加氫裝置緊急泄壓方案介紹

葉昊

（中國石化工程建設(shè)有限公司， 北京 100101）

0 引言

加氫裝置因其高溫、高壓并含有氫氣和硫化氫等介質(zhì)，是煉油廠中易燃易爆危險(xiǎn)裝置之一，因此，加氫裝置的安全生產(chǎn)顯得格外重要。而當(dāng)生產(chǎn)過程中出現(xiàn)極端情況時(shí)，高壓系統(tǒng)的緊急泄壓就成為重中之重[1]。本文將介紹加氫裝置的緊急泄壓方案及其發(fā)展趨勢(shì)。

1 緊急泄壓系統(tǒng)啟動(dòng)條件

裝置正常運(yùn)行過程中出現(xiàn)異常情況，一般會(huì)通過安全聯(lián)鎖系統(tǒng)（SIS）自動(dòng)啟動(dòng)或關(guān)閉相關(guān)設(shè)備和閥門的緊急處理程序，使裝置處于安全處理狀態(tài)，而不采用系統(tǒng)緊急泄壓的方式，避免不必要的經(jīng)濟(jì)損失。如下3種情況，才會(huì)啟動(dòng)緊急泄壓系統(tǒng)。

反應(yīng)器溫度持續(xù)出現(xiàn)嚴(yán)重超溫；由于加氫裝置的熱效應(yīng)是放熱反應(yīng)，在反應(yīng)器中為了保持反應(yīng)溫度在一個(gè)適宜的范圍內(nèi)，必須將反應(yīng)熱及時(shí)從系統(tǒng)中帶出，否則熱量的累積會(huì)導(dǎo)致催化劑床層溫度的升高。并且隨著溫度的升高又會(huì)促進(jìn)反應(yīng)的加速進(jìn)行。對(duì)加氫催化劑而言，反應(yīng)溫度每增加12~13℃，反應(yīng)速度就增加1倍，繼而放出更多的熱量。如此惡性循環(huán)，會(huì)嚴(yán)重導(dǎo)致催化劑超溫，使其活性受到破壞，壽命降低。同時(shí)高溫會(huì)對(duì)反應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)備造成危害，引起高壓法蘭泄漏等一系列問題，因此必須立即啟動(dòng)緊急泄壓系統(tǒng)[2]。

關(guān)鍵設(shè)備發(fā)生故障，如循環(huán)氫壓縮機(jī)停機(jī)或出口流量低、反應(yīng)器循環(huán)泵變頻器故障等，會(huì)使反應(yīng)系統(tǒng)失去排除熱反應(yīng)的動(dòng)力，為避免反應(yīng)系統(tǒng)溫度超高造成催化劑和設(shè)備損害，裝置必須緊急泄壓。

裝置發(fā)生嚴(yán)重事故（如失火、跳電）時(shí)，操作工可以通過手動(dòng)操作開關(guān)啟動(dòng)裝置的緊急泄壓。

2 緊急泄壓的工藝過程

圖1 限流孔板泄壓方案流程示意Fig.1 Limiting orifice pressure relief proposal process schematic

圖2 分程控制調(diào)節(jié)泄壓方案流程示意Fig.2 Stroke-dividing control pressure relief proposal process schematic

圖3 分程控制泄壓曲線Fig.3 Range control pressure curve

對(duì)于加氫處理裝置，反應(yīng)器中化學(xué)反應(yīng)相對(duì)比較緩和，緊急泄壓閥只有1個(gè)，一般按第1min泄壓0.7MPa考慮。對(duì)于加氫裂化裝置，考慮到反應(yīng)器中的化學(xué)反應(yīng)相對(duì)比較劇烈，則設(shè)有兩個(gè)緊急泄壓控制閥。在早期的設(shè)計(jì)中，兩個(gè)泄壓閥分為第1min泄壓0.7MPa及第1min泄壓2.1MPa兩種泄壓方式。即當(dāng)循環(huán)氫壓縮機(jī)故障突然停運(yùn)時(shí)，聯(lián)鎖打開0.7MPa泄壓閥，同時(shí)觸發(fā)反應(yīng)加熱爐停爐聯(lián)鎖，關(guān)閉反應(yīng)加熱爐用于加熱的燃料氣管線調(diào)節(jié)閥或切斷閥。由于是采用爐前混氫，為保持爐管內(nèi)的流體流動(dòng)使反應(yīng)進(jìn)料加熱爐快速降溫，循環(huán)氫壓縮機(jī)故障突然停運(yùn)時(shí)反應(yīng)進(jìn)料泵短期內(nèi)不參加聯(lián)鎖停泵，補(bǔ)充氫壓縮機(jī)保持，視情況卸荷，隨后人工停機(jī)。反應(yīng)器嚴(yán)重超溫時(shí)，人工啟動(dòng)2.1MPa緊急泄壓。近期的設(shè)計(jì)中，為減少緊急泄壓對(duì)泄壓系統(tǒng)的沖擊，對(duì)該兩個(gè)泄壓措施有采用為第1min泄壓0.7MPa和第1min泄壓1.4MPa兩種方式，其泄壓聯(lián)鎖情況與早期相同，但需要泄壓2.1MPa時(shí)，必須在啟動(dòng)0.7MPa緊急泄壓系統(tǒng)后才允許人工啟動(dòng)1.4MPa緊急泄壓系統(tǒng)，此時(shí)補(bǔ)充氫壓縮機(jī)、反應(yīng)進(jìn)料泵（及反應(yīng)器循環(huán)泵）均處于停運(yùn)狀態(tài)，反應(yīng)加熱爐熄火。一旦操作恢復(fù)可控之后，即可在控制室停止緊急泄壓。由于緊急泄壓閥一般遠(yuǎn)離控制室，緊急泄壓閥聯(lián)鎖用的電磁閥應(yīng)不帶現(xiàn)場復(fù)位手柄。

3 緊急泄壓的兩種方式

過去數(shù)年中，國內(nèi)加氫裝置泄壓速度的控制都是通過切斷閥后的限流孔板來實(shí)現(xiàn)的。而近期的一些加氫裝置中，如神華煤液化項(xiàng)目加氫穩(wěn)定裝置（T-STAR裝置），采用了分程控制調(diào)節(jié)閥（A/B 2臺(tái)）的開度來實(shí)現(xiàn)泄壓，也取得了很好的效果，下面，就對(duì)這兩種泄壓方式，分別進(jìn)行介紹。

1）限流孔板泄壓，如圖1所示

采用傳統(tǒng)的限流孔板的泄壓方式，每臺(tái)限流孔板前需要安裝一臺(tái)高壓切斷閥，

正常情況下，切斷閥緊密關(guān)斷，把加氫裝置與火炬系統(tǒng)隔斷；如果需要緊急泄壓，則切斷閥的電磁閥收到控制室來的信號(hào)，將切斷閥完全打開，通過閥后的限流孔板控制泄壓速度，實(shí)現(xiàn)泄壓。

通常情況下，2臺(tái)限流孔板的泄壓速度分別選擇0.7MPa和1.4MPa兩種方式，由于在這種泄壓過程中，泄壓速率完全由限流孔板實(shí)現(xiàn)，因此限流孔板內(nèi)徑的計(jì)算和選擇就成為關(guān)鍵。限流孔板內(nèi)徑的計(jì)算公式如下

式中, q—流體的重量流率，kg/h

為保證裝置安全，限流孔板在選擇時(shí)要經(jīng)過多次計(jì)算和泄壓實(shí)驗(yàn)，才能完成選型，即使這樣，當(dāng)選擇的限流孔板真正用于裝置中時(shí)，由于加氫系統(tǒng)的復(fù)雜工況，也會(huì)或多或少的出現(xiàn)誤差，甚至無法保證裝置的平穩(wěn)泄壓，不得不根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況重新進(jìn)行核算與泄壓實(shí)驗(yàn)，限流孔板孔徑的核算公式為

式中,—計(jì)算所需的限流孔板內(nèi)徑，mm

—實(shí)驗(yàn)時(shí)限流孔板內(nèi)徑，mm

—操作條件下限流孔板的泄壓速率，MPa/min

有時(shí)，需要反復(fù)多次調(diào)整孔板的孔徑才能達(dá)到要求，甚至影響到正常開工，造成經(jīng)濟(jì)損失。

2）分程控制調(diào)節(jié)閥泄壓

如圖2所示，以神華加氫穩(wěn)定裝置為例，介紹分程控制調(diào)節(jié)閥泄壓方案。

從圖2中可以看出，此泄壓方案使用A、B兩個(gè)高壓調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)泄壓，并分別帶有閥位回訊變送器，使操作人員能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控閥位狀態(tài)。當(dāng)CUTBACK（反應(yīng)器安全聯(lián)鎖）被觸發(fā)后，安全聯(lián)鎖系統(tǒng)按PID調(diào)節(jié)控制A、B兩閥進(jìn)行泄壓。具體的泄壓過程分兩個(gè)階段進(jìn)行：第一階段，在15min內(nèi)將系統(tǒng)壓力從14MPa泄到7.15MPa，同時(shí)，要求執(zhí)行其他安全聯(lián)鎖動(dòng)作；此時(shí)，如果系統(tǒng)故障仍然未解除，則需要進(jìn)行第二階段泄壓，由操作人員手動(dòng)啟動(dòng)泄壓按鈕，在10min內(nèi)將系統(tǒng)壓力從7.15MPa泄到3.0MPa。在整個(gè)泄壓過程中，采用分程控制A、B兩閥，先打開A閥，再打開B閥，先關(guān)閉B閥，再關(guān)閉A閥，無論第一階段還是第二階段，如果A閥滿足不了泄壓速率要求，則自動(dòng)打開B閥。

分程控制調(diào)節(jié)閥泄壓曲線，如圖3所示。

控制調(diào)節(jié)閥泄壓方案，對(duì)調(diào)節(jié)閥的選擇至關(guān)重要，具體要求如下。

要求調(diào)節(jié)閥流量特性Cv值不能過大，如果過大，會(huì)使泄壓過程過快，對(duì)泄壓系統(tǒng)沖擊加大，從而損傷反應(yīng)系統(tǒng)和設(shè)備內(nèi)件。

要求調(diào)節(jié)閥泄露等級(jí)能夠達(dá)到ANSI Class V級(jí)。

要求選擇降噪效果比較好的調(diào)節(jié)閥，能夠有效去除在泄壓過程中產(chǎn)生的巨大噪聲。

4 結(jié)束語

綜上所述可以看出，加氫裝置使用限流孔板緊急泄壓過程不易控制、精度較低，而采用調(diào)節(jié)閥緊急泄壓方案，泄壓曲線相對(duì)較為平滑，系統(tǒng)在泄壓過程中更加平穩(wěn)，對(duì)加氫裝置泄壓系統(tǒng)、管線和反應(yīng)器等設(shè)備內(nèi)件沖擊較小，減少了不必要的損失。同時(shí)，采用調(diào)節(jié)閥緊急泄壓方案，大大增強(qiáng)了泄壓過程的可控性，其通過改變泄壓速率曲線調(diào)整泄壓速度，避免了由于限流孔板計(jì)算有誤差，開工過程中通過不斷調(diào)整孔板孔徑來滿足泄壓速度的要求。由此可見，采用分程控制調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)緊急泄壓的方案，是加氫裝置泄壓系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，值得未來加氫裝置借鑒。

[1]李大東.加氫處理工藝與工程[S].

[2]盛翔,胡興錄.加氫裂化裝置緊急泄壓系統(tǒng)改造[J].化工自動(dòng)化及儀表, 2003,(02).

[3]孫劍利.加氫裂化緊急泄壓系統(tǒng)的試驗(yàn)和泄壓孔板內(nèi)徑的理論計(jì)算[J].石油煉制與化工, 1996,(02).