本发明涉及天然气重整制氢生产技术领域。
背景技术：
目前的天然气重整制氢系统的结构，主要包括：安装在设备安装壳体中的重整器、一氧化碳转换器、变压吸附器，重整器上连接有一对缓冲储罐——燃烧用天然气缓冲储罐和反应用天然气缓冲储罐，一对缓冲储罐的输入端均与天然气输送总管相连通，原料天然气由天然气输送总管输入，燃烧用天然气缓冲储罐的输出端与重整器的壳体内的燃烧器相连通，反应用天然气缓冲储罐的输出端通过脱硫机构与重整器内的反应器相连通；重整器上还设置有水蒸气输入管和空气进气管，水蒸气输入管与重整器内的反应器相连通，空气进气管与重整器的壳体内部相连通，重整器的输出端与一氧化碳转换器相连通，一氧化碳转换器的输出端连通至变压吸附器。
在目前的天然气重整制氢系统的制氢的过程中经常会出现硫含量偏高故障、成品氢气流量偏低故障。目前应上述故障的处理方式为：人工紧急停机后进行设备维修，从而解除故障。这种解除故障的弊端在于：每次出现故障都要停机进行维修处理，这大大影响了生产效率。
技术实现要素：
本发明的目的是：提供一种天然气重整制氢系统中的故障自动解除装置，其能在不停机的情况下自动解除故障。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：天然气重整制氢系统中的故障自动解除装置，包括设置在重整器的反应用天然气输入管上的脱硫后天然气成分监测设备，设置在变压吸附器输出端的成品氢气流量监测设备、用于解除硫含量偏高故障的第一故障处理机构、用于解除成品氢气流量偏低故障的第二故障处理机构、以及信号处理控制模块；脱硫后天然气成分监测设备、成品氢气流量监测设备、第一故障处理机构、第二故障处理机构均与信号处理控制模块通信连接；信号处理控制模块根据脱硫后天然气成分监测设备的监测信号判断发生硫含量偏高故障时，发出指令至第一故障处理机构使其解除该故障；信号处理控制模块根据成品氢气流量监测设备的监测信号判断发生成品氢气流量偏低故障时，发出指令至第二故障处理机构使其解除该故障；所述的第一故障处理机构包括：由至少两条脱硫管路并联设置形成的脱硫机构，每条脱硫管路上均设置有一个脱硫器，每个脱硫器的输入管上均设置有脱硫器电动流量调节阀，所有脱硫器的输入管汇聚形成脱硫机构的输入端，所有脱硫器的输出管汇聚形成脱硫机构的输出端，脱硫机构的输入端与反应用天然气缓冲储罐的输出端相连通，脱硫机构的输出端与重整器的反应用天然气输入管相连通，脱硫器电动流量调节阀开启的脱硫管路为工作脱硫管路，脱硫器电动流量调节阀关闭的脱硫管路为备用脱硫管路；所述的第二故障处理机构包括：设置在反应用天然气缓冲储罐的输入管上的反应用天然气缓冲储罐电动流量调节阀和反应用天然气缓冲储罐流量计。
进一步地，前述的天然气重整制氢系统中的故障自动解除装置，其中，还包括设置在天然气重整制氢系统的电源总电路中的用于监测电源总电路通断的电路监测设备、用于解除电源总电路断电故障的断电故障处理机构，电路监测设备、断电故障处理机构均与信号处理控制模块通信连接，电路监测设备将监测信号发送至信号处理控制模块，信号处理控制模块根据电路监测设备的监测信号判断发生电源总电路断电故障时，发出指令至断电故障处理机构使其执行安全停机步骤，所述的断电故障处理机构包括：能为天然气重整制氢生产系统提供电力的备用电源、以及惰性气体储罐，惰性气体储罐上设置有惰性气体输出管，惰性气体输出管连通至脱硫机构，惰性气体输出管上设置有惰性气体电动流量调节阀；设置在天然气输送总管上的天然气总阀；设置在脱硫机构输入端的脱硫放散管路，脱硫放散管路上设置有脱硫放散阀，在每条脱硫管路上均设置有脱硫管路压力表；设置在设备安装壳体上的强制风扇；安全停机步骤包括：第一步，开启备用电源；第二步，关闭天然气输送总管上的天然气总阀，从而切断原料天然气供应，使得整个天然气重整制氢系统停止加热；第三步，打开脱硫放散阀，使得工作脱硫管路上的脱硫器内的气体通过脱硫放散管路排出；打开强制风扇；第四步，打开惰性气体电动流量调节阀使得惰性气体储罐向脱硫机构中工作脱硫管路上的脱硫器中充入惰性气体，从而对工作脱硫管路上脱硫器内的催化剂进行保护，再然后关闭脱硫放散阀，当工作脱硫管路上的脱硫管路压力表的压力显示为1.5mpa时，分别关闭惰性气体电动流量调节阀从而停止充入惰性气体；第四步，关闭天然气重整制氢系统的生产控制系统软件，然后关闭电源。
更进一步地，前述的天然气重整制氢系统中的故障自动解除装置，其中，所述的信号处理控制模块包括plc和计算机，脱硫后天然气成分监测设备、成品氢气流量监测设备、电路监测设备的监测信号均发送至plc中，plc将监测信号转换成对应的实测值后发送至计算机，计算机中预设有与每项实测值分别相对应的预设值，计算机将实测值与对应的预设值进行比较，当某项实测值超出对应的预设值范围时，计算机判断发生与该项实测值相对应的故障；计算机判断发生硫含量偏高故障时，计算机通过plc发指令至第一故障处理机构使其解除该故障；计算机判断发生成品氢气流量偏低故障时，计算机通过plc发指令至第二故障处理机构使其解除该故障；计算机判断发生电源总电路断电故障时，计算机通过plc发指令至断电故障处理机构使其执行安全停机步骤。
再进一步地，前述的天然气重整制氢系统中的故障自动解除装置，其中，第一故障处理机构中每条脱硫管路上的脱硫器电动流量调节阀均与plc通信连接；计算机判断发生硫含量偏高故障时，计算机通过plc发指令至工作脱硫管路上的脱硫器电动流量调节阀、和/或备用脱硫管路上的脱硫器电动流量调节阀，使得工作脱硫管路上的脱硫器电动流量调节阀增大开度，和/或备用脱硫管路上的脱硫器电动流量调节阀打开至一定开度，从而增大脱硫机构脱硫处理量，以解除硫含量偏高故障。
再进一步地，前述的天然气重整制氢系统中的故障自动解除装置，其中，第二故障处理机构中的反应用天然气缓冲储罐电动流量调节阀和反应用天然气缓冲储罐流量计分别与plc通信连接，计算机判断发生成品氢气流量偏低故障时，计算机通过plc发指令至至天然气缓冲储罐电动流量调节阀，使得反应用天然气缓冲储罐电动流量调节阀增大开度，从而增大反应用天然气的输入量，以解除成品氢气流量偏低故障。
进一步地，前述的天然气重整制氢系统中的故障自动解除装置，其中，脱硫后天然气成分监测设备为气相色谱仪。
进一步地，前述的天然气重整制氢系统中的故障自动解除装置，其中，成品氢气流量监测设备为成品氢气流量计。
进一步地，前述的天然气重整制氢系统中的故障自动解除装置，其中，用于监测电源总电路通断的电路监测设备为断电检测器。
本发明的优点是：一、当发生硫含量偏高故障或成品氢气流量偏低故障时，信号处理控制模块能分别根据脱硫后天然气成分监测设备以及成品氢气流量监测设备的监测信号迅速做出故障判断，并迅速发指令至第一故障处理机构或第二故障处理机构，使其在不停机的情况下迅速自动解除故障，这大大提高了制氢生产效率。二、一旦发生电源总电路断电故障，信号处理控制模块则会通过电路监测设备的监测信号，迅速做出故障判断，并迅速发出指令开启备用电源，在备用电源提供电力的情况下使得断电故障处理机构进行安全停机步骤，安全停机步骤中惰性气体储罐上会向脱硫机构中的脱硫器内中充入惰性气体进行催化剂保护，这能有防止脱硫器中的催化剂受污染，从而有效节约了生产成本。
附图说明
图1是本发明所述的天然气重整制氢系统中的故障自动解除装置中各监测设备与故障处理机构的安装结构示意图。
图2是本发明所述的天然气重整制氢系统中的故障自动解除装置中备用电源、设备安装壳体中强制风扇的安装结构示意图。
图3是本发明所述的天然气重整制氢系统中的故障自动解除装置的工作原理流程图。
具体实施方式
下面结合附图和优选实施例对本发明作进一步的详细说明。
为了对本发明所述的天然气重整制氢系统中的故障自动解除装置作较清晰地描述，下面先对天然气重整制氢系统的结构做相关介绍。
如图1所示，天然气重整制氢系统的结构，主要包括：设备安装壳体200，设备安装壳体200中设置有重整器1、一氧化碳转换器2、变压吸附器3。重整器1上连通有一对缓冲储罐——燃烧用天然气缓冲储罐4和反应用天然气缓冲储罐5，一对缓冲储罐的输入端均与天然气输送总管6相连通，具体的：燃烧用天然气缓冲储罐4的输入管41与天然气输送总管6相连通，反应用天然气缓冲储罐5的输入管51与天然气输送总管6相连通。原料天然气由天然气输送总管6输入，燃烧用天然气缓冲储罐4的输出端连通至重整器1上的燃烧用天然气进气管11，燃烧用天然气进气管11与重整器1壳体内部的燃烧器相连通。反应用天然气缓冲储罐5的输出端与脱硫机构7的输入端71相连通，脱硫机构7的输出端72与重整器1上的反应用天然气输入管12相连通，反应用天然气输入管12与重整器1内的反应器相连通。重整器1上还设置有水蒸气输入管14和空气进气管13，水蒸气输入管14与重整器1内的反应器相连通，空气进气管13与重整器1的壳体内部相连通。重整器1输出端的重整器输出管路17与一氧化碳转换器2相连通，一氧化碳转换器2上设置有用于调节温度的夹套层，一氧化碳转换器2的夹套层上连接有导热介质回路21，一氧化碳转换器2输出端的一氧化碳转换器输出管路23连通至变压吸附器3，变压吸附器3的输出端设置有氢气输出管31。
天然气重整制氢系统的工作原理介绍如下：原料天然气由天然气输送总管6分别输入至燃烧用天然气缓冲储罐4和反应用天然气缓冲储罐5，燃烧用天然气缓冲储罐4中的燃烧用天然气进入至重整器1的壳体内部进行燃烧从而为重整器1内反应器中的反应提供热能，燃烧过程中的助燃空气通过空气进气管13进入重整器1的壳体内。反应用天然气缓冲储罐5中的反应用天然气先进入脱硫机构7中脱硫，脱硫后的天然气从反应用天然气输入管12进入至重整器1内的反应器中，同时反应用的水蒸气由水蒸气输入管14进入至重整器1的反应器中，重整器1内的反应器中反应生成的一次重整气从重整器1输出端的重整器输出管路17输出至一氧化碳转换器2中进行进一步反应，一氧化碳转换器2反应生成的转换气从一氧化碳转换器2的输出端进入至变压吸附器3中净化，变压吸附器3净化生成超纯氢气即成品氢气，成品氢气从变压吸附器3输出端的氢气输出管31向外输出。
本发明所述的天然气重整制氢系统中的故障自动解除装置，包括设置在重整器1的反应用天然气输入管12上的脱硫后天然气成分监测设备106，设置在变压吸附器3输出端的成品氢气流量监测设备108、设置在天然气重整制氢生产系统的电源总电路100中的用于监测电源总电路通断的电路监测设备1001、用于解除硫含量偏高故障的第一故障处理机构、用于解除成品氢气流量偏低故障的第二故障处理机构、用于解除电源总电路断电故障的断电故障处理机构、以及信号处理控制模块。本实施例中所述的脱硫后天然气成分监测设备为气相色谱仪，成品氢气流量监测设备108为成品氢气流量计，所述的成品氢气流量计安装在变压吸附器3输出端的氢气输出管31上，电路监测设备1001为断电检测器。
脱硫后天然气成分监测设备106、成品氢气流量监测设备108、电路监测设备1001、第一故障处理机构、第二故障处理机构、断电故障处理机构均与信号处理控制模块通信连接。脱硫后天然气成分监测设备106、成品氢气流量监测设备108、电路监测设备1001分别将监测信号发送至信号处理控制模块，信号处理控制模块根据脱硫后天然气成分监测设备106的监测信号判断发生硫含量偏高故障时，发出指令至第一故障处理机构使其解除该故障。信号处理控制模块根据成品氢气流量监测设备108的监测信号判断发生成品氢气流量偏低故障时，发出指令至第二故障处理机构使其解除该故障。信号处理控制模块根据电路监测设备1001的监测信号判断发生断电故障时，发出指令至断电故障处理机构使其执行安全停机步骤。
本实施例中所述的信号处理控制模块包括plc和计算机，脱硫后天然气成分监测设备106、成品氢气流量监测设备108、电路监测设备1001的监测信号均发送至plc，plc将监测信号转换成对应的实测值后发送至计算机，计算机中预设有分别与每项实测值相对应的预设值，计算机将实测值与对应的预设值进行比较，当某项实测值超出对应的预设值范围时，计算机判断发生与该项实测值相对应的故障。计算机判断发生硫含量偏高故障时，计算机通过plc发指令第一故障处理机构使其解除该故障。计算机判断发生成品氢气流量偏低故障时，计算机通过plc发指令第二故障处理机构使其解除该故障。计算机判断发生断电故障时，计算机通过plc发出指令至断电故障处理机构使其执行安全停机步骤。
所述的第一故障处理机构，包括：由至少两条脱硫管路并联设置形成的脱硫机构7，每条脱硫管路上均设置有一个脱硫器70，每个脱硫器7的输入管上均设置有脱硫器电动流量调节阀701，所有脱硫器70的输入管汇聚形成脱硫机构7的输入端71，所有脱硫器70的输出管汇聚形成脱硫机构7的输出端72，脱硫机构7的输入端与反应用天然气缓冲储罐5的输出端相连通，脱硫机构7的输出端72与重整器1的反应用天然气进气管12相连通，脱硫器电动流量调节阀701开启的脱硫管路为工作脱硫管路，脱硫器电动流量调节阀701关闭的脱硫管路为备用脱硫管路。脱硫管路的数量可以根据实际需要设置。每条脱硫管路上的脱硫器电动流量调节阀701均与plc通信连接。当计算机判断发生硫含量偏高故障时，计算机通过plc发指令至工作脱硫管路上的脱硫器电动流量调节阀701、和/或备用脱硫管路上的脱硫器电动流量调节阀701，使得工作脱硫管路上的脱硫器电动流量调节阀701增大开度，和/或备用脱硫管路上的脱硫器电动流量调节阀701打开至一定开度，从而增大脱硫机构脱硫处理量，以此自动解除硫含量偏高故障。即：通过增加工作脱硫管路数量，同时或者单独增大工作脱硫管路中脱硫器电动流量调节阀701的开度，从而提高脱硫处理量。
所述的第二故障处理机构，包括：设置在反应用天然气缓冲储罐5的输入管51上的反应用天然气缓冲储罐电动流量调节阀511和反应用天然气缓冲储罐流量计512。反应用天然气缓冲储罐电动流量调节阀511和反应用天然气缓冲储罐流量计512均与plc通信连接。计算机判断发生成品氢气流量偏低故障时，计算机通过plc发指令至反应用天然气缓冲储罐电动流量调节阀511，使得反应用天然气缓冲储罐电动流量调节阀511增大开度，从而增大反应用天然气的流量，以解除成品氢气流量偏低故障。反应用天然气缓冲储罐流量计512用于监测反应用天然气缓冲储罐5的输入管51中反应用天然气的流量。
所述的断电故障处理机构包括：能为天然气重整制氢生产系统提供电力的备用电源9、以及惰性气体储罐8，惰性气体储罐8上设置有惰性气体输出管83，惰性气体输出管83连通至脱硫机构7，惰性气体输出管83上设置有惰性气体电动流量调节阀831；设置在天然气输送总管6上的天然气总阀61；设置在脱硫机构7输入端71的脱硫放散管路73，脱硫放散管路73上设置有脱硫放散阀731，在每条脱硫管路73上均设置有脱硫管路压力表702；设置在设备安装壳体200上的强制风扇201。惰性气体电动流量调节阀831、天然气总阀61、脱硫放散阀731、脱硫管路压力表702、强制风扇201均与plc通信连接。安全停机步骤具体包括：第一步，开启备用电源9，备用电源9为天然气重整制氢系统提供电力；第二步，关闭天然气输送总管6上的天然气总阀61，从而切断原料天然气供应，使得整个天然气重整制氢系统停止加热；第三步，打开脱硫放散阀731，使得工作脱硫管路上的脱硫器70内的气体通过脱硫放散管路73排出；另外，打开强制风扇201，从而对设备安装壳体200进行通风，为了提高通风效果，可将强制风扇开至最大；第四步，打开惰性气体电动流量调节阀831使得惰性气体储罐8向脱硫机构7中工作脱硫管路上的脱硫器70中充入惰性气体，从而对工作脱硫管路上脱硫器70内的催化剂进行保护，再然后关闭脱硫放散阀731，当工作脱硫管路上的脱硫管路压力表702的压力显示为1.5mpa时，分别关闭惰性气体电动流量调节阀从而停止充入惰性气体；第四步，关闭天然气重整制氢系统的生产控制系统软件，然后关闭电源。
为了对本发明所述的天然气重整制氢系统中的故障自动解除装置做进一步地详细说明，下面给出具体的故障处理实施例。
实施例一：硫含量偏高故障。
脱硫后天然气成分监测设备106将监测信号发送至plc，plc将监测信号转换成实测值发送至计算机，计算机获得脱硫后的天然气硫含量实测值：s实测=8ppb，计算机中预设有脱硫后的天然气硫含量的预设值s设定=4ppb，根据s实测＞s设定，计算机判定发生硫含量偏高故障。本实施例通过以下方法进行计算。
根据△s=8-4=4ppb，计算机判断需要增加一倍的脱硫处理量。
计算机通过plc发指令至一条备用脱硫管路上的脱硫器电动流量调节阀701，使该条备用脱硫管路上的脱硫器电动流量调节阀701打开至一定开度，从而使该条备用脱硫管路上的脱硫器70开始脱硫工作，该备用脱硫管路上的脱硫器电动流量调节阀701与已处于工作状态的工作脱硫管路上的脱硫器电动流量调节阀701的开度相同，这样脱硫机构7的脱硫处理量就比之前增加一倍，硫含量偏高故障自动解除。
实施例二：成品氢气流量偏低故障。
成品氢气流量监测设备108将监测信号发送至plc，plc将监测信号转换成实测值发送至计算机，计算机获得成品氢气流量的实测值v实测=55m3/h；计算机中预设有成品氢气流量的预设值v预设=60m3/h，根据v实测＜v预设，计算机判定发生成品氢气流量偏低故障。本实施例通过以下方法进行计算。
计算v调整=△v/б=1.7m3/h。
式中△v为成品氢气流量预设值与实测值的差值；б为1nm3天然气转换成氢气的体积系数，б=3。
计算机判断需要增加反应用天然气流量。计算机通过plc发指令至反应用天然气缓冲储罐电动流量调节阀511，使得反应用天然气缓冲储罐电动流量调节阀511增大开度，从而增大反应用天然气的流量，以解除成品氢气流量偏低故障。
本发明的优点在于：一、当发生硫含量偏高故障或成品氢气流量偏低故障时，信号处理控制模块能根据脱硫后天然气成分监测设备106以及成品氢气流量监测设备108的监测信号迅速做出故障判断，并迅速发指令至第一故障处理机构或第二故障处理机构，使其在不停机的情况下迅速自动解除故障，这大大提高了制氢生产效率。二、一旦发生电源总电路断电故障，信号处理控制模块则会通过电路监测设备的监测信号，迅速做出故障判断，并迅速发出指令开启备用电源，在备用电源提供电力的情况下使得断电故障处理机构进行安全停机步骤，安全停机步骤中惰性气体储罐上会向脱硫机构7中的脱硫器70内中充入惰性气体进行催化剂保护，这能有防止脱硫器70中的催化剂受污染，从而有效节约了生产成本。