变压吸附制氢工艺行业报告

变压吸附制氢工艺行业报告内容摘要：

24 6 氮 气 压力 MPa Nm3/次 500 间断 开 车 置换用 7) 装置的控制功能 基本控制功能 顺序控制 本装置的顺序控制功能要求对全部程控开关阀进行可靠的开关控制，保证各程控开关阀按照工艺给定的条件和顺序开关，实现 PSA 装置的正常切换工作。 所有程控开关阀均由进口防爆电磁阀驱动，所有程控阀均带阀位传感器。 计算机可随时监控、显示所有程控阀的动作情况，并可对程控阀故障进行自动报警和联锁处理。 顺序控制功能还可实现多种切塔和恢复的控制，运行多套程序。 均压速度调节 25 PSA 装置在运行过程中，吸附塔除在吸附状态外，都处在某种降压和升压过程中，这些过程中都要求气流均衡、稳定，特别是均压过程如果太快将严重影响吸附剂的使用寿命，因而本装置的程控阀门都具有开启速度调节功能，可控制均压的速度，保证吸附剂的长期使用。 回路调节 本装置控制系统的回路调节功能可实现可靠的 PID 调节、串级调节、分 程调节等多种控制功能，保证 PSA 系统的稳定可靠运行，所有控制回路均由计算机进行监控，参数修改方便。 并可自动对各参数的异常进行报警和联锁处理。 自适应随动控制 对于影响吸附效果的关键调节回路：产品气升压回路和冲洗控制回路采用自适应随动控 26 制，可使产品气升压过程和冲洗过程能随着其它吸附参数自动调整，始终符合工艺的理想调节曲线。 优化控制 控制系统的优化控制功能是可依据 PSA进料量的大小，和产品氢气的纯度自动地调整影响吸附的最主要参数：吸附循环时间参数，在保证装置产品的 纯度的同时保证装置的产量最大，使装置自动处于最佳运行状况。 联锁控制 控制系统的联锁控制可实现：压缩机故障时的自动保护，吸附塔故障时的自动联锁切除，压缩机或系统超压时自动联锁放空与保护，系统超温或燃气泄漏时的安全联锁，产品质量不合格时的联锁放空控制等。 压缩机控制 27 本装置压缩机的参数监控与调节由控制系统PLC 控制，监控参数包括：各级压力、温度监控、润滑油压力、温度监控联锁，压缩机出口压力调节，联锁放空调节等。 管理功能 本装置控制系统应实现如下的管理功能：可以进行完善直观的工艺流程监控与动态显示，显示画面为汉化显示，控制系统应具有故障自诊断功能，历史趋势记录功能，事故记录功能、各种操作记录功能、自动报表打印功能，本装置还应提供两级网络和三级管理功能，可与工厂管理系统进行联网。 显示与操作画面： 总貌图 工艺流程详图（多幅） 报警画面 28 调节回路棒图 参数设定 参数优化 阀门状态 阀门操作 动力设备监控 历史趋势（压力、流量、温度、液位、纯度等） 实时趋势（压力、流量、温度、液位、纯度等） 打印： 班报表 日报表 月报表 随机打印 故障记录打印 29 故障诊断功能 本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。 控制软件的功能 自适应随动调节 本装置的关键调节回路：产品气升压回路和冲洗控制回路采用自适应随动控制，其控制回路框图如下： 变压吸附自适应控制软件，可根据变化中变化的吸附时间参数 压力给定值曲线 PID 输出阀门开度 压力 启止压力点（实测值） 30 的工艺参数自动生成控制操作曲线，按此曲线自动控制变压吸附装置的冲洗和升压过 程，可最大限度地接近于理想过程。 故障塔切除与恢复控制软件 ①故障塔切除 在变压吸附装置运行过程中，如因阀门、控制线路、电磁阀等问题，使某塔不能正常工作时，就需要切掉一个塔，让其余的塔正常运行，保证生产不间断 ,以此类推可切除多个塔，系统仍能正常运行，这是提高变压吸附装置可靠性的一个关键，也是变压吸附控制技术的一个核心。 本系统可作从五塔到四塔的任意切换运行。 切塔过程如下： (根据压力、阀检、杂质超标等检测值进行三选二判断 )； 故障塔信号，关断该塔所有 31 程控阀，开始运行切塔后程序，并产生报警提示。 进行相关参数修改；。 ②切除塔恢复 当被切除塔修复之后，需要将其投入正常运行，但投入的时机不对将引起较大的波动，甚至出现故障，本软件能够自动找到最佳状态恢复，使系统波动最小。 恢复过程如下： a. 在故障处理完成后，操作人员发出塔恢复指令； b. 程序根据该塔状态，确定恢复的最佳步序，自动实现无扰动恢复切换； c. 自动建立切塔后的正常运行条件并自动 32 进行相关参数修改； d. 进入恢复塔后的正常运行状态。 控制系统配置 本装置控制主机按进口德国西门子 S7400系列 PLC 配上位监控站选型。 该 过程控制系统采用“全集成自动化”概念设计，能使各种各样不同的技术在一个用户接口下，用于一个有全局数据库的总体系统中，其范围从计算机技术、控制技术、过程可视化直至过程仪表和控制。 控制系统配置方案： 本装置控制系统采用 S7400 PLC 组成的冗余控制系统。 在这个系统中，含有 两个相同的中央控制器（包括 CPU 模板、电源模板和通讯 模 板 ）， 两 个 中 央 控 制 器 通 过 冗 余 的 33 PROFIBUSDP 网络分别访问分布式 I/O 站模板。 在无故障时两个中央控制器都处在运行状态并随时进行数据同步交换，同时也不断检测各自与 I/O站模板相连的 PROFIBUSDP总线电缆的通讯情况，一旦出现中央控制器故障或PROFIBUSDP 总线电缆通讯故障，正常工作的中央控制器能无扰动独立地接替过程的控制，将排除因控制系统偶然硬件故障而造成的装置停机，为装置平稳、安全、长期的运行打下基础。 上位监控与管理系统配置 上位监控 与管理系统由 2 个操作员站组成，其中 1 个兼 工程师站，它们包括计算机、显示器、打印机、声光报警元件和操作台等部分。 在每个操作员站上都能显示装置的全部流程图画面和进行控制操作，在正常生产时 2 个操作 34 员站可互为热备，这样就形成了可靠、先进的监控、操作、管理系统。 上位监控站选择美国 DELL 公司的 PIV 计算机。 显示器选用高性能的 19″ PHILIPS 纯平彩显，它能提供大的显示窗口和很高的分辨率，使画面显示更加清晰、操作更加准确。 打印机选用高性能的 HP 产 A4 激光黑白打印机，它既能快速完成日常生产中的报表打印和报警打印，又能 对流程图和历史趋势记录进行打印，帮助分析故障。 在采用冗余控制系统设计时，上位机上还装有 冗余通讯软件包 S7REDCONNECT，它可使上位监控与管理系统和 S7400 控制系统之间形成容错的 S7 通讯。 S7REDCONNECT 软件在运行过程中对控制系统的两根以太网通讯电缆进行实时监视，对故障电缆予以切换，保证显 35 示在操作员站上的信息是准确的和及时的，提高系统的安全性。 在兼做工程师站的上位机上还装有 SIMATIC WinCC （完全版）和 STEP 7 （有授权）。 仪表维护工程师可在工程师站上 方便地进行流程图画面修改、控制组态修改、控制程序修改等操作，完成后通过工业以太网就能对各个操作员站和 SIMATIC S7400 控制系统进行文件或程序更新，并能根据需要打印 SIMATIC S7400 控制系统的程序清单。 Windows 2020 和SIMATIC WinCC 的分级用户管理可以避免无关人员进入工程师环境，保证系统的安全和完整。 系统配置图如下： S7400 冗余控制系统示意图 36 控制点汇总 AI 点 汇 总 S7400冗余控制器 工业以太网 工程师站 兼操作员站 操作员站 I/O站 I/O站 I/O站 PR。