制氫站制氫裝置氫、氧分離器差壓調節方法及模擬案例分析

董 興

(大唐托克托發電有限責任公司，內蒙古 呼和浩特 010000)

氫以化合態廣泛存在于自然界里，其在水中占11%的重量。氫氣是一種無色、無味、無毒的氣體。其分子量為2.0158；沸點為-252.8℃；熔點-259.8℃；相對密度0.09(空氣=1)；飽和蒸氣壓13.3kPa；燃燒熱241kJ/mol；引燃溫度400℃；空氣中的最小點火能0.019mJ；氧氣中的最小點火能0.019mJ；最大爆炸壓力0.72MPa；燃燒最高溫度2 129℃。

當制氫裝置氫分離器、氧分離器差壓高時會導致氫、氧分離器堿液波動，制氫裝置槽壓隨之波動較大，影響制氫裝置正常運行。嚴重時，會導致堿液流入氫氣干燥系統或通過氧分離器流失，從而造成制氫裝置堿液損失、造成氫氣系統堿液結晶、污堵，使制氫裝置無法正常運行。

1 影響制氫裝置氫分離器、氧分離器差壓高常見的原因及處理方法

1.1 調節參數不合理

處理方法：停機調整參數，重新調節PID參數到合理范圍。

1.2 氫、氧調節閥氣動薄膜調節閥閥芯磨損或薄膜漏

處理方法：將氫、氧調節閥閥芯下調或更換(更換時需要進行氮氣置換空氣)。

1.3 氣動管路泄漏

處理方法：排除漏點，檢查制氫裝置管線壓力，若管路壓力穩定，利用氫氣檢測儀或肥皂水進行查漏；若管路泄壓較快，則立即停機，利用氮氣升壓用肥皂水進行查漏。

2 氫、氧分離器差壓高具體調節方法

2.1 啟動前檢查

氫分離器、氧分離器差壓變送器的引訊管內均注入與系統內濃度相同的堿液(注液前首先打開變送器底部的排氣閥，然后打開引訊管頂部的絲堵，將堿液慢慢注入引訊管內，當排氣閥連續排出堿液時，關閉排氣閥，至引訊管注滿堿液為止)。保證氫、氧分離器差壓在±50mm以內。

當氫、氧分離器差壓在±50mm以外，電解槽槽壓為0MPa時，氫氧分離高差壓無法調節，應用充氮氣的方法進行調節差壓，充氮氣的方法為：停堿液循環泵，關堿液過濾器出口門，開堿液過濾器旁路門和入口門，開氫氣排放旁路門，關氧氣出口手動門、氫氣冷卻器出口手動門，開堿液過濾器充氮門，以0.3MPa～0.4MPa的壓力向框架一充氮氣，將槽壓充氮氣在0.5MPa左右，停止充氮氣，就地或手動調節氫、氧分離器差壓。差壓調節正常后，恢復運行方式，可以啟動(此時制氫裝置框架一無空氣進入，可直接啟動)。

2.2 啟動過程中

啟動時，氫氧調門開關正常，動作靈活，PID在合理范圍，其他設備無異常時，氫、氧分離器差壓可通過氫氧調門自動根據差壓控制，如果氫、氧分離器差壓無法自動調節時，可通過手動控制，差壓穩定后再切自動控制。

2.3 運行過程中

運行過程中，氫氧調門開關正常，動作靈活，PID在合理范圍，其他設備無異常時，氫、氧分離器實現自動調節，如果氫、氧分離器差壓無法自動調節時，可通過手動控制，差壓穩定后再切自動控制。設定值在±50mm自動跳閘，實現氫、氧分離器差壓穩定。

2.4 停運備用

停運過程中，泄壓時注意氫、氧分離器差壓在±50mm以內，保持氫、氧分離器無竄液位現象發生，反之，嚴重時會造成氫氣系統管路出現堿結晶現象或堿液通過氧分離器排空管跑堿現象。

2.5 制氫裝置突然跳閘

當設備突然停電，自控失靈，制氫設備需要緊急卸壓時，關框架一氫純度分析儀取樣入口門、氧純度分析儀取樣入口門及濕度分析儀取樣入口門，密切注意氫、氧分離器液位計指示，慢慢打開氫氣排放旁路門、氧氣排放旁路門，并通過調節氫、氧排放旁路門的開度來保持液位平衡，將系統卸壓停機。

3 注意事項

當制氫裝置在停備過程中，需要調整氫、氧分離器差壓時，采用充氮氣的方法進行調整，切勿通過氫儲罐出入口開啟閥門將氫氣返回制氫裝置，若氫氣返回制氫裝置分離器，造成氫氧混合，極有可能發生爆炸、火災的危險。

調整氫、氧分離器差壓時，切勿氧氣、氫氣由壓力設備及管道內急劇放出。當氫氣急劇放出時，由于靜電原因可能引起自動燃燒和爆炸，當氧氣急劇放出時，管路的氧化層可能引起火花。

制氫站嚴禁明火，值班人員(包括進入制氫站的所有人員)禁止吸煙，不準穿帶釘子的鞋，應穿防靜電工作服和防靜電鞋。操作時使用防爆工具(銅制工具)，嚴禁鐵器工具相互撞擊，以免產生火花。

當氫、氧分離器在啟動或運行過程中差壓無法調節時，多數是由于氫、氧調節閥故障引起的，所以要重點檢查氫、氧調節閥是否動作靈活，開關能否到位，閥體內是否有堿液結晶存在。

4 模擬事故預案分析

4.1 模擬事故背景

以大唐托克托發電有限責任公司托克托發電廠制氫站(以下簡稱“托克托發電廠制氫站”)為例，模擬制氫站制氫裝置氫、氧調節閥差壓高導致制氫裝置停機事件。

托克托發電廠制氫站#1、2制氫裝置分別為CNDQ10/3.2(七一八所)和DQ-10/3.2(河北電力廠)中壓電解制氫設備，產氫量均為10Nm3/h，產氧量均為5Nm3/h 。氫氣充罐用于冷卻發電機轉子，氧氣外排。

4.2 模擬事故經過

20XX年XX月XX日10點03分，值班員乙在制氫站制氫裝置電解間巡檢過程中發現制氫裝置氫、氧分離器就地差壓為±40mm，立即聯系控制室監盤人員值班員甲有何操作，回復無操作調取設備運行趨勢，發現DCS系統氫、氧調節閥自動調節氫、氧分離器差壓出現延遲現象，導致氫、氧分離器差壓波動較大，值班員乙接到值班負責人丙命令后立即手動調節氫、氧分離器差壓到運行許可范圍，經觀察，氫氧分離器差壓受氫氧調節閥自動調節影響波動數值越來越大，為安全起見，制氫裝置，安排化環專業檢查氫、氧調節門運行工況，以及熱控人員檢查氫氧調節閥PID。經檢查，氫氧調節門動作靈活，開關到位，熱控人員調試氫氧調節閥PID，試運后，制氫裝置正常運行。

4.3 模擬造成的事故

①制氫裝置氫、氧調節門自動控制系統出現異常，導致氫、氧分離器差壓逐漸變大，不能正常制氫。②氫氣屬于重大危險源，十分危險，對人身及設備安全影響很大。③制氫裝置氫、氧分離器差壓無法正常調節導致制氫裝置停運，不能及時向機組供氫。

4.4 事故原因分析

4.4.1 直接原因：DCS系統氫、氧調節閥自動調節氫、氧分離器差壓出現延遲現象，造成氫、氧分離器差壓高，導致制氫裝置無法運行。

4.4.2 間接原因：①值班員甲監盤水平低下，不能及時發現問題，缺陷延誤了消缺時間是此次事件的間接原因。②雖然采取了檢查措施，但是沒有及時停運制氫裝置，存在安全隱患。

4.5 暴露問題

①值班員對數據監控不認真，處理異常事件水平低下，對事情發展的后果估計不足，需提高運行管理能力及異常處理能力。②沒有嚴格執行公司的缺陷匯報流程，第一時間沒有進行匯報、致使異常事件進行了擴大，需在以后發生缺陷異常時及時進行匯報并通知設備部相關人員及時到位進行處理。③運行管理水平低，對交接班情況沒有做到五清楚，平常對巡檢管理不到位導致巡檢不到位沒有發現事情的異常情況是造成此次事情的一個間接原因。④監盤人員對設備監管流于形式，導致此類事件發生。

4.6 整改措施

①根據“兩落實”的要求將制氫站閥門定期試驗按值劃分，責任到人。②專業加強對巡檢、監盤的抽查，責任連帶值班負責人。③定期舉行反事故預想或預演，對突發事件提前做好準備，不至于事件擴大，做到心中有數。④認真執行匯報制度，發現問題第一時間通知設備部并匯報值班負責人，盡快在最短時間內消除隱患。

4.7 吸取事故教訓采取的防范措施

①值班負責人加強對值班員巡檢的管理和監督，嚴格巡檢制度。②認真執行匯報制度，發現問題第一時間通知相關部門并匯報直屬分管領導，盡快在最短時間內消除隱患。③定期對制氫站閥門進行試驗檢查，確保制氫設備正常運行。④定期舉行反事故預想或預演，對突發事件提前做好準備，不至于事件擴大，做到心中有數。⑤專業加強對巡檢的抽查，責任連帶值班負責人。