提高化工企業制氫裝置的水汽質量

王彥雄，馮巍，姚朝剛(陜西延長石油(集團)有限責任公司永坪煉油廠，陜西 延安 717208)

0 引言

氫是重要的化工原料和極為清潔的優質能源，應用領域很廣，目前用量最大的是作為石油化工原料，用于生產合成氨、油品、甲醇以及石油煉制過程的加氫反應等，氫能作為一種潔凈、高效、可儲存及可再生的能源已受到廣泛關注。氫的開發利用首先要解決的是氫源問題。化工企業中制氫單元主要原料有很多種，本文主要介紹以催化干氣、加氫干氣和天然氣為主要原料來制取氫氣的工藝，產品為純度99.9%以上的工業氫氣。該工藝由原料壓縮升壓部分、原料預熱升溫部分、原料精制加氫脫硫部分、水蒸汽轉化部分、變換反應和熱回收部分、產汽系統和PSA凈化部分等組成，原料精制部分采用ZnO進行精脫硫的方法進行原料凈化，轉化部分采用烴類-水蒸汽轉化法制氫、產品部分采用PSA凈化提純工藝制取氫氣。

1 概述

永煉制氫裝置產汽系統中汽包給水量約為25 t/h，在除鹽水指標合格的條件下，受除氧水來源多樣性和常規加藥的影響，爐水和蒸汽指標合格率低，特別是蒸汽中的鈉離子、硅含量指標，直接影響蒸汽品質，易導致后續用汽設備故障。只有保證鍋爐給水和爐水系統產品的穩定性和安全性，減少環境排放，穩定和改善給水、爐水及蒸汽指標，才能實現鍋爐系統在安、穩、長、滿、優的狀態下運行。

2 水汽質量不合格的原因分析

2.1 除鹽水給水質量差

制氫裝置水汽質量受除鹽水給水質量的影響很大，制氫裝置飽和中壓蒸汽和過熱蒸汽二氧化硅和鈉離子控制指標分別為20 μg/kg、15 μg/kg。2020年4月至12月除鹽水給水鈉離子含量大于15 μg/kg，2020年4月至8月二氧化硅含量大于20 μg/kg，除鹽水中的鈉離子和二氧化硅含量高是造成制氫裝置飽和中壓蒸汽和過熱蒸汽的鈉離子和二氧化硅含量高的原因之一。除鹽水給水的pH控制指標為8.5～10.5，2020年8～12月除鹽水給水pH低，制氫裝置汽包爐水pH也達不到工藝指標要求。

2.2 磷酸三鈉加藥量過大

為了防止在熱壁上生成緊密的水垢，制氫裝置汽包中加入磷酸三鈉，使鍋爐水中的鈣、鎂鹽類生成非黏結性的松散磷酸鹽垢，通過汽包定期排污排放出來，同時還可提高鍋爐水的堿性，使鍋爐水中的pH值維持在規定的范圍內。但汽包加入磷酸三鈉，造成爐水中的鈉離子超高，部分鈉離子被蒸汽夾帶，造成飽和中壓蒸汽和過熱蒸汽的鈉離子超高。2020年4～12月，制氫裝置汽包爐水中的鈉離子含量基本在1 200～3 300 μg/kg范圍內，二氧化硅含量在190～550 μg/kg范圍內。汽包爐水pH的控制指標為9～11，2020年8～12月爐水pH平均值在7.91～8.95范圍內，達不到工藝指標要求[1]。

2.3 汽包液位控制過高

制氫裝置汽包液位控制工藝指標為50±10%，裝置在實際運行中，汽包液位控制在55%～60%，液位控制較高，蒸汽在上升過程中夾帶部分爐水，導致飽和中壓蒸汽和過熱蒸汽的鈉離子和二氧化硅含量過高。

2.4 取樣操作不規范

制氫裝置飽和中壓蒸汽和過熱蒸汽質量控制相當嚴格，取樣操作不當就會造成樣品污染，導致樣品分析不合格。制氫裝置爐水、飽和中壓蒸汽和過熱蒸汽取樣器在取樣時打開取樣閥門，由于管線內樣品長時間不流動，取樣時排放不徹底，就會造成取樣分析不合格。在取樣過程中操作人員取樣不規范，同樣也會造成取樣污染，導致分析不合格。

3 改進措施

3.1 提高除鹽水給水質量

為提高除鹽水給水質量，2020年12月中旬，動力車間引進新型有機pH調節劑代替氨水調節給水pH值，提高除鹽水給水pH，除鹽水給水pH控制穩定。同時根據化驗分析數據，及時切換陽床、陰床、混床，降低除鹽水給水的鈉離子和二氧化硅。引進新型有機pH調節劑后，2021年1～7月除鹽水供水pH控制穩定，達到供水pH工藝指標要求。同時，除鹽水中的鈉離子和二氧化硅較2020年下降明顯[2]。

3.2 引入新型鍋爐水處理劑

為了從根本上降低汽包爐水中鈉離子的含量，制氫裝置于2020年12月中旬引進新型無磷無鈉鍋爐水處理劑代替磷酸三鈉。2021年1～7月，制氫裝置汽包爐水中的鈉離子含量基本在20～35 μg/kg范圍內，下降非常明顯，爐水中二氧化硅含量在100～200 μg/kg范圍內，下降明顯。2021年1～7月爐水pH平均值在9.26～9.42范圍內，合格率為100%，達到工藝指標要求。

3.3 嚴格控制汽包液位

嚴格控制汽包液位，操作人員巡檢過程中核對汽包液位，確保實際液位和DCS液位一致，為了減少爐水中蒸汽夾帶現象，控制汽包液位在50±2%，防止汽包液位過高造成爐水中鈉離子和二氧化硅夾帶，導致水蒸汽不合格。汽包定排時間控制在取樣前2～3小時內，確保取樣前爐水中沉淀物及時排出。

3.4 規范取樣操作

為了防止取樣時管線排放不徹底，造成取樣分析不合格，制氫裝置爐水、飽和中壓蒸汽和過熱蒸汽取樣器改為常流水，調整流量適中，嚴禁在操作人員取樣時隨意調整取樣器閥門開度。規范取樣操作，取樣前打開取樣瓶蓋，用待測液緩慢地旋轉沖洗，并輕輕倒掉廢液至取樣槽，反復沖洗3～5次。取樣過程中，密切觀察周圍環境，并注意遮擋，避免雜質混入取樣瓶內造成樣水污染。取樣時特別要注意以下四點：(1)避免樣水觸碰取樣管線；(2)避免取樣槽內積存的液體飛濺至取樣瓶內；(3)避免蒸汽冷凝液等雜質落入取樣瓶內；(4)避免手和人體汗液觸碰到待測液。取樣結束后，用樣水沖洗取樣瓶封蓋2～3次后，扣緊瓶蓋，放在指定位置等待化驗分析[3]。

4 改進效果

以上改進措施實施前后，制氫裝置飽和中壓蒸汽、過熱蒸汽主要化驗分析指標統計如表1、表2所示。

由表1、表2對比分析可見，制氫裝置管控措施實施后，飽和中壓蒸汽和過熱蒸汽中鈉離子下降非常明顯，由187.61 μg/kg下降至11.40 μg/kg，過熱蒸汽中的鈉離子平均值由216.84 μg/kg下降至9.87 μg/kg，水汽質量合格率達到100%，困擾多年的過熱蒸汽和飽和中壓蒸汽中的鈉離子長期不合格的問題得以解決，目前汽包系統運行正常，有利于裝置安全、穩定、長周期運行。

表1 改進前飽和中壓蒸汽、過熱蒸汽化驗分析數據統計

表2 改進后飽和中壓蒸汽、過熱蒸汽化驗分析數據統計