國內(nèi)首套140000m3/h制氫裝置開工難點(diǎn)分析

裴增帥

（中國石油廣西石化公司，廣西 欽州 535000）

國內(nèi)首套140000m3/h制氫裝置開工難點(diǎn)分析

裴增帥

（中國石油廣西石化公司，廣西 欽州 535000）

分析了國內(nèi)首套140000m3·h-1制氫裝置在開工中遇到的問題及難點(diǎn)，并針對(duì)開工難點(diǎn)提出解決方案。關(guān)鍵詞：首套；開工；難點(diǎn)分析；解決方案

1 裝置概況

某煉廠140000 m3·h-1制氫裝置的造氣部分采用法國德希尼布（TECHNIP）技術(shù)，PSA部分采用美國UOP專利技術(shù)設(shè)備，采用“烴類水蒸氣轉(zhuǎn)化制氫+PSA變壓吸附提純”工藝路線。采用較高的轉(zhuǎn)化爐出口溫度（895℃），以增加轉(zhuǎn)化深度，提高單位原料產(chǎn)氫率，降低原料消耗。增設(shè)預(yù)轉(zhuǎn)化反應(yīng)器，減小轉(zhuǎn)化爐尺寸，充分利用高溫作為煙氣熱量，降低轉(zhuǎn)化爐操作苛刻度，進(jìn)一步降低轉(zhuǎn)化爐的燃料消耗。采用雙蒸汽系統(tǒng)，將煙道氣﹑轉(zhuǎn)化氣產(chǎn)汽分開，滿足自產(chǎn)蒸汽外輸品質(zhì)要求的同時(shí)，最大限度地利用裝置的余熱。優(yōu)化換熱流程，合理利用余熱溫位，提高熱效率。工藝流程主要由原料升壓和精制﹑原料預(yù)轉(zhuǎn)化﹑水蒸氣轉(zhuǎn)化﹑高溫變換反應(yīng)和工藝氣熱回收﹑PSA凈化部分﹑轉(zhuǎn)化爐熱量供應(yīng)和煙氣余熱回收及雙產(chǎn)汽系統(tǒng)等7個(gè)部分組成。以煉廠氣﹑天然氣﹑液化氣和石腦油為主要原料，每h可生產(chǎn)出14萬標(biāo)m3﹑純度99.9%以上﹑2.3MPa的工業(yè)氫氣。裝置2014年7月29日成功產(chǎn)氫并網(wǎng)，后由于設(shè)備﹑工藝﹑儀表等原因造成停工，又經(jīng)歷數(shù)次開工。

2 開工時(shí)遇到的問題及具體分析

2.1 開工壓縮機(jī)K151聯(lián)鎖停機(jī)

開工壓縮機(jī)K151在開工時(shí)帶動(dòng)轉(zhuǎn)化高變循環(huán)，如果K151停機(jī)，系統(tǒng)就會(huì)停止循環(huán)，無法進(jìn)行轉(zhuǎn)化高變催化劑升溫還原操作。

1）分液罐D(zhuǎn)302液位高高造成聯(lián)鎖停機(jī)。在轉(zhuǎn)化高變配汽后，D302建立液位，但底部排液閥30LV005﹑70LV001-2現(xiàn)場(chǎng)流程沒導(dǎo)通，導(dǎo)致D302排液不暢。

2）K151出口壓力高高造成聯(lián)鎖停機(jī)。在進(jìn)行配汽配氫操作時(shí)，配入量過大，K151調(diào)節(jié)不及時(shí)導(dǎo)致出口憋壓。

3）K151入口壓力低低造成聯(lián)鎖停機(jī)。K151入口壓力低低聯(lián)鎖沒有旁路，在壓縮機(jī)加載負(fù)荷后入口補(bǔ)氮不及時(shí)。

4）轉(zhuǎn)化爐停車I202聯(lián)鎖導(dǎo)致K151停機(jī)。

2.2 ABC測(cè)試不成功

在轉(zhuǎn)化爐點(diǎn)火前燃料氣系統(tǒng)先要進(jìn)行ABC測(cè)試，目的是檢測(cè)每根火嘴根部閥皆關(guān)閉，燃料氣系統(tǒng)無泄漏，保壓正常。在ABC測(cè)試成功后才可以復(fù)位火嘴邏輯。若ABC測(cè)試不成功，則不能進(jìn)行下一步操作。

1）ABC測(cè)試燈不亮。SIS上有些條件并沒有達(dá)到，或者儀表﹑電氣問題。

2）ABC測(cè)試失敗。燃料氣兩道手閥沒有完全關(guān)閉，造成漏氣，系統(tǒng)保不住壓。

2.3 轉(zhuǎn)化高變系統(tǒng)配汽后發(fā)生飆升現(xiàn)象

在配汽前，因高變床層未達(dá)到配汽要求，為了使高變床層達(dá)到配汽要求的溫度，裝置指示按操作曲線繼續(xù)提高轉(zhuǎn)化爐出口溫度，同時(shí)內(nèi)操通過15FV001調(diào)整轉(zhuǎn)化高變系統(tǒng)的循環(huán)量，以保證及時(shí)將熱量帶到高變反應(yīng)器。當(dāng)轉(zhuǎn)出溫度達(dá)到598℃時(shí)，高變反應(yīng)器最低點(diǎn)床層溫度達(dá)到202℃，此時(shí)轉(zhuǎn)化爐入口溫度已經(jīng)達(dá)到了645.5℃，煙氣轉(zhuǎn)對(duì)流段的溫度已經(jīng)高達(dá)839℃，轉(zhuǎn)化爐爐膛上層溫度基本都在950℃左右，配汽后轉(zhuǎn)化爐出口有了明顯的溫升，轉(zhuǎn)化出口溫度達(dá)到711℃，配汽后溫升達(dá)到110℃。內(nèi)操降低了燃料氣進(jìn)轉(zhuǎn)化爐流量，保證轉(zhuǎn)化爐溫度未大幅波動(dòng)。

1）高變反應(yīng)器床層最低點(diǎn)溫度一直達(dá)不到配汽時(shí)的溫度要求。班組為了保證D751的升溫升壓，DCS上高變反應(yīng)器溫控閥30TIC001閥位一直是0，導(dǎo)致轉(zhuǎn)出溫度達(dá)到360℃時(shí)，高變反應(yīng)器溫度只有100℃，嚴(yán)重推延了高變的床層升溫時(shí)間。

2）轉(zhuǎn)化爐爐膛和轉(zhuǎn)化出口溫度較高。為了使高變床層達(dá)到配汽要求的溫度，裝置指示按操作曲線繼續(xù)提高轉(zhuǎn)化爐出口溫度，同時(shí)內(nèi)操通過15FV001調(diào)整轉(zhuǎn)化高變系統(tǒng)的循環(huán)量，以保證及時(shí)將熱量帶到高變反應(yīng)器，結(jié)果在配汽操作時(shí)，轉(zhuǎn)化爐入口溫度已經(jīng)達(dá)到了645.5℃，煙氣轉(zhuǎn)對(duì)流段的溫度已經(jīng)高達(dá)839℃，轉(zhuǎn)化爐爐膛上層溫度基本都在950℃左右。

3）氮?dú)鈮嚎s機(jī)K151循環(huán)量未達(dá)到要求，氮?dú)庋h(huán)量過小。

在開工過程中，氮?dú)庋h(huán)量在23000kg·h-1左右，與裝置之前開工循環(huán)量29000kg·h-1有差距，因?yàn)镵151的幾次聯(lián)鎖均造成K151超電流，此次開工過程中內(nèi)操時(shí)刻關(guān)注著K151的運(yùn)行電流和氮?dú)庋h(huán)量，但一直未達(dá)到裝置以前開工的循環(huán)量，使得轉(zhuǎn)化爐爐膛熱量一直未帶到轉(zhuǎn)化出口和高變床層，配汽后循環(huán)量降至17471kg·h-1。這與裝置之前開工，轉(zhuǎn)化配汽后的24141kg·h-1的流量相差較大，而相差的接近7000kg·h-1的循環(huán)量被配入的蒸汽取代，蒸汽的熱焓值大于氮?dú)?，?dǎo)致轉(zhuǎn)化爐爐膛上層溫度被帶到轉(zhuǎn)化出口，轉(zhuǎn)出溫度溫升明顯。

4）煙氣熱量利用較少。由于脫硫系統(tǒng)沒有建立循環(huán)，CE205熱量并沒有帶走，造成煙氣熱量利用較少，轉(zhuǎn)化爐大部分熱量都由配汽后的循環(huán)氣帶到轉(zhuǎn)化爐出口，造成轉(zhuǎn)出溫度較高。

5）初始配汽量過大。

2.4 加氫反應(yīng)器床層溫度高高聯(lián)鎖停工

轉(zhuǎn)化高變建立熱氮循環(huán)后，為保護(hù)脫硫系統(tǒng)原料預(yù)熱段CE205（轉(zhuǎn)化爐煙氣預(yù)熱原料氣）不干燒，脫硫系統(tǒng)通氮?dú)夥趴?。但隨著時(shí)間的推進(jìn)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的溫度越來越高，CE205的煙氣熱量也越來越大，對(duì)脫硫氣的換熱也增加，特別是D741產(chǎn)汽后，由于D741產(chǎn)的蒸汽全部經(jīng)過原料氣第三預(yù)熱器E312（蒸汽預(yù)熱原料氣），脫硫氣的溫度也會(huì)越來越高。由于氮?dú)獗葻崛葺^小，開工進(jìn)料前需要將大量天然氣通入脫硫系統(tǒng)（放空），取走CE205的熱量。

1）天然氣通入量過少，最大時(shí)僅為3.9t天然氣·h-1，開工方案關(guān)于通入天然氣量沒有明確規(guī)定具體數(shù)值，同時(shí)由于調(diào)度通知當(dāng)時(shí)火炬放空量較大，要求適當(dāng)控制放空量，且當(dāng)班班組沒有14萬t制氫開工進(jìn)料的經(jīng)驗(yàn)，故當(dāng)班內(nèi)操?zèng)]有進(jìn)一步提高通入脫硫系統(tǒng)的天然氣的量。

2）加氫﹑脫硫反應(yīng)器沒有切除。

3 開工難點(diǎn)分析及解決

3.1 開工壓縮機(jī)K151問題

K151的問題主要是如何保證在整個(gè)轉(zhuǎn)化高變升溫還原過程中正常運(yùn)行。由于K151設(shè)計(jì)出口壓力0.8MPa，在系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)時(shí)因系統(tǒng)壓力降比較高，操作出口壓力也比較高，接近聯(lián)鎖值。特別是在系統(tǒng)進(jìn)行配汽配氫操作時(shí)，如果不注意，使配入量過大，極易引起K151出口壓力高高而聯(lián)鎖停機(jī)。

為此，在進(jìn)行配汽配氫操作時(shí)，原則是不能影響循環(huán)流程的壓力，所以開閥一定要緩慢。內(nèi)外操配合，外操緩慢開啟，當(dāng)內(nèi)操發(fā)現(xiàn)K151出口壓力升高時(shí)，立即停止開閥，觀察。如果循環(huán)系統(tǒng)壓力升高及時(shí)通過K151入口放掉多余壓力，防止K151跳車。

3.2 ABC測(cè)試問題

ABC測(cè)試的主要問題是要保證一次性成功，否則會(huì)影響點(diǎn)火進(jìn)度。因此，在ABC測(cè)試前，無論是瓦斯還是解析氣，火嘴壓力一定要低于壓力低低聯(lián)鎖值。內(nèi)操可以將瓦斯低低進(jìn)行強(qiáng)制，首先外操要確認(rèn)瓦斯﹑解析氣火嘴根部閥全部關(guān)閉，內(nèi)操確認(rèn)SIS上所有關(guān)于ABC測(cè)試的所有條件已經(jīng)滿足，現(xiàn)場(chǎng)操作柱指示燈正常，則可以進(jìn)行ABC測(cè)試。如果現(xiàn)場(chǎng)操作柱可以進(jìn)行ABC測(cè)試而指示燈不亮，則不能進(jìn)行ABC測(cè)試，聯(lián)系儀表﹑電氣查找原因。

3.3 配汽操作

配汽操作是轉(zhuǎn)化高變升溫還原最重要的一步，配汽操作不當(dāng)可能引起蒸汽管線水擊﹑汽包液位不穩(wěn)﹑K151出口壓力超高﹑轉(zhuǎn)化爐出口溫度難以控制等問題。由于配汽時(shí)汽包D741產(chǎn)汽，汽包D751壓力不夠，所以先采用D741蒸汽配汽，再采用D751配汽，74FV001的限位應(yīng)該取消，現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)關(guān)閉。74PV004-1為20%限位閥，配汽前應(yīng)先將74PV004-1后至配汽點(diǎn)的手閥緩慢打開一點(diǎn)，開74MV001前的放空閥暖管，完畢后關(guān)閉74PV004-1后至配汽點(diǎn)的手閥，打開74MV001，保險(xiǎn)起見，也可以現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)慢慢打開，緩慢打開74PV004-1后至配汽點(diǎn)的手閥給系統(tǒng)配汽，觀察壓縮機(jī)出口壓力變化及轉(zhuǎn)化爐溫度，發(fā)生變化及時(shí)停止開閥，并且等一段時(shí)間，待穩(wěn)定后再進(jìn)行下一步操作。待74PV004-1后至配汽點(diǎn)的手閥全部打開后，內(nèi)操用74PV004-1控制配汽，D741配汽不夠時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)緩慢打開74FV001給系統(tǒng)配汽，待開到20%后，投用74FV001限位，內(nèi)操開始控制配汽量。蒸汽進(jìn)入爐管后根據(jù)溫度，外操及時(shí)增減燃燒火嘴。

3.4 加氫脫硫系統(tǒng)進(jìn)料

當(dāng)轉(zhuǎn)化高變催化劑還原完成或者將要完成時(shí)，加氫脫硫系統(tǒng)首先要進(jìn)行進(jìn)料。由于原料為天然氣，經(jīng)過采樣分析，甲烷含量為99%以上（體積），且沒有高級(jí)烴﹑不飽和烴以及雜質(zhì)，是制氫最理想的原料，所以原料對(duì)加氫﹑脫硫催化劑的影響可以忽略，主要是溫度。由于這時(shí)原料被過熱蒸汽和煙氣分別加熱，溫度很高，操作不當(dāng)，極易使加氫反應(yīng)器床層溫度高高，引發(fā)全裝置聯(lián)鎖。

隨著轉(zhuǎn)化爐出口溫度升高，前端系統(tǒng)加氫反應(yīng)器入口溫度也會(huì)越來越高，當(dāng)用氮?dú)獠蛔阋越禍貢r(shí)，脫硫系統(tǒng)停止通氮，通入天然氣，用原料天然氣帶動(dòng)加氫脫硫系統(tǒng)升溫。根據(jù)幾次開工經(jīng)驗(yàn)及總結(jié)討論，加氫脫硫系統(tǒng)進(jìn)料天然氣在10t·h-1左右時(shí)，可有效控制溫升。為了保險(xiǎn)起見，可以在加氫反應(yīng)器入口溫度還未達(dá)到操作溫度時(shí)，提前將加氫脫硫反應(yīng)器旁路，待系統(tǒng)溫度能控制后再將反應(yīng)器聯(lián)入。

4 結(jié)論

某煉廠公司140000m3·h-1制氫裝置是國內(nèi)首套單系列最大制氫，在開工中遇到難點(diǎn)，原因是多方面的，既有裝置本身設(shè)計(jì)不夠完善，也有班組人員面對(duì)著制氫裝置大型化，采用新工藝﹑新設(shè)計(jì)﹑新設(shè)備的操作經(jīng)驗(yàn)不足。唯有在每次開工中遇到問題及時(shí)總結(jié)，對(duì)開工難點(diǎn)加以分析討論，完善開工方案，在每次開工前做好裝置開工培訓(xùn)，嚴(yán)格按照開工方案操作，步步確認(rèn)，才能達(dá)到對(duì)裝置開工得心應(yīng)手。

Start-up Difficulty Analysis on 140000m3/h Hydrogen Producing Plant

PEI Zengshuai
(Guangxi Petrochemical Company, CNCP, Qinzhou 535000, China)

TQ 116.2

B

1671-9905(2017)04-0058-03

2017-02-23