入返氢压缩机,经加压后与原料天然气混合。
6)PSA部分
来自变换部分的中变气,自塔底进入吸附塔T501A~H、J、K(10台塔,81台程控阀,为保证装置联续生产,在编程中设计了在线切塔功能,可手动将故障吸附塔切除下线维修。
PSA在编程中设计了10-2-4、10-2-3、9-2-3等多种运行方式。
)中正处于吸附工况的塔(始终同时有两台),在吸附剂的依次选择吸附下,一次性除去氢以外的几乎所有杂质,获得纯度大于99.95的产品氢气,经PV0505调节阀稳压(PT0505)1.2MPa后送至山东宝塔新能源有限公司及氢气充装压缩机C201A进行充装销售。
7)氢气装卸站流程
正常情况下,是由制氢装置通过管道,将氢气输送至山东宝塔新能源有限公司30万吨/年焦油加氢项目。
当制氢装置出现故障时,为了保证加氢改质项目的正常运行,由载满20MPa压力氢气管束式集装箱通过氢气装卸站减压撬减压至1.2MPa供给焦油加氢项目氢气。
而在制氢系统生产过剩的情况下,则通过高压压缩机C201A增压至20MPa充入氢气管束式集装箱对外销售。
4.2.3装置的主要安全技术措施简介
(1)装置装设自动化控制系统
本项目采用集散控制系统(DCS)对生产过程进行监控。
DCS系统包括带操作员键盘的操作站2套、工程师站1套、控制器、各种输入/输出模块、通讯模块、UPS电源、打印机、机柜、操作台、继电器等硬件。
软件包括操作系统软件、上位监控软件、组态软件、运行软件、通讯软件等。
对控制单元、通讯、电源及重要的输入/输出卡件作1:
1冗余,保证控制系统安全可靠。
检测点的备用点数为实际设计点数的20%;
输入输出卡件槽座(位)的备用空间为15%;
控制单元最大负荷应小于50%。
配置1台UPS不间断电源。
DCS系统输入/输出点见下表:
表1DCS输入/输出点一览表
序号
工段名称
热电阻输入Pt100
热电偶输入(K,S)
模拟量输入AI4~20mA.DC
模拟量输出AO4~20mA.DC
开关量输入
DI
开关量输出
DO
1
压缩工段
4
5
3
2
脱硫变换工段
31
30
20
12
9
转化及热回收工段
11
32
38
PSA工段
16
7
81
备用(按20%考虑)
10
6
8
24
合计
56
109
47
132
128
DCS系统配置见下图:
DCS系统功能:
DCS系统可实现完善直观的工艺流程监控与动态显示、PID回路调节、程控调节、故障自诊断、历史趋势记录、事故状态和各种操作记录及打印报表。
具体功能如下:
(a)、调节功能
为实现工艺流程的可靠、平稳运行,过程控制系统有以下控制调节方式:
压力调节、温度调节、液位调节、流量调节等。
每个调节回路都应遵循自己的调节特性,但在特殊工况或要求实现非通常调节的情况下,会有所不同。
(b)、程控调节
装置的全部程控开关阀和控制调节阀,按照工艺给定的条件进行顺序控制和模拟调节,使装置正常工作。
所有的程控开关阀均带阀位检测、显示和报警功能。
程控调节是由开关信号和模拟信号组合运行的复杂控制,分三个步骤:
首先是顺序开关信号启动,然后进入自适应随动控制,最后由顺序开关信号关断或开启。
该功能用于保证变压吸附部分各关键压力变化能和理想曲线基本完全吻合。
从而保证变压吸附工况的稳定和优化。
(c)、参数优化控制
依据反应器温度的变化自动优化、调整装置的转化炉出口的温度。
依据原料气量的大小、原料气组成和产品纯度的变化自动地调整PSA单元的吸附循环时间,优化装置的运行状况,使装置在保证工艺安全、产品质量的前提下,还可以自动地获得最高的产品回收率、获得最佳的经济运行效益。
(d)、联锁控制
包括工艺参数联动调节,工艺参数操作联锁,产品质量联锁控制等。
(e)、动力设备监控
包括各类泵、压缩机等动力设备的流程显示、关键参数的监控、动力设备故障的报警和动作联锁。
(f)、管理功能
可以进行完善直观的工艺流程监控与动态显示,如故障自诊断,历史趋势,事故状态和各种操作记录及打印报表。
可以和工厂管理网络或INTERTNET联网,可将装置运行参数和数据上传至管理计算机用于工厂管理、调度和数字统计;
也可以通过INTERNET为用户提供远程技术支持。
(g)、故障诊断功能
控制系统可根据压力、阀位检测、产品纯度、温度、流量等参数自动对工艺或设备故障进行自动诊断、报警和联锁处理。
同时对控制系统自身的主要故障如CPU故障、通讯故障也可进行自诊断,并提出故障警告和安全处理。
2、安全仪表系统(SIS)
SIS系统是在发生事故的情况下确保人员和生产设施的安全,防止环境污染,将事故造成的影响限制到最小。
SIS通过对生产过程中的关键参数(压力、温度、液位、流量的高高和低低开关及火/气探测设备)过程工作状况进行连续监视,检测其相对于预定安全操作条件的变化。
当所检测的过程变量超过其安全限定值时,SIS系统立即对生产设备进行操作,也就是对生产设备实施自动关断,力争将生产过程设置成安全的状态,把发生恶性事故的可能性降到最低的程度,保护人员、生产设备、周边环境的安全。
本项目的安全仪表系统(SIS)独立设置,采用故障安全、容错型自动化系统,系统及其部件的安全等级应达到相关标准要求。
安全仪表系统(SIS)设1台工程师站(兼做辅操台)。
SIS与DCS进行实时数据通讯(MODBUS),在DCS操作站显示报警及打印。
SIS系统设计成故障安全、容错型自动化系统。
紧急关断系统关断后只有手动复位后才能恢复生产。
SIS系统及其部件的安全等级应达到SIL2。
根据工艺要求及安全等级,本装置独立设置的紧急停车及安全联锁系统(SIS),完成装置安全联锁,以保证装置的人员及设备安全、环境保护。
SIS采用可编程的冗余和容错型的逻辑控制器系统,TUV故障安全型,即正常时带电,失电时SIS动作。
用于SIS系统的电磁阀也应是长期带电工作的故障安全型。
当各单元重要位置的工艺参数越限(极限)、工厂内发生重大事故按下紧急停车按钮或来自火灾、可燃气报警系统FGS确认的信号时,触发所有装置内的紧急切断功能要求的阀门或设备,使装置处于安全状态。
SIS系统输入/输出点见下表4.5-2:
表2SIS系统输入/输出点表
模拟量输入
AI4~20mA.DC
模拟量输出
AO4~20mA.DC
备用
3、压缩机控制系统
本项目共设3台压缩机,各压缩机均配套控制系统,负责压缩机的正常启停控制及危险情况下的安全联锁保护,包括压缩机进、出口高低压报警和超限停机装置、润滑油系统油压过高、过低或油温过高的报警装置、冷却水系统温度报警和停机等。
同时压缩机控制系统能接收DCS系统发出的紧急停车指令,实现紧急停车功能。
每套压缩机控制系统均能通过MODBUS协议与DCS系统通讯,在DCS操作站上显示压缩机的各项参数。
4、可燃、有毒气体检测报警系统
本项目涉及的可燃气体包括氢气、天然气,有毒气体为一氧化碳,根据各工段可燃、有毒介质情况分别设置相应的检测报警装置。
装置共设有17套可燃气体检测报警装置和18套有毒气体检测报警装置,随时检测可燃、有毒气体的泄漏情况。
现场设置可燃、有毒气体探测器,控制室设置气体检测报警控制器,并发越限声光报警信号。
可燃气体探测器均带现场报警指示。
当可燃气体检测器检测浓度达到爆炸下限的20%时,或有毒气体检测器检测浓度达到30ppm时,现场及控制室均发出声光报警。
5、控制室
控制室设在公辅用房,此区域属于非爆炸、无火灾危险的区域。
控制室划分为操作室及机柜室,其中机柜室设置DCS机柜、SIS机柜及UPS电源,操作室设置操作员站、工程师站、打印机、可燃有毒气体报警控制器、火灾报警控制器等。
压缩机的控制系统随压缩机成套提供,安装在配电室内。
6、仪表供电
本项目电源供应采用1路UPS电源+1路市电的模式,由电气专业提供两路电源至控制室,由自控专业采用UPS电源馈送至各用电仪表,UPS电源由DCS系统成套,在突然停电的情况下,能满足报警、控制系统至少30分钟的用电需求。
需UPS供电的仪表系统包括DCS系统、SIS系统,UPS容量约15kVA;
可燃、有毒气体检测报警系统设备自带UPS电源。
7、仪表供气
仪表用气源采用洁净、干燥的压缩空气,用于仪表供气的气源需进行净化处理,(气源质量要求:
供气压力0.5~0.7MPa;
含尘粒直径<3μm;
含尘量应小于1mg/m3;
油份含量:
<8ppm)。
压缩空气总用气量约250m3/h,来自山东宝塔公司,在空压机事故状态下,应能保持仪表用气至少15分钟。
8、仪表接地
仪表及控制系统的外露导电部分正常时不带电,在故障、损坏或非正常情况时可能带危险电压,对这样的设备,均作保护接地。
为保证仪表及控制系统的可靠工作,仪表系统做工作接地,包括:
仪表信号回路接地、屏蔽接地;
安装DCS系统等设备的控制室,应做防静电接地。
所有信号回路及屏蔽层只有一点接地,不能浮空或重复接地,接地点在控制室一侧。
仪表系统各类接地应做等电位联结,与电气装置合用接地装置与大地连接,接地电阻不大于4Ω。
现场仪表表壳、仪表桥架、穿线金属保护管等均就近与接地装置可靠连接,保证所有仪表设备安全可靠运行。
9、仪表选型
根据整个生产过程的要求,选用仪表应技术先进,性能可靠,安装、维修方便。
一次仪表的选用要充分考虑被测介质的特性以及温度、压力等工况,所有仪表与被测介质接触部分的材质不得低于工艺管道或设备的材质。
爆炸危险场所仪表选用隔爆型仪表,防爆等级ExdⅡCT1以上。
仪表具体选型如下:
(a)、温度仪表
集中检测选用铂热电阻、热电偶(K、S)等。
就地检测选用抽芯式双金属温度计。
(b)、压力仪表
集中检测选用智能型压力变送器。
就地检测选用不锈钢压力表、不锈钢耐震压力表等。
(c)、流量仪表
集中检测选用涡街流量计、孔板流量计或质量(热式气体质量)流量计。
就地检测选用水平旋翼式水表、金属管浮子流量计。
(d)、液位测量
集中检测选用法兰液位变送器、差压变送器等。
就地检测选用磁翻柱液位计等。
(e)、分析仪表
可燃性气体检测仪表采用催化燃烧式可燃性气体检测变送器,有毒性气体检测仪表采用电化学式有毒性气体检测变送器,烟气氧含量分析采用氧化锆分析仪。
(f)、执行机构
选用气动执行机构,根据介质和工况的不同分别选用不同结构的调节阀、切断阀、程控阀。
10、自控专业安全设施一览表(表4.5-3~表4.5-7)
表3各工段仪表选用一览表
检测参数
仪表名称
防爆等级
数量
备注
温度检测
热电阻
ExdIICT4
双金属温度计
压力检测
压力变送器
压力表
35
39
流量检测
节流装置+差压流量变送器
液位检测
磁翻柱液位计(就地显示)
差压液位变送器
控制阀
气动调节阀
18
气动切断阀
热电偶
14
差压变送器
气动三通调节阀
13
分析仪表
氧化锆分析仪
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