淺談中高壓煤氣排水器在八鋼煤氣制氫裝置中的應(yīng)用

劉芳榮 張亮

1.新疆八一鋼鐵有限公司能源中心，中國·新疆 烏魯木齊 830022

2.寶鋼集團(tuán)八鋼公司，中國·新疆 烏魯木齊市 830022

1 引言

冶金企業(yè)的副產(chǎn)煤氣經(jīng)過除塵、凈化后經(jīng)加壓通過管道輸送至各用戶使用。其加壓、冷卻、緩存、輸送過程中，在壓力、溫度變換及物理沉降作用下煤氣中持續(xù)有飽和冷凝液析出及夾帶的機(jī)械水沉降；在系統(tǒng)運(yùn)行過程中須及時(shí)排出冷凝液，保持輸送管道和設(shè)備的通流量，防止積液造成輸送壓力大幅波動(dòng)、設(shè)備損壞、H2S、CL-溶于水后形成的酸腐蝕、甚至因液封或凍堵引起煤氣輸送中斷影響生產(chǎn)安全。

現(xiàn)有工藝技術(shù)設(shè)備設(shè)施，在中高壓煤氣系統(tǒng)其冷凝液不能使用水封連續(xù)排液，需間歇式排放，在排放過程中時(shí)有冷凝液夾帶著中高壓氣體共同排放[1]。

2 焦?fàn)t煤氣制氫中高壓煤氣排液現(xiàn)狀分析

在冷卻器帶壓時(shí)，因底部冷凝液液位高度的靜液差產(chǎn)生承壓能力在kPa級(jí)，封不住冷卻器或儲(chǔ)罐中Mpa級(jí)的帶壓煤氣，在排污過程中帶壓煤氣夾帶著底部產(chǎn)生的冷凝液共同飛濺、脈沖式排出，極易造成區(qū)域及酚水池煤氣濃度超高，存在人員中毒、爆燃的風(fēng)險(xiǎn)。

受壓力及現(xiàn)有工藝技術(shù)設(shè)備設(shè)施限制，其冷凝液不能使用水封連續(xù)排液，需間歇式人員現(xiàn)場手動(dòng)操作排液。3臺(tái)煤氣壓縮機(jī)的9臺(tái)冷卻器需排液，以每班排液3次為例，每班排液操作需開關(guān)閥門27次，人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，人機(jī)接觸頻次高。

3 中高壓煤氣排液技術(shù)方案

2018年煤氣制氫系統(tǒng)改造時(shí)，利用現(xiàn)有裝置進(jìn)行少量工藝和控制優(yōu)化，經(jīng)論證和理論測算在壓縮機(jī)冷卻器的排液實(shí)現(xiàn)自動(dòng)在線排液，無需液位計(jì)，無需人員現(xiàn)場操作，以解決上述問題，改造技術(shù)方案如下：

持續(xù)在線的中高壓煤氣冷凝液自動(dòng)排放裝置，包括冷凝液的自動(dòng)排放、排污時(shí)帶壓煤氣回收、排污時(shí)間和間隔測算的方法和途徑；裝置中冷卻器或儲(chǔ)罐形式不限，緩沖罐自身帶有分液板、進(jìn)氣口、氣體回收口、排液口、壓力監(jiān)測，在進(jìn)氣口、氣體回收口、排液口上分別設(shè)置有程控閥；進(jìn)氣口由冷卻器或儲(chǔ)罐底部接入，氣體回收口接入原料氣主管氣體回收循環(huán)利用，排液口通過排污總管匯入酚水池。

排污閥、氣體回收排放閥、排液閥根據(jù)程序設(shè)定的動(dòng)作步序、指令依次動(dòng)作，設(shè)置有閥門故障、開關(guān)超時(shí)、排液不暢報(bào)警功能及互鎖保護(hù)功能，不需設(shè)置液位計(jì)[2]。

如圖1所示，中高壓煤氣排水器工作原理是將排污時(shí)夾帶著煤氣的冷凝液先排放至緩沖罐中進(jìn)行氣液分離，將帶壓氣體排放泄壓后，在對(duì)已排放至緩沖罐中不帶壓凝液進(jìn)行排放。

圖1 中高壓煤氣排水器工作原理

4 應(yīng)用中存在的問題分析及解決措施

中高壓煤氣排水器在八鋼煤氣制氫裝置中已使用，實(shí)現(xiàn)了中高壓煤氣冷凝液的持續(xù)在線排放，摒棄了間歇式的人工手動(dòng)排液，減少了操作人員在排污過程中與飄逸的有毒有害氣體接觸的風(fēng)險(xiǎn)，降低了崗位作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)和人員中毒風(fēng)險(xiǎn)。

智能化建筑是為了給人們提供更好、更完整的生活服務(wù)而開發(fā)的，所以在節(jié)能優(yōu)化時(shí)，必須考慮節(jié)能設(shè)計(jì)是否會(huì)影響建筑的正常使用，例如，休閑娛樂設(shè)施及運(yùn)輸通道暢通等節(jié)能設(shè)計(jì)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

中國和國際上現(xiàn)有解決此問題的技術(shù)比較有局限性和單一性，無可借鑒性，改造實(shí)施也是一個(gè)摸索總結(jié)的過程，現(xiàn)就遇到的一些問題和解決措施作以總結(jié)，供大家參考。

4.1 帶壓排放煤氣回收循環(huán)利用的問題及解決措施

第一，為了解決帶壓煤氣排放的問題，在每臺(tái)壓縮機(jī)增設(shè)一臺(tái)緩沖罐，排污時(shí)夾帶著煤氣的冷凝液先排放至緩沖罐中進(jìn)行氣液分離，將帶壓氣體排放泄壓后，在對(duì)已排放至緩沖罐中不帶壓的冷凝液進(jìn)行排放。

第二，考慮到帶壓氣體對(duì)空排放泄壓時(shí)，有毒有害氣體飄逸對(duì)區(qū)域環(huán)境安全的影響及能介浪費(fèi)，將緩沖罐原設(shè)計(jì)的氣體排放口由對(duì)空放散改制原料氣進(jìn)口，回收緩沖罐氣液分離過程中產(chǎn)生的煤氣。在具體的操作過程中，排污中冷卻器或緩沖罐的排污煤氣夾帶著冷凝液先排放至緩沖罐氣液分離后，氣體返回原料氣總管釋放緩沖罐壓力同時(shí)回收利用煤氣，在對(duì)不帶壓的緩沖罐進(jìn)行冷凝液排放。如圖2所示，以回收排污過程中夾帶的煤氣，循環(huán)再利用，避免有毒有害氣體排放造成的區(qū)域環(huán)境濃度超標(biāo)對(duì)環(huán)境的污染以及由此引發(fā)的人員中毒等次生災(zāi)害，同時(shí)實(shí)現(xiàn)有毒有害氣體循環(huán)再利用[3]。

圖2 帶壓排放煤氣回收循環(huán)利用示意圖

4.2 緩沖罐氣體排放過程冷凝液帶入壓縮機(jī)的問題分析及解決措施

第一，中高壓煤氣冷凝液的持續(xù)在線排放運(yùn)行10d左右，在煤氣壓縮機(jī)的常規(guī)檢修時(shí)，發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)缸體積水。判斷為冷凝液排放過程中帶入，制氫系統(tǒng)各級(jí)的運(yùn)行壓力較高均在0.2Mpa、0.6Mpa、1.6Mpa，其氣體的流速最高可達(dá)20m/s；高速流動(dòng)的氣體在進(jìn)行緩沖罐后形成漩渦式通道，漩裹著緩沖罐底部積聚的冷凝液及未完全沉降的液體進(jìn)行原料氣總管，流速和壓力降低后沉降、積聚進(jìn)一步進(jìn)入壓縮機(jī)，造成壓縮機(jī)缸體積水，影響壓縮機(jī)正常運(yùn)行。

第二，對(duì)安裝圖紙和排液方式分析，確定采取以下技術(shù)措施：

一是現(xiàn)有緩沖罐內(nèi)部隔液板的位置及安裝方式，確保積聚的液體不高于隔液板。

二是高流速氣體進(jìn)入緩沖內(nèi)后先靜置沉降，完全氣液分離。

三是中斷緩沖罐中氣體返回原料氣總管時(shí)的旋渦式流通通道及方式。

四是及時(shí)排除原料氣總管積聚的冷凝液。

將緩沖罐的氣體排放口由對(duì)空放散連接至原料氣進(jìn)口，回收緩沖罐氣液分離過程中產(chǎn)生的煤氣。在具體的操作過程中，排污中高流速氣體夾帶著冷凝液進(jìn)入緩沖罐內(nèi)后先靜置沉降；完全氣液分離后氣體返回原料氣總管釋放緩沖罐壓力同時(shí)回收利用煤氣，再對(duì)不帶壓的緩沖罐進(jìn)行冷凝液排放進(jìn)入酚水池。

第三，具體實(shí)施措施如下：

一是查閱圖紙結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際測量，確定隔液板距離底部排污距離35mm，有效液體容積約5L,計(jì)算出析出5L冷凝液所需的時(shí)間。

二是按小于計(jì)算時(shí)間0.5的時(shí)間設(shè)置排液周期，確保緩沖罐中每次排放液位不高于隔液板。

三是設(shè)置排污方式為：每次冷卻器或儲(chǔ)罐排污排放至緩沖中靜置20min（實(shí)驗(yàn)確定），再打開氣體排放閥將帶壓煤氣返流至原料氣總管，再將不帶壓的的冷凝液排放進(jìn)排污總管，進(jìn)入酚水池。

四是按閥門和管道的口徑測算閥門排液、氣體回收排放持續(xù)時(shí)間設(shè)置對(duì)應(yīng)閥門開保持時(shí)間，即為排液或排氣時(shí)間。

五是每班對(duì)原料氣總管進(jìn)行定期排液，防止原料氣總管冷凝液積聚。

改造后的中高壓煤氣排水器，可以持續(xù)在線排放中壓燃?xì)饫鋮s器、儲(chǔ)罐中的冷凝液；完全解決了中高壓煤氣冷卻器、儲(chǔ)罐冷凝液排放過程有毒有害氣體飄逸及溶解有毒有害氣體冷凝液無組織排放對(duì)環(huán)境的污染，減少了操作人員在排污過程中與飄逸的有毒有害氣體接觸的風(fēng)險(xiǎn)，降低了崗位作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)和人員中毒風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)回收排污過程中夾帶的有毒有害氣體，有利于系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)環(huán)保運(yùn)行。排放過程實(shí)現(xiàn)煤氣等有毒有害氣體“0”飄逸，從本質(zhì)了隔離危險(xiǎn)源——有毒有害氣體。

此裝置無需人員現(xiàn)場操作，降低人機(jī)接觸頻次及暴露在有毒有害環(huán)境中的時(shí)間，規(guī)避人的不安全因素。

5 結(jié)語

八鋼煤氣制氫裝置中的使用的中高壓煤氣排水器，利用現(xiàn)有裝置進(jìn)行少量改進(jìn)，無需液位計(jì)，無需人員現(xiàn)場操作。解決了煤氣制氫裝置壓縮機(jī)冷凝不能持續(xù)在線排放的行業(yè)難題；可以持續(xù)在線排放中壓燃?xì)饫鋮s器、儲(chǔ)罐中的冷凝液；解決了中高壓煤氣冷卻器、儲(chǔ)罐冷凝液排放過程有毒有害氣體飄逸及溶解有毒有害氣體冷凝液無組織排放對(duì)環(huán)境的污染，減少了操作人員在排污過程中與飄逸的有毒有害氣體接觸的風(fēng)險(xiǎn)，降低人機(jī)接觸頻次及暴露在有毒有害環(huán)境中的時(shí)間，規(guī)避人的不安全因素，降低了崗位作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)和人員中毒風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)回收排污過程中夾帶的有毒有害氣體，放過程實(shí)現(xiàn)煤氣等有毒有害氣體“0”飄逸，從本質(zhì)了隔離危險(xiǎn)源——有毒有害氣體，有利于系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)環(huán)保運(yùn)行。

中高壓煤氣排水器排放過程中可實(shí)現(xiàn)煤氣等有毒有害氣體“0”飄逸、人機(jī)接觸頻次低，人員暴露在有毒有害氣體的環(huán)境少，減少溶解有有毒有害物質(zhì)的冷凝液及萘、苯等油類泄漏至地面對(duì)環(huán)境的污染在實(shí)際生產(chǎn)中具有很好的效果。