氫氣充裝站的擴建及安全技術(shù)改造

王菊花，澹臺姝嫻，楊 展

（中國平煤神馬集團開封東大化工有限公司，河南 開封 475003）

氫是主要的工業(yè)原料，也是重要的工業(yè)氣體和特種氣體，用途十分廣泛。但氫氣同時還是一種易燃易爆的氣體，其在空氣中的爆炸極限是4%～75%，會引發(fā)事故災(zāi)難。

隨著氫能經(jīng)濟的發(fā)展，市場對氫氣需求量不斷增加，氫氣的異地間輸送也與日俱增。氫氣包裝運輸方式主要有氫氣長管車、瓶組或鋼瓶。傳統(tǒng)的中、小容積氣瓶運輸量小，難以實現(xiàn)大容量供氣的要求。而采用氫氣長管車裝載壓縮氫氣，由于具有工作壓力高、運輸量大、運輸效率高、運輸成本低等優(yōu)點，得以迅速發(fā)展。氫氣長管車是將幾只大容積鋼質(zhì)無縫氣瓶裝配在一起，并將氣瓶頭部連通，作為移動式儲罐給用戶送氣的設(shè)備。單臺設(shè)備的運輸能力可達到4 000 m3氫氣。

2011年，中國平煤神馬集團開封東大化工公司（以下簡稱“東大公司”）離子膜燒堿生產(chǎn)裝置能力增大到18.6萬t/a，每小時生產(chǎn)氫氣量為6 510 m3/h。除去公司生產(chǎn)鹽酸用去氫氣1 890 m3/h，燃氫鍋爐用去2 671 m3/h氫氣外，還有很大的富裕。富裕的氫氣被輸送到氫氣充裝站用來充裝氫氣瓶外銷。原有氫氣充裝站的最大充裝能力為680 m3/h，隨著產(chǎn)能的擴大，尚有很大一部分氫氣未得到利用。為了充分利用這部分富裕氫氣，開拓更大的氫氣市場，2012年5月，東大公司在原有氫氣分廠車間又新建了1 000 m3/h的氫氣長管車充裝裝置。使東大公司總的氫氣充裝站的生產(chǎn)能力達到1 500 m3/h。同時，完善原有的氫氣放空裝置，增加自動放空設(shè)施，使整個氫氣充裝站能更加安全、穩(wěn)定、可靠地運行。

1 氫氣充裝站的生產(chǎn)工藝流程

氫氣充裝工藝流程簡圖見圖1。

由離子膜氫氣處理崗位送來的0.07 MPa，30℃，98%原料氫氣，依次經(jīng)緩沖罐、阻火器、分配臺1#、氫氣袋后、通過氫氣分配臺2#,分別進入中壓氫氣壓縮機1及高壓氫氣壓縮機2內(nèi)進行壓縮.冷卻、干燥后的氫氣分別通過管道送往各氫氣匯流排進行充裝。壓力為14 MPa的中壓氫氣用于充裝氫氣鋼瓶或瓶組銷售,壓力為20 MPa的高壓氫氣用于充裝氫氣長管車銷售。

2 新建氫氣壓縮機的安全保障

2.1 壓縮機設(shè)備的選擇

根據(jù)充裝工藝要求，本次擴建選用2臺500 m3/h的少油潤滑氫氣壓縮機。該機為對稱平衡型，雙列、五級壓縮、級差活塞水冷式結(jié)構(gòu)，由防爆電機通過聯(lián)軸器傳動，在常溫下將7 kPa的氫氣分為五級壓縮至20 MPa（表壓），專供氫氣長管車充裝。

2.2 設(shè)備運行的安全措施

氫氣壓縮機采用PLC可編程控制器進行集中控制，控制系統(tǒng)還設(shè)置有各種自動保護功能和故障報警及故障信息顯示功能，在整個工藝系統(tǒng)中，也設(shè)置了安全保護措施。

（1）氫氣壓縮機的循環(huán)冷卻水壓力與壓縮機連鎖，當循環(huán)冷卻水回水壓力＜0.02 MPa時，壓縮機連鎖自動停機。

（2）氫氣壓縮機的潤滑油壓力與壓縮機連鎖，當潤滑油壓力＜0.10 MPa時,壓縮機連鎖自動停機。

（3）氫氣壓縮機的二級排氣壓力與壓縮機連鎖，當二級排氣壓力＞1.2 MPa時，壓縮機連鎖自動停機。

（4）氫氣壓縮機末級排氣壓力與壓縮機連鎖，當末級排氣壓力＞20.5 MPa時,壓縮機連鎖自動停機。

（5）氫氣進緩沖罐前的總管壓力與壓縮機連鎖，當氫氣總管壓力＜0.03 MPa時,壓縮機連鎖自動停機。

（6）在氫氣壓縮機各級冷卻器氣體出口管路上還裝有彈簧式安全閥，各級安全閥排放壓力分別為：一級：0.35～0.36 MPa； 二級：1.26～1.32 MPa；三級：3.3～3.5 MPa；四級：8.50～8.90 MPa；五級：21.00～22.00 MPa。

當氫氣各級冷卻器后的壓力超過規(guī)定值時，安全閥自動起跳，保護氫氣壓縮機及整個氫氣系統(tǒng)的安全。

3 完善氫氣充裝站的消防設(shè)施

氫氣充裝站原來配置的消防設(shè)施主要為 “干粉”滅火器。室外消防水為一次水，壓力較低，小于0.1 MPa，本次技改完善了氫氣充裝站的消防設(shè)施。

（1）氫氣放空管增加氮氣滅火系統(tǒng)。本次擴建，專門為氫氣充裝裝置配置了氮氣管道。在氫氣壓縮機進口管道、每個氫氣放空管道及氫氣安全閥后放空管道均設(shè)置了含氧量小于0.5%的氮氣置換滅火設(shè)施。在生產(chǎn)正常運行期間，氮氣管道系統(tǒng)一直保持0.6 MPa的壓力，更有效地保證了氫氣生產(chǎn)的安全運行。

（2）提高消防水的壓力。本次改造在一次水管道路上增加1臺加壓泵，使一次水的壓力達到0.3MPa，并增加一次水低壓報警信號，保證了消防水穩(wěn)定的壓力。

4 氫氣灌裝系統(tǒng)的安全設(shè)置

為保障氫氣充裝系統(tǒng)的安全運行，在系統(tǒng)上增設(shè)了安全設(shè)施。

（1）在氫氣充裝排上設(shè)置氫氣超壓泄壓安全閥，避免氫氣充裝系統(tǒng)發(fā)生超壓事故。

（2）在氫氣充裝排上設(shè)置氫氣回流閥，氫氣回流至氫氣壓縮機前的管道，保證壓縮機前的氫氣管道處于正壓狀態(tài)。正常情況下，氫氣回流利用，減少排放大氣的氫氣量，既利于安全，也減少了浪費。

（3）在氫氣充裝排上增設(shè)氮氣吹掃、置換管道，在不正常情況或開、停車時，對系統(tǒng)進行吹掃置換，保障了氫氣系統(tǒng)的安全性。

（4）在充裝排上設(shè)置氫氣放空管道，并接至室外屋脊1 m以上處，在放空管道上安裝阻火器。在氫氣壓縮機開、停車時，進行放空，既利于氫氣系統(tǒng)的提純，又避免了剛開車時，管道內(nèi)的空氣與氫氣形成爆炸性的混合氣體，保證了生產(chǎn)系統(tǒng)的安全。

5 氫氣生產(chǎn)裝置內(nèi)新增的安全設(shè)施

為保障氫氣充裝站的安全運行，在生產(chǎn)裝置內(nèi)增設(shè)了安全設(shè)施。

（1）在氫氣壓縮機廠房、氫氣匯流排間、氫氣長管車氫氣充裝接口等氫氣容易泄漏的爆炸危險區(qū)域均按要求共設(shè)置了4臺氣敏半導(dǎo)體式氫氣檢漏報警裝置，保障整個氫氣充裝站的生產(chǎn)設(shè)備及人身安全。

（2）在氫氣袋廠房內(nèi)增設(shè)了防爆攝像頭，使操作人員在操作室能及時、清楚地觀察到氫氣袋的變化，以便在緊急情況時，能及時采取正當?shù)奶幚泶胧１ＷC生產(chǎn)正常安全、穩(wěn)定運行。

（3）氫氣放空管道設(shè)置了安全連鎖裝置，代替原來的人工放空操作。在氫氣袋后的氫氣分配臺上設(shè)置了氫氣壓力遠傳信號，在氫氣袋前氫氣分配臺上的氫氣放空管上設(shè)置了自動放空閥，使氫氣袋后的壓力與放空管上的自動放空閥連鎖。當氫氣壓力超過0.6 MPa時，自動放空閥打開，系統(tǒng)內(nèi)的氫氣放空；當氫氣壓力降低至0.5 MPa時，放空閥自動關(guān)閉，保證氫壓機在突然停車時，氫氣系統(tǒng)及氫氣氣袋內(nèi)的壓力穩(wěn)定，保障氫氣站的安全運行。

（4）氫氣總管壓力與氫氣壓縮機設(shè)置連鎖裝置。在氫氣總管上設(shè)置氫氣自動切斷閥，與總管上的氫氣壓力及氫壓機連鎖，當氫氣總管壓力低于0.5 MPa時，氫氣壓力低壓報警；當氫氣壓力低于0.3 MPa時，氫氣自動切斷閥門關(guān)閉，氫氣壓縮機連鎖停車。避免了因為氫氣系統(tǒng)壓力低，而使空氣抽入氫氣系統(tǒng)中，使氫氣與空氣混合，形成爆炸性氣體，對整個氫氣系統(tǒng)造成威協(xié)。

6 運行效果

新建的1 000 m3/h氫氣長管車生產(chǎn)裝置自2012年6月15日開車以來，運行效果良好，設(shè)備生產(chǎn)能力大，運行穩(wěn)定。與氫氣鋼瓶的充裝相比較，生產(chǎn)裝置的安全性大大提高，同時，用氫氣長管車充裝氫氣，一次充裝時間較長，中間操作很少，充裝接管接通以后，操作人員只需定時巡檢即可。氫氣鋼瓶充裝前必須進行檢驗，單瓶容量小，數(shù)量多，操作復(fù)雜，需用操作人員多；且氫氣鋼瓶來回搬運，勞動強度大、效率低、運行費用高。氫氣長管車充裝使操作頻率大大減小，勞動強度和生產(chǎn)成本明顯降低。

氫氣充裝站擴建后，生產(chǎn)能力大幅提高。年生產(chǎn)時間按8000h計，每年可多充裝氫氣800萬m3，創(chuàng)造經(jīng)濟效益640萬元。

氫氣長管車充裝技術(shù)改造的實施，極大地提高了氫氣生產(chǎn)工藝裝置的安全性，提高了充裝效率，改進了操作人員工作環(huán)境，降低了勞動強度，保障了氫氣生產(chǎn)的正常運行，使氫氣充裝能力大大地提高，拓寬了氫氣銷售市場，具很好的安全性，在易燃易爆等危險性氣體包裝裝置中具有推廣價值。