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合裝置在三查四定工作中出現的一些問題，如：中壓蒸汽暖管線的安全隱患、鍋爐給水的回流方向、轉化爐對流段的測溫位置、轉化爐爐管入口的保溫情況等，并根據基礎設計公司Technip和詳細設計公司HQC的共同建議，對制氫裝置中存在的可能影響開工進程的問題進行了分析討論，根據各方的討論結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。

關鍵詞：制氫裝置；三查四定；開工；隱患

1 概述

制氫聯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的烴類水蒸氣轉化技術，氫氣提純采用四川天一科技的變壓吸附技術，由中國寰球工程公司（HQC）做詳細設計，指導建設了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化法制氫，以天然氣、液化氣及PSA解吸氣作為原料，經加氫脫硫反應、預轉化反應、轉化反應、高變反應制得粗氫，再經冷卻脫水后進入變壓吸附裝置（PSA）進行提純，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蒸汽系統，工藝蒸汽系統所產蒸汽全部用作蒸汽轉化用汽，不足部分由清潔蒸汽系統所產蒸汽補充，清潔蒸汽過剩部分外輸至蒸汽管網。

在配汽過程中，需先開放空線泄放蒸汽以起到暖管作用，防止蒸汽管線發生水擊。兩段配汽閥前分別設置有DN80和DN50的放空管線，放空口彎曲，布置于裝置框架外側。由于本裝置所產中壓蒸汽為3.8MPa、420℃的高溫蒸汽，在進行泄放時，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熱至90℃左右進入除氧器除氧，再經鍋爐給水泵送至鍋爐給水預熱器E-3104，進而送至清潔蒸汽汽包D-7501，再循環至轉化蒸汽發生器E-3001，產生飽和蒸汽。在Technip的基礎設計中，要求鍋爐水能夠從D-7501自流至E-3104，確保故障情況下，E-3104不會發生干燒。

本裝置的清潔蒸汽發汽系統（包括D-7501和E-3001）采用Pirsig公司的自支撐一體式設計，汽包D-7501臥于廢鍋E-3001頂部，下降管長度約為2m，整套發汽系統位于地面，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。當汽包液位偏高時，鍋爐給水減少，E-3104容易出現超溫現象；同時，E-3104內的水（兩相流）會持續不斷流向D-7501，造成D-7501液位高高，導致鍋爐給水中斷，E-3104的超溫情況會進一步惡化。

2.3 轉化爐橫跨段溫度測量位置

轉化爐是整個制氫裝置的核心裝置，其出口溫度在895℃左右，轉化爐出口溫度的監測能有效保證轉化系統的轉化率，同時預防超溫事故。本裝置轉化爐出口溫度探測器20TT-0003/0004/0005，沿煙氣走向安裝于橫跨段側面中心線，在實際生產中，取三個探測器的平均值作為轉化爐出口溫度控制，而探測器的安裝位置不能準確反映轉化爐出口溫度，不利于轉化爐出口溫度的控制。

2.4 轉化爐爐管入口處保溫

本裝置5萬Nm3/h制氫裝置轉化爐由北京華福工程有限公司（HFEC）設計建造，考慮到轉化爐的入口溫度較高（650℃），HFEC在轉化爐爐管入口處做了保溫設計。檢查過程中發現，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（包括石棉膨脹環、保溫套筒內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致爐頂蓋板處散熱不利，最終導致溫度超高。

3 問題討論及對策

3.1 設置冷凝立管

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，采用生產水或循環水對蒸汽凝液進行冷卻，將冷卻后的凝液安全地排放至含油污水系統，能最大程度地減少安全隱患。

3.2 增設緩沖裝置

三查四定開展之際，制氫裝置的建設已經完成90%以上，設備安裝已經完成，即E-3104和D-7501的位置已經不能改變。為了避免E-3104出現超溫情況，可考慮在E-3104至D-7501的管線內增設緩沖器，確保E-3104內的鍋爐水不會持續流向D-7501。

3.3 改變轉化爐出口測溫位置

將轉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制氫裝置轉化爐爐管入口處的保溫設計由HFEC和Morgan Thermal Ceramics共同設計，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，主要應用于高溫工業。采用這種材料，鋁制保溫外皮的溫度將低于70℃（環境溫度為27℃，風速為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，爐頂不會出現超溫情況。

根據廣西石化的開工經驗，其14萬Nm3/h制氫裝置在開工過程中，轉化爐爐頂溫度高達80℃左右，操作員難以忍受，后經通風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 結束語

（1）本裝置建設的完成度較高，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，具有指導建設意義。

（2）轉化爐的保溫設計具有創新性，較Technip的基礎設計更具有現實性，能有效保護操作員不受高溫傷害，且該保溫方式已成功適用于國內其他制氫裝置，該轉化爐目前運行正常。