淺談中高壓煤氣排水器在八鋼煤氣制氫裝置中的應用

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.寶鋼集團八鋼公司，中國·新疆 烏魯木齊市 830022

1 引言

冶金企業的副產煤氣經過除塵、凈化后經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有飽和冷凝液析出及夾帶的機械水沉降；在系統運行過程中須及時排出冷凝液，保持輸送管道和設備的通流量，防止積液造成輸送壓力大幅波動、設備損壞、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安全。

現有工藝技術設備設施，在中高壓煤氣系統其冷凝液不能使用水封連續排液，需間歇式排放，在排放過程中時有冷凝液夾帶著中高壓氣體共同排放[1]。

2 焦爐煤氣制氫中高壓煤氣排液現狀分析

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

受壓力及現有工藝技術設備設施限制，其冷凝液不能使用水封連續排液，需間歇式人員現場手動操作排液。3臺煤氣壓縮機的9臺冷卻器需排液，以每班排液3次為例，每班排液操作需開關閥門27次，人員勞動強度大，人機接觸頻次高。

3 中高壓煤氣排液技術方案

2018年煤氣制氫系統改造時，利用現有裝置進行少量工藝和控制優化，經論證和理論測算在壓縮機冷卻器的排液實現自動在線排液，無需液位計，無需人員現場操作，以解決上述問題，改造技術方案如下：

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

排污閥、氣體回收排放閥、排液閥根據程序設定的動作步序、指令依次動作，設置有閥門故障、開關超時、排液不暢報警功能及互鎖保護功能，不需設置液位計[2]。

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

圖1 中高壓煤氣排水器工作原理

4 應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，實現了中高壓煤氣冷凝液的持續在線排放，摒棄了間歇式的人工手動排液，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險，降低了崗位作業風險和人員中毒風險。

智能化建筑是為了給人們提供更好、更完整的生活服務而開發的，所以在節能優化時，必須考慮節能設計是否會影響建筑的正常使用，例如，休閑娛樂設施及運輸通道暢通等節能設計的正常運轉。

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

4.1 帶壓排放煤氣回收循環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，在每臺壓縮機增設一臺緩沖罐，排污時夾帶著煤氣的冷凝液先排放至緩沖罐中進行氣液分離，將帶壓氣體排放泄壓后，在對已排放至緩沖罐中不帶壓的冷凝液進行排放。

第二，考慮到帶壓氣體對空排放泄壓時，有毒有害氣體飄逸對區域環境安全的影響及能介浪費，將緩沖罐原設計的氣體排放口由對空放散改制原料氣進口，回收緩沖罐氣液分離過程中產生的煤氣。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回收利用煤氣，在對不帶壓的緩沖罐進行冷凝液排放。如圖2所示，以回收排污過程中夾帶的煤氣，循環再利用，避免有毒有害氣體排放造成的區域環境濃度超標對環境的污染以及由此引發的人員中毒等次生災害，同時實現有毒有害氣體循環再利用[3]。

圖2 帶壓排放煤氣回收循環利用示意圖

4.2 緩沖罐氣體排放過程冷凝液帶入壓縮機的問題分析及解決措施

第一，中高壓煤氣冷凝液的持續在線排放運行10d左右，在煤氣壓縮機的常規檢修時，發現壓縮機缸體積水。判斷為冷凝液排放過程中帶入，制氫系統各級的運行壓力較高均在0.2Mpa、0.6Mpa、1.6Mpa，其氣體的流速最高可達20m/s；高速流動的氣體在進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行原料氣總管，流速和壓力降低后沉降、積聚進一步進入壓縮機，造成壓縮機缸體積水，影響壓縮機正常運行。

第二，對安裝圖紙和排液方式分析，確定采取以下技術措施：

一是現有緩沖罐內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。

二是高流速氣體進入緩沖內后先靜置沉降，完全氣液分離。

三是中斷緩沖罐中氣體返回原料氣總管時的旋渦式流通通道及方式。

四是及時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空放散連接至原料氣進口，回收緩沖罐氣液分離過程中產生的煤氣。在具體的操作過程中，排污中高流速氣體夾帶著冷凝液進入緩沖罐內后先靜置沉降；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回收利用煤氣，再對不帶壓的緩沖罐進行冷凝液排放進入酚水池。

第三，具體實施措施如下：

一是查閱圖紙結合現場實際測量，確定隔液板距離底部排污距離35mm，有效液體容積約5L,計算出析出5L冷凝液所需的時間。

二是按小于計算時間0.5的時間設置排液周期，確保緩沖罐中每次排放液位不高于隔液板。

三是設置排污方式為：每次冷卻器或儲罐排污排放至緩沖中靜置20min（實驗確定），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排污總管，進入酚水池。

四是按閥門和管道的口徑測算閥門排液、氣體回收排放持續時間設置對應閥門開保持時間，即為排液或排氣時間。

五是每班對原料氣總管進行定期排液，防止原料氣總管冷凝液積聚。

改造后的中高壓煤氣排水器，可以持續在線排放中壓燃氣冷卻器、儲罐中的冷凝液；完全解決了中高壓煤氣冷卻器、儲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環境的污染，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險，降低了崗位作業風險和人員中毒風險。同時回收排污過程中夾帶的有毒有害氣體，有利于系統的經濟環保運行。排放過程實現煤氣等有毒有害氣體“0”飄逸，從本質了隔離危險源——有毒有害氣體。

此裝置無需人員現場操作，降低人機接觸頻次及暴露在有毒有害環境中的時間，規避人的不安全因素。

5 結語

八鋼煤氣制氫裝置中的使用的中高壓煤氣排水器，利用現有裝置進行少量改進，無需液位計，無需人員現場操作。解決了煤氣制氫裝置壓縮機冷凝不能持續在線排放的行業難題；可以持續在線排放中壓燃氣冷卻器、儲罐中的冷凝液；解決了中高壓煤氣冷卻器、儲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環境的污染，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險，降低人機接觸頻次及暴露在有毒有害環境中的時間，規避人的不安全因素，降低了崗位作業風險和人員中毒風險。同時回收排污過程中夾帶的有毒有害氣體，放過程實現煤氣等有毒有害氣體“0”飄逸，從本質了隔離危險源——有毒有害氣體，有利于系統的安全、經濟環保運行。

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