制氫裝置三查四定問題探究及對策

摘 要：文章闡述了中石油云南石化有限公司制氫聯(lián)合裝置在三查四定工作中出現(xiàn)的一些問題，如：中壓蒸汽暖管線的安全隱患、鍋爐給水的回流方向、轉(zhuǎn)化爐對流段的測溫位置、轉(zhuǎn)化爐爐管入口的保溫情況等，并根據(jù)基礎(chǔ)設(shè)計公司Technip和詳細(xì)設(shè)計公司HQC的共同建議，對制氫裝置中存在的可能影響開工進(jìn)程的問題進(jìn)行了分析討論，根據(jù)各方的討論結(jié)果制定了一系列解決對策，消除了開工隱患，為裝置一次性試車成功奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：制氫裝置；三查四定；開工；隱患

1 概述

制氫聯(lián)合裝置為中石油云南石化有限公司1300萬噸/年煉油項目新建裝置，核心造氣部分采用Technip的烴類水蒸氣轉(zhuǎn)化技術(shù)，氫氣提純采用四川天一科技的變壓吸附技術(shù)，由中國寰球工程公司（HQC）做詳細(xì)設(shè)計，指導(dǎo)建設(shè)了12萬Nm3/h和5萬Nm3/h兩套制氫裝置。本裝置采用烴類水蒸氣轉(zhuǎn)化法制氫，以天然氣、液化氣及PSA解吸氣作為原料，經(jīng)加氫脫硫反應(yīng)、預(yù)轉(zhuǎn)化反應(yīng)、轉(zhuǎn)化反應(yīng)、高變反應(yīng)制得粗氫，再經(jīng)冷卻脫水后進(jìn)入變壓吸附裝置（PSA）進(jìn)行提純，所得氫氣純度高于99.9%，一氧化碳和二氧化碳含量不大于20ml/m3。

2 三查四定中出現(xiàn)的問題

2.1 中壓蒸汽暖管線的安全隱患

本裝置采用雙套自產(chǎn)蒸汽系統(tǒng)，工藝蒸汽系統(tǒng)所產(chǎn)蒸汽全部用作蒸汽轉(zhuǎn)化用汽，不足部分由清潔蒸汽系統(tǒng)所產(chǎn)蒸汽補(bǔ)充，清潔蒸汽過剩部分外輸至蒸汽管網(wǎng)。

在配汽過程中，需先開放空線泄放蒸汽以起到暖管作用，防止蒸汽管線發(fā)生水擊。兩段配汽閥前分別設(shè)置有DN80和DN50的放空管線，放空口彎曲，布置于裝置框架外側(cè)。由于本裝置所產(chǎn)中壓蒸汽為3.8MPa、420℃的高溫蒸汽，在進(jìn)行泄放時，蒸汽不能得到及時冷凝，從而會攜帶部分高溫凝液從放空口排出，容易對操作員造成人身傷害。

2.2 鍋爐給水的回流方向

自裝置外來的除鹽水預(yù)熱至90℃左右進(jìn)入除氧器除氧，再經(jīng)鍋爐給水泵送至鍋爐給水預(yù)熱器E-3104，進(jìn)而送至清潔蒸汽汽包D-7501，再循環(huán)至轉(zhuǎn)化蒸汽發(fā)生器E-3001，產(chǎn)生飽和蒸汽。在Technip的基礎(chǔ)設(shè)計中，要求鍋爐水能夠從D-7501自流至E-3104，確保故障情況下，E-3104不會發(fā)生干燒。

本裝置的清潔蒸汽發(fā)汽系統(tǒng)（包括D-7501和E-3001）采用Pirsig公司的自支撐一體式設(shè)計，汽包D-7501臥于廢鍋E-3001頂部，下降管長度約為2m，整套發(fā)汽系統(tǒng)位于地面，高度為4m左右；而E-3104位于20m左右的平臺上，這就意味著鍋爐水不能從D-7501自流至E-3104。當(dāng)汽包液位偏高時，鍋爐給水減少，E-3104容易出現(xiàn)超溫現(xiàn)象；同時，E-3104內(nèi)的水（兩相流）會持續(xù)不斷流向D-7501，造成D-7501液位高高，導(dǎo)致鍋爐給水中斷，E-3104的超溫情況會進(jìn)一步惡化。

2.3 轉(zhuǎn)化爐橫跨段溫度測量位置

轉(zhuǎn)化爐是整個制氫裝置的核心裝置，其出口溫度在895℃左右，轉(zhuǎn)化爐出口溫度的監(jiān)測能有效保證轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化率，同時預(yù)防超溫事故。本裝置轉(zhuǎn)化爐出口溫度探測器20TT-0003/0004/0005，沿?zé)煔庾呦虬惭b于橫跨段側(cè)面中心線，在實際生產(chǎn)中，取三個探測器的平均值作為轉(zhuǎn)化爐出口溫度控制，而探測器的安裝位置不能準(zhǔn)確反映轉(zhuǎn)化爐出口溫度，不利于轉(zhuǎn)化爐出口溫度的控制。

2.4 轉(zhuǎn)化爐爐管入口處保溫

本裝置5萬Nm3/h制氫裝置轉(zhuǎn)化爐由北京華福工程有限公司（HFEC）設(shè)計建造，考慮到轉(zhuǎn)化爐的入口溫度較高（650℃），HFEC在轉(zhuǎn)化爐爐管入口處做了保溫設(shè)計。檢查過程中發(fā)現(xiàn)，爐管周圍的蓋板可能會影響爐管的熱膨脹，爐管的保溫材質(zhì)（包括石棉膨脹環(huán)、保溫套筒內(nèi)的陶瓷纖維以及保溫表層的鋁皮材料）不一定適用高溫情況，過度安裝保溫可能導(dǎo)致爐頂蓋板處散熱不利，最終導(dǎo)致溫度超高。

3 問題討論及對策

3.1 設(shè)置冷凝立管

本裝置共有蒸汽暖管線四根，管線的放空位置不夠優(yōu)化，容易造成人身傷害，可考慮將所有暖管線收集至同一立管，采用生產(chǎn)水或循環(huán)水對蒸汽凝液進(jìn)行冷卻，將冷卻后的凝液安全地排放至含油污水系統(tǒng)，能最大程度地減少安全隱患。

3.2 增設(shè)緩沖裝置

三查四定開展之際，制氫裝置的建設(shè)已經(jīng)完成90%以上，設(shè)備安裝已經(jīng)完成，即E-3104和D-7501的位置已經(jīng)不能改變。為了避免E-3104出現(xiàn)超溫情況，可考慮在E-3104至D-7501的管線內(nèi)增設(shè)緩沖器，確保E-3104內(nèi)的鍋爐水不會持續(xù)流向D-7501。

3.3 改變轉(zhuǎn)化爐出口測溫位置

將轉(zhuǎn)化爐出口溫度探測器20TT-0003/0004/0005移至橫跨段頂部，間隔均勻地垂直插入橫跨段，具體位置如圖1所示，熱電偶的插入長度達(dá)到橫跨段的水平中心線。

3.4 爐管保溫情況分析

5萬Nm3/h制氫裝置轉(zhuǎn)化爐爐管入口處的保溫設(shè)計由HFEC和Morgan Thermal Ceramics共同設(shè)計，爐管的保溫套筒材料為BTU-BLOCK，該材料是一種微型滲透性的材料，主要應(yīng)用于高溫工業(yè)。采用這種材料，鋁制保溫外皮的溫度將低于70℃（環(huán)境溫度為27℃，風(fēng)速為0m/s）。在高溫情況下，保溫套筒和管箱之間有50mm的距離，熱量會從管箱處散出，爐頂不會出現(xiàn)超溫情況。

根據(jù)廣西石化的開工經(jīng)驗，其14萬Nm3/h制氫裝置在開工過程中，轉(zhuǎn)化爐爐頂溫度高達(dá)80℃左右，操作員難以忍受，后經(jīng)通風(fēng)改造后爐頂溫度仍在50℃左右。本裝置采用的保溫方式，能有效保證爐膛內(nèi)熱氣流不竄至爐頂，爐頂溫度不會超高，不會對操作人員造成高溫傷害。

4 結(jié)束語

（1）本裝置建設(shè)的完成度較高，對于蒸汽暖管線等問題的改造難度較大，考慮到該管線僅在開工時使用，可懸掛警示牌，提醒操作人員。對于其他新建裝置，具有指導(dǎo)建設(shè)意義。

（2）轉(zhuǎn)化爐的保溫設(shè)計具有創(chuàng)新性，較Technip的基礎(chǔ)設(shè)計更具有現(xiàn)實性，能有效保護(hù)操作員不受高溫傷害，且該保溫方式已成功適用于國內(nèi)其他制氫裝置，該轉(zhuǎn)化爐目前運(yùn)行正常。