利用三菱PLC实现煤制氢变压吸附的控制

吴晨辉

[摘 要]利用三菱PLC实现煤制氢变压吸附的控制。吸附塔是氢气变压吸附的主要设备，本装置变压吸附工艺采用5-1-3PSA工艺。文章的设计主要包括可编程控制器控制系统设计、系统硬件设计、系统软件设计以及最后的可编程控制器系统的调试。

[关键词]变压吸附；吸收塔；可编程控制器（PLC）

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

1 概 述

氢气在变压吸附分离过程中，每一个操作过程只有短暂的十几秒左右。就整个操作周期来说，也不过150秒左右，否则，周期太长就会影响装置的流量和纯度。因此控制要求既准确又可靠；另外，还要使这个周期能够安全合理的按照特定的规律运行，一定不能有错误或不符合规范的动作，也不允许存在周期间隔。用PLC程序控制恰能满足这两个要求。

2 变压吸附的工作原理及控制过程

本PSA提纯氢气装置是由五台吸附器（下简称A、B、C、D、E塔）、一台气液分离缓冲罐、一台产品缓冲罐、一台逆放气缓冲罐、一台燃烧气缓冲罐，分离后的气体进入吸附器（A、B、C、D、E）进行吸附，得到的产品氢气经过产品缓冲罐缓冲之后，经计量后到用户去。解析气大部分经逆放气缓冲罐和燃烧气缓冲罐缓冲调压后去导热油炉燃烧，小部分通过放空管放空。

2.1 基本工作步骤

变压吸附基本工作步骤分为吸附和再生两步。而再生又包括以下三步骤。

（1）吸附塔压力降至低压。首先是顺着吸附的方向进行降压（以下简称为顺向放压），接着是逆着吸附的方向进行降压（以下简称逆向放压）。顺向放压时，有一部分吸附剂仍处于吸附状态。逆向放压时，被吸附的杂质开始从吸附剂中大量解吸出来，解吸气送至解吸气缓冲罐用作预处理系统的再生气源。

（2）在低压下用产品气冲洗吸附剂，可以清除尚残留于吸附剂中的杂质。

（3）吸附塔升到吸附压力，以准备再次分离原料气。本装置变压吸附工艺采用5-1-3PSA工艺。即装置由5个吸附塔组成，采用3次均压变压吸附过程。其工艺过程主要由吸附（A）、三次均压降压（E1D-E3D）、顺放（PP）、逆放（D）、冲洗（P）、三次均压升压（E3R-E1R）和产品的最终升压（FR）等步骤组成。五个吸附塔在执行程序的安排上相互错开，构成一个闭路循环，以保证原料连续输入和产品不断输出。

2.2 工艺流程

2.2.1 吸附（A）

开启KV201a，KV202a；来自气液分离缓冲罐的转化气通过阀KV201a自下而上进入A塔，在工作压力下吸附杂质组份，未被吸附的产品组份，通过阀KV202a流出，其中大部分作为产品从本系统中输出，部分通过阀HV201，KV206b向B塔进行最终升压。吸附完毕，关闭阀KV201a，停止进原料气，同时阀KV202a亦无产品气输出，自动关闭。

2.2.2 一均降压（E1D）

开启KV206a；A塔停止吸附后，与刚结束二均升压步骤的C塔以出口端相连，即通过阀KV206a、KV206c与C塔进行第一级压力平衡，A塔压力降低。均压后A、C塔压力基本相等。关闭KV206a。

2.2.3 二均降压（E2D）

开启KV204a；A塔经一均降压后的气体通过阀KV204a、KV206d与D塔以出口端相连，进行第二级压力平衡，A塔压力再一步降低，直至两塔压力基本相等。关闭阀KV204a，KV206d。

2.2.4 三均降压（E3D）

开启阀KV204a；A塔生剩余的气体通过阀KV204a、KV204e与E塔以出口端相连，进行第三级压力平衡，A塔压力再一步降低，直至两塔压力基本相等。关闭阀KV204e。

2.2.5 顺向放压（PP）

继续开启KV204a；A塔完成三次降压后，塔内剩余气体仍顺着出品方向通过阀KV204a，阀KV207与顺放缓冲罐进行均压。当压力平衡后，停止顺放，进行下一步骤。关闭阀KV204a，阀KV207。

2.2.6 逆向放压（D，简称：逆放）

开启阀KV203a；A塔剩余的气体从塔的入口端经过阀KV203a，进入解析气罐，使吸附剂得到再生。逆放完毕后，A塔压力降为0.02Mpa。

2.2.7 冲洗（P）

继续开启阀KV203a；A塔逆放后，尚残留在塔内的杂质是利用顺放缓冲罐顺放气，通过阀KV207、HV202和KV205a从A塔出口端进入A塔，自上而下地对A塔床层进行冲洗，使塔内杂质进一步脱附，同时打开阀KV208，使冲洗气进入燃烧气缓冲罐。冲洗一段时间后关闭阀KV208，同时打开KV209，通过放空管放空，使杂质脱附彻底。关闭阀KV203a、KV207、KV209、KV205a。

2.2.8 三均升压（E3R）

开启阀KV204a；当A塔冲洗后，与刚结束二均压降的B塔以出口端相连，通过阀KV204b、KV204a与A塔以出口端相连，进行第三级压力平衡，A塔压力升高直至两塔压力基本相等。关闭阀KV204a。

2.2.9 二均升压（E2R）

开启阀KV204a；A塔完成三均升压后，与刚结束一均降压的C塔以出口羰相连，通过阀KV204c、KV204a与A塔以出口端相连，进行第二级压力平衡，A塔压力升高，直至两塔压力基本相等。

2.2.10 一均升压（E1R）

开启阀KV206a；在A塔完成二均升压后，与刚结束吸附的D塔以出口端相连，通过阀KV206d、KV206a与A塔以出口端相连，进行第一级压力平衡，A塔压力进一步升高，直至两塔压力基本相等。

2.2.11 最终升压（FR，简称：终充）

3.1.2 人员操作过程不规范

变电工作人员是整个变电设备运行中的直接操作者，是整个变电运作的核心。他们的整体素质、安全防范意识、操作熟练度以及规范度都将直接关乎整个变电运行工作的安全性和稳定性。[5]一方面，因为变电站的需要操控的设备繁多，导致变电工作人员工作次数频繁，但其劳动形式单一，却容易导致变电工作人员丧失工作热情、实际操作中注意力不集中，进而造成操作失误。另一方面，由于一些操作人员缺乏对于变电工作的了解，加之安全意识薄弱、工作态度不严谨、对操作程序不严格执行等，都会大大增加安全事故发生的可能性。

3.1.3 安全管理工作不到位

安全管理工作不到位是造成变电设备工作安全问题的重要原因，主要表现在安全管理工作不科学、不规范。由于缺乏科学的设计，管理制度上存在着安全漏洞，例如安全事故责任划分不清，领导混乱；领导层对员工的安全教育培训不重视，往往以走过场的形式组织安全教育，员工在安全意识、安全技能方面都十分匮乏。一线操作人员是保障变电设备安全运行的关键，但是心无大局，对于安全意识以及安全问题造成的后果没有明确的意识，对于安全工作往往是应付了事；监督人员没有按照规定行使好监督责任，没有及时地做好每日的安全监督记录工作，存在着监督无用的错误想法。这些现象都表明了安全工作只停留在制度层面，而安全管理工作疏忽大意，体现了管理者管理能力、水平仍有待提高。在这种管理状态下，很可能导致安全事故的进一步恶化。

3.2 变电设备安全防范措施

针对变电设备运行中存在的这些主要安全问题，我们需要采取合理的安全防范措施，才能减少甚至根除种种安全隐患。

首先，从人员层面，我们要加强变电运行人员的安全思想教育，让操作人员深刻意识到安全操作的重要性，同时加强员工素质，对变电运行操作人员进行岗前培训，在熟悉设备性能和设备操作流程的基础上，加强其操作的熟练度，培养操作规范性，并使其学会鉴别异常现象和设备维护工作。

其次，从设备层面，我们要增强设备管理，除了每天的例巡检查外，还需要对设备进行不同的等级检查，以便掌握设备的真实运行状况，根据检查结果和实际情况做出快速、有效的综合判断，并及时维修或更换故障设备。在引进新设备时，要从各个阶段对设备质量、运行安全严格把关，依靠在线诊断系统等技术对设备进行实时的检测和评价。

最后，从制度层面，我们要完善管理制度，加强监督机制，对参与变电运行的所有工作人员落实其岗位责任，实行定岗定员制度，同时加强交接班时的安全工作，做到准时交接，记录详细，在交接班时也要注意对口交接，并对现场做进一步的巡查。

4 结 论

输电工程和变电工程是电力供应中的重要且复杂的环节，两者的安全与稳定，是我国电力系统正常运行的关键保障，更是我国经济发展的重要保障工作之一。因此，为了保障变电设备安全运行，这就需要我们各部门的共同合作，加强安全意识培训，提高变电工作人员工作能力，增强其责任意识，严格按照相关规定操作电力设备，及时检修和更换设备，做到防患于未然。在保障输电设备安全运行的过程中，我们需要准确、全面、细致地识别其故障模式，对症下药，推动我国电力行业持续、健康发展。

参考文献：

[1]李盛盛.输电设备状态监测主站系统的设计与开发[J].电力信息与通信技术，2010，8（11）：14-18.

[2]李涛，马薇，黄晓蓓.基于全寿命周期成本理论的变电设备管理[J].电网技术，2008，32（11）：50-53.

[3]徐兴德.输电线路运行中存在的主要问题与维护管理措施[J].科技与创新，2014（17）：36-37.

[4]张兵.输电线路运行中的安全隐患管控及预防对策探析[J].科技创业家，2012（21）.

[5]余令勇，汪红利.试论变电运行安全管理与事故的防范[J].广东科技，2012，21（24）：80-81.