膜分离氢回收装置的信号报警及安全联锁系统设计

摘 要 随着国家工业生产的日益增涨，安全生产成为每个工厂的核心理念。对于化工行业来说，安全生产则是重中之重。膜分离氢回收装置占地面积小，操作流程简单，膜分离效果好，有信号报警和安全连锁系统为安全生产保驾护航。所以，膜分离氢回收装置在化工行业应用广泛，受到用户的极大欢迎。本文针对膜分离氢回收装置的特性，对于信号报警和安全联锁系统的设计进行了详细的阐述。

关键词 膜分离 氢气回收 信号报警 安全联锁

中图分类号：TP277 文献标识码：A

1膜分离氢回收装置的报警和联锁

膜分离氢回收装置的核心部件是中空纤维膜分离器。其内部结构就像一个列管式换热器。数万根中空纤维丝浇注成管束，再封装在钢制外壳内。中空纤维膜的膜丝是一种高分子材料，它的耐压能力有限；过高的温度会对膜丝造成损坏，使其能力下降；最重要的是，膜分离器严禁进入水和氨气。针对中空纤维膜的这些特性，为了保证其正常使用，所以在膜分离氢回收装置中做好信号报警及安全联锁系统设计，从而大大提高了膜分离装置的使用寿命。

膜分离氢回收装置的报警联锁通过现场的两位三通电磁阀来执行，本装置的所有调节阀都是气开调节阀门，电磁阀就安装在所有调节阀的供气主管路上，切断电磁阀的供电就会切断所有调节阀的供气，从而令调节阀全部关闭，阻断膜分离装置进气；另一个是切断水泵的供电，使水泵停止向洗氨塔打水。设计的任何一个联锁点，达到联锁值，设备就会联锁停车，调节阀全部关闭，同时水泵停止打水，二者同时动作。

2设计报警和联锁

根据膜分离氢回收装置的工艺流程的需要和中空纤维膜的特性，设计相应的报警值和联锁值。

2.1入膜前压力的高限报警值及联锁值的设定

在膜分离氢回收装置中，一般从厂家生产过来的原料气的压力比较大，而对于膜分离装置来说，为了达到最好的膜分离效果，原料气的压力和渗透气的压力必须达到一个临近的压力差值，压力差值不能超过11MPa。所以，根据厂家的渗透气管路的压力定值，计算出膜分离装置的系统操作压力。然后通过压力调节系统把原料气的压力降低，使压力差值降低。如果系统压力值过高，会把中空纤维膜完全压扁，使膜损坏。为了保证装置不超压，我们在此设定一个压力高限报警值及联锁值，通过压力变送器来检测压力信号，反馈到DCS系统进行分析运算；如果检测的压力值高与设定的压力值，系统会先声光报警，并同时联锁停车。

2.2洗氨塔的液位高低限报警值及联锁值

在膜分离装置运行的过程中，需要对原料气进行一系列的处理，例如：减压，升温，洗氨气等。根据中空纤维膜的特性，把原料气中的氨气洗掉也同样是非常重要的。所以，在整个工艺流程中，我们设计了一个洗氨塔，让原料气在的侧面进入，利用水泵打水，水进入洗氨塔的位置远远高于原料气的位置，这样水流向下，气流向上，二者逆向接触，根据氨气极易溶于水的特性，这样可以将气体中的氨气冲洗掉；洗去氨气的原料气继续进入下一个管路，而氨气跟水融合形成稀氨水，将通过排氨水管路流出供厂家利用。我们在洗氨塔配置了差压变送器，作为洗氨塔液位的检测传输装置，同时根据工艺要求设置了洗氨塔液位的高限报警值和联锁值。一旦洗氨塔里面的液位达到75%的时候，系统会报警；如液位持续升高到85%的时候，系统则会联锁停车。同时，在此也设置了液位低限报警值和液位低低限联锁值。当洗氨塔中的液位减低到25%的时候，系统会报警；如果持续降低到15%的液位的时候，系统会联锁停车。设置低限报警值和联锁值的目的，是防止洗氨塔一旦没有液位，高压的原料气会进入排出氨水的低压管道，造成危害。

2.3气液分离器的液位高限报警值及联锁值的设定

经过水洗去掉氨气的原料气进入膜分离装置中的气液分离器，进行第二次的气液分离，防止原料气中夹带水雾。所以，此处会设计一个液位测量点，用差压变送器作为检测元件，正常状态下，气液分离器中的液位显示值是0。在此处设计的联锁值为液位的50%。目的是防止膜分离装置进水，进入到中空纤维膜里，造成中空纤维膜的损坏，所以要联锁停车。

2.4入膜前温度的高限报警值及联锁值的设定

因为膜分离装置的核心部件为中空纤维膜，它的膜丝是高分子材料，其耐温能力有一定的限度。氢回收装置在运行过程中，利用低压饱和蒸汽给原料气升温，保证原料气进入中空纤维膜前，达到膜分离最佳分离效果的温度。在膜分离装置中测量温度的元件是一体化温度变送器，因为它的检测端有一个高压焊接套管，所以在其测量温度的时候存在滞后的问题，检测的温度会上下波动，有的时候其幅度会很大。根据这一点，我们将系统设计的温度报警值为55℃和温度联锁值为60℃，一旦温度变送器检测到的温度超标就能够迅速系统报警并且整个系统联锁停车。这样可以完全避免加热的温度过高，避免中空纤维膜损坏的结果发生。

3结语

根据中空纤维膜的特性，满足工艺流程的工艺指标，合理的设置膜分离装置的各项报警值和联锁值，会为膜分离装置的正常运行，为装置的使用安全，提供了良好的安全保障，也会为使用厂家带来不小的收益。

参考文献

[1] HG/T20509，仪表供电设计规定[S].

[2] HG/T20509，仪表供气设计规定[S].

[3] HG/T20511-200，信号报警、安全联锁系统设计规定[S].