制氫裝置中溫變換過(guò)程的優(yōu)化

蔡國(guó)德 李馬飛（陜西煤業(yè)集團(tuán)神木天元化工有限公司，陜西 榆林 719319）

近年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，石化行業(yè)也隨之取得了突飛猛進(jìn)的成就。制氫技術(shù)是石化產(chǎn)業(yè)較為前沿的技術(shù)領(lǐng)域之一，不僅可以生產(chǎn)高濃度的工業(yè)氫氣，而且還能夠針對(duì)多種加工原料，在生產(chǎn)流程中實(shí)現(xiàn)對(duì)蠟油加氫、柴油加氫的產(chǎn)出。雖然我國(guó)制氫技術(shù)起步較晚，但是進(jìn)展較快，而且裝置技術(shù)也日趨成熟，在生產(chǎn)能力方面也逐漸提升。然而制氫裝置在中溫變換流程中仍存在一些弊端，極易造成各種安全隱患的發(fā)生，嚴(yán)重的話必然要進(jìn)行停工檢修?；诖?，石化企業(yè)制氫生產(chǎn)要想確保效益和安全，就需要加大對(duì)中溫變換環(huán)節(jié)的重視，進(jìn)而對(duì)其進(jìn)行持續(xù)的研究和優(yōu)化，以為制氫裝置的高效運(yùn)行奠定基礎(chǔ)，最終為企業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)保障。

1 對(duì)制氫裝置中溫變換流程存在不足的闡述

1.1 中變氣溫度過(guò)高

中變氣進(jìn)入空氣冷卻器后，不論是E6104還是A6101，所降的溫度值均高于設(shè)計(jì)值，因此造成空冷器的負(fù)荷加大，這就需要對(duì)溫度進(jìn)行有效處理。否則將會(huì)產(chǎn)生聯(lián)鎖停車，最終引發(fā)產(chǎn)氫中斷。然而空冷風(fēng)機(jī)沒(méi)有備機(jī)，假使制氫設(shè)備中的空冷風(fēng)機(jī)出現(xiàn)突發(fā)故障，過(guò)高的中變氣溫度極易引起安全事故并造成企業(yè)除鹽水浪費(fèi)，進(jìn)而影響企業(yè)效益的獲取。

1.2 除氧效果不理想

一般來(lái)講，除鹽水進(jìn)入除氧器后，平均水溫會(huì)維持在很高的狀態(tài)，這就會(huì)造成除氧器的壓力上升，因此除氧效果很難保障。此外，氧氣得不到有效的去除，勢(shì)必會(huì)在給水系統(tǒng)中長(zhǎng)時(shí)間的駐留，并對(duì)出口管線和中壓鍋爐產(chǎn)生持續(xù)作用，長(zhǎng)此以往不僅會(huì)造成制氫設(shè)備的腐蝕，更會(huì)產(chǎn)生危害性的安全隱患。

1.3 限流孔板設(shè)計(jì)不科學(xué)

限流孔板是除鹽水換熱器中的重要設(shè)備，一方面可以起到減少進(jìn)換熱器中變氣量的作用，另外還可以實(shí)現(xiàn)降低換熱與除鹽水溫度的目的。然而在設(shè)計(jì)中，限流孔板與換熱器之間的距離較近，因此會(huì)造成高負(fù)荷流速和沖擊的猛烈增加。進(jìn)而導(dǎo)致?lián)Q熱管彎曲或斷裂的現(xiàn)象發(fā)生?；诖?，優(yōu)化限流孔板設(shè)計(jì)迫在眉睫。

2 對(duì)制氫裝置中溫變換流程不足原因的淺析

首先，制氫裝置處于低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)效率下，就會(huì)出現(xiàn)諸如干燒或紅管現(xiàn)象。為規(guī)避上述現(xiàn)象的發(fā)生，多會(huì)采取提高水碳比的方式，當(dāng)然這也會(huì)造成實(shí)際配汽量與設(shè)計(jì)的沖突，進(jìn)而影響空冷器入口的溫度。其次，限流孔板在實(shí)際安裝過(guò)程中并未設(shè)置防沖板，同時(shí)由于限流孔板過(guò)近的因素存在，就會(huì)導(dǎo)致高速氣流沖擊振動(dòng)或碰撞的反復(fù)持續(xù)。而且安裝失誤也是導(dǎo)致振動(dòng)加劇的重要原因之一。最后，換熱器在低負(fù)荷狀態(tài)下的取熱能力尚且不足，進(jìn)而導(dǎo)致空冷器入口溫度偏高。究其原因在于，當(dāng)除氧器壓力較高時(shí)，氧氣的去除效果不佳，就會(huì)對(duì)管線或水泵造成腐蝕、斷裂或內(nèi)漏。此外，原料氣中的硫化氫濃度相對(duì)較高，而中變氣發(fā)生蒸汽冷凝后會(huì)將硫化氫凝結(jié)于水中，進(jìn)而產(chǎn)生腐蝕侵害危險(xiǎn)較強(qiáng)的酸性環(huán)境。然而制氫裝置的管線和管件材質(zhì)等級(jí)較低，因此抗腐蝕能力較弱，這就加劇穿透性裂紋的出現(xiàn)。

3 制氫裝置中溫變換過(guò)程的優(yōu)化方案、效果及方向

3.1 優(yōu)化方案

石化企業(yè)制氫裝置要確保在停工檢修期間對(duì)現(xiàn)有中溫變換流程進(jìn)行改進(jìn)和完善，最為關(guān)鍵的是增設(shè)1臺(tái)蒸汽發(fā)生器，這樣就可以有效利用中溫變換余熱，進(jìn)而為后路熱量偏高的難題提供出路。其次，停用1.0MPa蒸汽，同時(shí)將0.5和1.0MPa蒸汽合并，并做補(bǔ)充減壓處理。最終確保0.5MPa產(chǎn)汽系統(tǒng)作為中溫變換的核心基礎(chǔ)。此外，還要對(duì)除鹽水預(yù)熱器進(jìn)行修理，并對(duì)限流孔板的入口進(jìn)行拆除處理，以最大限度地減少對(duì)換熱器管束的損壞，這樣有利于制氫設(shè)備壽命的保護(hù)，并減少設(shè)備故障率和安全隱患的發(fā)生。

3.2 優(yōu)化效果

一方面，制氫裝置中溫變換流程優(yōu)化改進(jìn)后，由于添置的蒸汽發(fā)生器會(huì)將熱量帶走，這就會(huì)對(duì)空氣冷卻器入口溫度下降帶來(lái)極為顯著的效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)證明，溫度的下降值約30℃。而且由之前4臺(tái)全開(kāi)改進(jìn)到2開(kāi)2備的狀態(tài)，這極大增加了節(jié)能效果，并對(duì)制氫裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了前所未有的保障。另一發(fā)面，除鹽水溫度的下降直接推動(dòng)了除氧效果的增強(qiáng)。數(shù)據(jù)顯示，除氧器壓力下降約10 kPa，這既實(shí)現(xiàn)了降低氧腐蝕效應(yīng)的蔓延，又抑制了除氧器排汽噪音對(duì)環(huán)境的污染。此外，自產(chǎn)除氧水除氧效果還可以得到明顯的改變，使得制氫裝置的安全生產(chǎn)性能得到了持續(xù)穩(wěn)定的管制。最為關(guān)鍵的是，優(yōu)化改造之后，中溫變換余熱的利用率會(huì)大大增強(qiáng)，進(jìn)而對(duì)企業(yè)收益產(chǎn)生直接促進(jìn)作用，并節(jié)約了空冷風(fēng)機(jī)的所造成電費(fèi)開(kāi)銷成本。

3.3 優(yōu)化方向

現(xiàn)有制氫裝置技術(shù)多采用1.0MPa蒸汽，基于氣相組分的特點(diǎn)和特征，其對(duì)于伴熱并無(wú)過(guò)高的要求，因此優(yōu)化的方向還可以考慮利用加裝跨線的方式將1.0MPa和0.5MPa蒸汽管線銜接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)用0.5MPa蒸汽系統(tǒng)代替原蒸汽系統(tǒng)的目標(biāo)。這樣的優(yōu)化效果既是生產(chǎn)實(shí)際的需求，更是降低裝置能耗的全力保障。

總之，從制氫裝置中溫變換過(guò)程存在的問(wèn)題和不足中可以分析出，實(shí)施創(chuàng)新和優(yōu)化的舉措十分必要，且勢(shì)在必行。方案的改造其實(shí)并不復(fù)雜，關(guān)鍵在于將0.5MPa蒸汽作為新裝置運(yùn)行的主導(dǎo)。但是其作用和優(yōu)勢(shì)卻非常明顯，既保證并控制了上水溫度和除氧效果，同時(shí)更為企業(yè)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)安全和經(jīng)濟(jì)效益提供支撐。

[1]馬婧.優(yōu)化烴類蒸汽轉(zhuǎn)化制氫工藝、降低氫氣生產(chǎn)成本[J].石油煉制與化工，2002，33(11)：31-35.

[2]郝樹(shù)仁，董世達(dá).烴類轉(zhuǎn)化制氫工藝技術(shù)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2009：27.

[3]凌星中.焊接[M].北京：中國(guó)石化出版社，2版，2013：108-118.