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1、Prism膜分离器操作指南合成氨项目普里森 膜分离回收氢装置2008 年 5 月1目 录一. 技术说明1 膜分离工作原理 22 工艺流程描述 33 主要操作参数 44 物料平衡表 45 公用工程消耗表 4二. 操作指南 10 初始开车检查 520 仪 表 620 氮气置换 630 开车步骤 731 预处理开 732 PRISM 分离器开 940 停车步骤 105.0 正常运行 1060 附件 116 1 联锁说明 1162 报警及联锁设定 11 263 带控制点的工艺流程图（附图） 12一、技术说明1. 膜分离工作原理膜分离系统的工作原理就是利用一种高分子聚合物（Prism 膜通常是聚酰亚胺或
2、聚砜）薄膜来选择“过滤”进料气而达到分离的目的。当两种或两种以上的气体混合物通过聚合物薄膜时，各气体组分在聚合物中的溶解扩散系数的差异，导致其渗透通过膜壁的速率不同。由此，可将气体分为“快气”（如 H2O、H 2、He 等）和“慢气”（如 N2、CH 4及其它烃类等）。当混合气体在驱动力膜两侧相应组分分压差的作用下，渗透速率相对较快的气体优先透过膜壁而在低压渗透侧被富集，而渗透速率相对较慢的气体则在高压滞留侧被富集。各气体渗透量可表示为：Qi=(P/l)i.A.(Pxi-pyi)式中 Qi气体组分 i 的渗透量(P/l)i气体组分 i 的渗透系数A膜面积P原料气压力p 渗透气压力xi气体组分
3、i 在原料气中的体积分数yi气体组分 i 在渗透气中的体积分数从上式可以看出：膜的分离选择性（各气体组分渗透量的差异）、膜面积和膜两侧的分压差构成了膜分离的三要素。其中，膜分离的选择性取决于制造商选用的膜材料及制备工艺，是决定膜分离系统性能和效率的关键因素。Prism及其同系物 Cactus膜分离系统的核心部件是一构型类似于管壳式换热器的膜分离器，数万根细小的中空纤维丝浇铸成管束而置于承压管壳内。混合气体进入分离器后沿纤维的一侧轴向流动，“快气”不断透过膜壁而在纤维的另一侧富3集，通过渗透气出口排出，而滞留气则从与气体入口相对的另一端非渗透气出口排出。2 工艺流程描述高压弛放气（以下称原料气）
4、以压力 25.0MPa、温度 15进入普里森 膜氢气回收装置界区。原料气首先经一调节器 PV-101 减压至 12.1MPa (A), 然后进入洗氨塔 T-101 进行水洗。为确保系统稳定运行，设有高压报警。高压水泵 P-101（A-B）将水打到洗氨塔塔顶，由 FISA-103 监测水流量，并设有低流量报警、联锁，确保氨的水洗彻底。一台水泵工作，另一台作为备用泵，可使维修时不中断氢回收装置的运行。软水的流量对水洗效果至关重要。较高的氨含量对膜分离器会造成损害。洗氨塔内装有保证气/液充分接触的高效丝网填料，为保证洗氨塔液位恒定，防止仪表错误导致泛塔，特设塔底液位控制，由 LICA-101 自动控
5、制将氨水从洗氨塔塔底送出氢回收系统，并设有液位高、低报警，高、低联锁。控制洗氨塔的平稳运行，对膜分离器的寿命很重要。离开洗氨塔塔顶的原料气携带有少量的液沫，在洗氨塔的下游安装有一气/液分离器（V-101）用于除去夹带的雾沫。离开气/液分离器的原料气含有该温度、组成下的饱和水蒸汽。为避免水蒸汽在普里森膜分离器纤维表面凝结，同时为使分离器处于最优化的工作状态，设一进料加热器（E-101），将原料气加热升温至55。该加热器加热介质为低压蒸汽，通过 TICSA-101 进行温度调节，并设有原料气温度高、低报警及高、低联锁。在高压下，过高的温度可对膜分离器造成损害。原料气经加热器（E-101 ）加热到
6、55后，进入 PRISM 膜分离器 X-101x-y。每个 PRISM膜分离器可被看成外型类似一管壳式热交换器，膜分离器壳体由纤维束填充，类似于管束。原料气从下端侧面进入 PRISM膜分离器。在壳程与纤维芯侧恒定压差作用下，氢气扩散进入纤维。在原料气沿 PRISM膜分离器长度方向流动时，更多的氢气扩散进入纤维。从而在纤维芯侧得到一富氢产品称为渗透气，其压力为 2.1MPa; 在壳程得到一富含惰性气体的物流称为非渗透气，其压力由 PV-101C 控制减压到 2.5mPa 后直接送出界区。在开车期间或联锁情况下，设计有保护4性的旁路，将洗涤后的弛放气与膜分离器隔离。详见 6.0-报警、连锁说明。3
7、 主要操作参数 4 物料平衡表 物流名称 原料气 膜入口 非渗透气 渗透气Mole FracH2 56.69 59 16.3 95.93N2 18.92 19.7 40.3 1.85Ar 4.7 4.9 9.55 0.86CH4 15.69 16.3 33.84 1.17NH3 4 1PPM 1PPM 1PPMH2O - 0.1 79PPM 0.16流量 Nm3/h 10000 9611.2 4460.6 5150.6温度 15 55 54 53压力 (MPaA) 25.1 12 2.5 2.15 公用工程消耗表序 号 项 目 规 格 单 位 数 量 备 注1 低压蒸汽 0.5MPaG Kg/
8、h 100 连续2 电 220V/380V 50HZ KWh 15.5 连续3 仪表空气 0.6MPa,净化空气 Nm3/h 3 连续4 氮气 0.5Mpa、99.5,无油、无尘 Nm3/次 100 开停车使用5 脱盐水 0.4MPaG T/h 2.8 连续分 项 单 位 参 数原料气入装置温度 15原料气进组件温度 55渗透气出装置温度 53非渗透气出装置温度 54原料气进装置压力 MPaA 12.1渗透气压力 MPaA 2.1非渗透气压力 MPaA 2.55二. 操作指南1.0 初始开车检查1.1 机械部分 1.1.1 核对膜分离装置对外交接点与现场管路的联接是否适合，及管路规格是否匹配。
9、参照流程图核实管路的身份。核实洗氨塔与水泵之间，及洗氨塔与PRISM 膜分离器框架之间的管路联接是否正确。 1.1.2 移去所有放空及排净口处的密封片。 1.1.3 压力安全阀的设定启跳点已由生产厂调好，但建议在开车前由阀门车间对其设定启跳点再校验一次。再次安装安全阀时必须小心注意其位置，不要安错地方。并从此次开始就要填写维修周期表。 1.1.4 检查地脚螺栓、管道、法兰、螺栓等结构的完整性。1.1.5 吹扫界外去装置框架的交接点管路，并将各管路与装置隔离。在吹扫之前，在装置的交接点处安装盲法兰或法兰盖。要吹扫的关键管线如下： 物 流 交接点驰放气 T/1仪表空气 T/8脱盐水 T/10氨水
10、T/7蒸汽 T/5产品氢气 T/2非渗透气 T/31.1.6 将交接点 T/1、T/2、T/3 截断。用氮气加压对装置及现场管线进行试漏。在对现场管线进行压力试验期间，关闭膜分离器原料气旁通阀 KV114、KV115 以保护膜分离器。1.1.7 对高压水泵（P-101A/P-101B)进行运行前的准备:a. 向泵室及齿轮箱加入规定的润滑油。b. 按生产厂商说明检查或安装泵密封填料。6c. 检查调整泵体与驱动电机的同心度。d. 对驱动电机进行盘车，检查其是否运转灵活。1.1.8 向软水储槽（V-102）注水冲洗并排除沉淀、杂质。然后将 V-102 加满软化水。1.1.9 用水彻底冲洗氨塔液位调节
11、阀 LV-101，KV108/110/111 的通径较小，在开车期间很容易被冲出的机械碎屑堵塞。建议用户在阀前安装临时过滤网，以保护调节阀。待装置稳定运行半年后拆除过滤网。1.1.10 检查原料气加热器（ E-101）上的蒸汽和冷凝液管路是否畅通，注意疏水阀的动作是否适当。1.1.11 检查完后，将所有工艺阀门全部关好。（包括界外截止阀）1.1.12 去掉装置交接点处的盲板。 1.2 仪 表1.2.1 检查所有仪表接线是否正确无误。1.2.2 对所有调节阀进行行程调整，检查动作的满量程及方向。1.2.3 对所有仪表进行校验。检查现场温度表，压力表是否完整无损，指示适当。1.2.4 检查报警及联
12、锁功能，是否处于适当的设定值。报警及联锁设定值见 6.2。2.0 氮气置换为确保安全，整个系统在引入任何工艺气体之前，或在与大气相通之前须用氮气（或原料气）彻底置换，并按以下步骤进行： 2.1.1 检查并关闭 PRISM膜分离系统的所有工艺阀门。2.1.2 打开仪表切断阀（根阀）。所有压力表根阀打开后，压力指示为“0”，确保系统释压。 2.1.3 关闭非渗透气管路上阀 KV121、关闭氢气管路上的阀 KV119。 2.1.4 打开氮气管路的进口阀门（双阀）， 去掉两阀中间的盲板，向接口 T/6 处送氮气，慢慢给系统升压。当压力升至气源压力后，关闭氮气供应管路上的截止阀，停十分钟。 72.1.5 打开洗氨塔及气液分离器底部排污阀，吹扫并置换该设备。 2.1.6 打开 KV120，慢慢打开放空阀 KV125 给系统卸压，待压力接近 0MPa 时 ，关闭KV125。 2.1.7 再次打开进氮阀门，向系统供氮气，至气源压力，重复以上步骤 2 至 3 次，置换预处理部分，直至排出气体中氧含量低于工厂标准。2.1.8 打开膜分离器入口阀（KV115）。 2.1.9 再次打开进氮阀门，向系统供氮气，通过阀 KV115 慢慢控制升压速度不超过0.1MPa/min.，直至气源压力。
