75 000m3/h天然氣制氫裝置試車問題與應對措施

尚立慧，石鈺龍，陸 超

（神木富油能源科技有限公司，陜西神木 719319）

1 裝置概況

新建的75 000m3/h 制氫裝置，利用天然氣為原料，采用一段轉化法造氣、應用中溫變換及PSA氫提純工藝，為加氫裝置提供99.9%的合格氫氣。

2 試車進度影響

2.1 PSA管道吹掃時間影響

PSA吹掃原計劃對所有管道進行爆破吹掃[1]，實際吹掃過程中，因解析氣管線及原料氣管線管徑大，在完善管道吹掃方案時，對該部分管道吹掃時間及效果預估不足；同時，因管道操作及設計壓力低，為控制吹掃壓力，實際爆破效果不佳，導致吹掃時間延長，致使整個裝置吹掃時間較預計時間延長約7d。

2.2 蒸汽吹管影響

在轉化爐烘爐煮爐方案[2]中，原計劃轉化爐烘爐過程中同步實施鍋爐系統(tǒng)煮爐，煮爐結束后開始蒸汽管網(wǎng)吹掃，實際操作中也按照方案完成烘爐及煮爐工作，但因對蒸汽管網(wǎng)吹掃影響因素辨識不足，在吹管過程中，蒸汽打靶長時間未能達標，導致吹管時間較計劃時間延長10d。分析原因主要有兩點，一是在煮爐結束后，未能及時排凈、置換爐水，導致煮爐產生雜質未能徹底排出。二是因烘爐過程中鍋爐產汽量有限，與規(guī)范要求吹管蒸汽量相差較大。

2.3 蒸汽過熱器泄漏影響

為確保蒸汽吹管質量，引裝置外供蒸汽對裝置內蒸汽管道進行再次吹掃，蒸汽暖管過程中發(fā)現(xiàn)，蒸汽過熱段集箱處蒸汽外漏，經降溫、檢查發(fā)現(xiàn)，過熱器進出口集合管與爐管連接角焊縫處存在幾處裂紋，經過分析討論，最終確定割除過熱器進出口集合管返廠處理，更換集合管共影響試車進度22d。

3 試車問題分析與應對措施

3.1 原料氣壓縮機氣缸超溫事件

根據(jù)試車安排，9月26日下午對制氫裝置原料氣壓縮機進行負荷試車，15時18分，經各專業(yè)現(xiàn)場檢查并確認簽字，辦理送電票后，現(xiàn)場啟動原料氣壓縮機，空負荷運行30min，檢查冷卻水、潤滑油、填料溫度等參數(shù)均符合指標，運動部件振動正常，無異響。

15時50分，壓縮機負荷切至50%時，操作人員及設備技術人員對壓縮機氣閥、氣缸等部位的溫度進行檢測，對比發(fā)現(xiàn)壓縮機右列氣缸溫度較高（測溫槍檢測外表面溫度110°C），立即安排緊急停機，對壓縮機氣閥、氣缸進行拆解檢查。檢查過程中，發(fā)現(xiàn)右列內側排氣氣閥誤安裝為進氣氣閥，導致氣缸溫度異常升高，右列活塞兩個支撐環(huán)、四個活塞環(huán)損壞，右列汽缸缸套閥腔處變色。

3.2 鼓風機擋板誤動作導致風機跳車事件

10月14日裝置烘爐煮爐過程中，施工人員在安裝風機操作平臺時，不慎將鼓風機進氣擋板閥氣源閥關閉，導致鼓風機擋板突然關閉，經當班班長現(xiàn)場檢查，并及時恢復，系統(tǒng)未造成波動。

3.3 過熱器焊接質量問題

通過對泄漏的集合管與爐管連接角焊縫處進行PT檢測，發(fā)現(xiàn)焊接接頭存在裂紋，分析可能產生的原因是爐管與集合管（材質12Cr1MoVG）承插焊接時，在預熱、焊后消氫、最終熱處理過程中質量控制不嚴格，焊接工藝執(zhí)行不到位、爐管與集合管承插焊口出膨脹間隙預留不夠或未留間隙等原因，導致產生延遲性裂紋。

3.4 除鹽水管線支管臺泄漏事件

1月17日下午16時，中變氣/除鹽水換熱器出口除鹽水線遠傳溫度支管臺突然破裂，帶壓堵漏無果后。裝置開始停車降溫，1月20日20時，除鹽水支管臺更換完成，系統(tǒng)恢復補水。

3.5 PSA程控閥裝反事件

1月18日PSA開始進氣，進氣最高壓力0.912MPa，始終無法達到吸附壓力，1月19日晚，經設計單位技術服務人員與裝置技術人員現(xiàn)場檢查，發(fā)現(xiàn)PSA吸附器2#、5#閥共計34臺閥門方向安裝錯誤，1月20日，凌晨系統(tǒng)置換合格后，開始更換閥門，1月20日18時，PSA裝反閥門全部回裝完畢。

3.6 聯(lián)鎖跳車事件

1月31日23時50分，PSA D塔8#閥未能及時關閉，B塔4均降氣體直接充入解析氣緩沖罐，導致PSA尾氣壓力過高，觸發(fā)系統(tǒng)停車聯(lián)鎖。經聯(lián)系儀表值班人員對D塔8#閥進行修復后將D塔并入系統(tǒng)，裝置維持穩(wěn)定運行。

3.7 PSA并塔導致系統(tǒng)停車事件

2月15日0時15分，由于1G電磁閥故障導致G塔自動聯(lián)鎖切除，經儀表人員進行處理后，開始進行并塔操作。并塔過程中，將G塔手動泄壓至0.015MPa。當G塔切入系統(tǒng)時，G塔處于沖洗狀態(tài)，因塔壓低于當前沖洗壓力，導致系統(tǒng)解析氣量瞬時減少，壓力過低觸發(fā)系統(tǒng)停車聯(lián)鎖。

4 試車過程中遇到的難點與對策

4.1 PSA閥門故障問題

試車過程中發(fā)現(xiàn)PSA部分程控閥配套的電磁閥在氣溫過低及驟降時，易發(fā)生閥門無法關閉問題，進而導致PSA切塔現(xiàn)象頻繁發(fā)生，分析原因主要為供貨商電磁閥鐵芯剩磁過大及彈簧制造質量問題，后經現(xiàn)場采取人為拉長電磁閥彈簧，暫時解決閥門卡澀問題，但未能徹底解決，經與供貨商溝通，在系統(tǒng)檢修期間統(tǒng)一安排更換電磁閥。

4.2 轉化爐膛負壓波動過大問題[3]

PSA尾氣送入轉化爐燃燒器后，轉化爐爐膛負壓波動較大，經設計單位現(xiàn)場分析原因，主要為系統(tǒng)逆放初期，單雙系列逆放調節(jié)閥開關時間未做延遲調整，導致前階段逆放結束后，程序控制并默認該系列逆放閥門已關閉，同時打開另一系列逆放調節(jié)閥，但實際觀察現(xiàn)場閥門動作情況時發(fā)現(xiàn)，前階段逆放閥門在未完全關閉時，另一系列逆放閥門已按照程序指令逐步開大，最終導致單雙系列逆放過程存在重疊，導致解析氣壓力驟升，解析氣量驟增，致使轉化爐膛壓力急速升至正壓，并在前系列逆放閥完全關閉時，爐膛壓力急速下降至正常負壓值，如此往復循環(huán)。經調整逆放閥門PID參數(shù)后，爐膛壓力波動幅度大幅降低并可控，基于目前裝置運行情況及修改程序下存在停車風險，經與設計單位溝通，決定在系統(tǒng)檢修時，修改控制程序，去除單雙系列逆放重合時間。

5 原材料準備及消耗分析

5.1 原材料準備

原材料信息見表1。

表1 原材料準備

5.2 蒸汽消耗

制氫裝置原設計原料天然氣中甲烷含量95%，無碳二以上烴類，水碳比控制3.0～3.5。因試車時原料氣組成發(fā)生變化，最終用氣組成中碳二以上烴類較設計值增加6%，為避免轉化催化積碳，在裝置投料后控制較高水碳比（3.6～4.5）[4]，蒸汽消耗較設計增大10%。

5.3 燃料氣消耗

原設計全廠燃料氣熱值約196 742kJ/kg，裝置實際試車過程中，燃料氣為天然氣，熱值并未達到上述值，導致轉化爐燃燒用燃料氣消耗較設計值偏大約1 500m3/h。

6 試車結論

制氫裝置試車過程中始終堅貫徹“五不開車”（條件不具備不開車、程序不清楚不開車、指揮不在場不開車、出現(xiàn)問題不解決不開車、安全衛(wèi)生環(huán)保設施沒同時投用不開車），做到“七個堅持”（堅持各種原材料、燃料的質量要求，堅持工程質量標準、維修標準和試運中的規(guī)范標準，堅持執(zhí)行試車組織的嚴密和試車方案、技術方案的嚴肅性，堅持以崗位工作標準、工藝紀律對職工行為的規(guī)范性，堅持投料試車的檢查、確認、堅持對事故“四不放過”的原則，堅持安全衛(wèi)生設施必須安全完好），以高標準、嚴要求、精心組織、科學籌劃，實現(xiàn)了制氫裝置的一次性開車成功，并于1月23日產出99.9%的合格氫氣，這標志著制氫裝置工藝路線全面打通。

7 試車的經驗與教訓

試車的目的是打通流程、調試儀表、鍛煉操作工及暴露裝置中存在的問題及時改進。根據(jù)試車結果來看，制氫裝置工藝、設備、安全具備隨時開車條件，取得了較好的成果，同時也暴露了一定問題取得了一定的經驗教訓。

1）認真、仔細、態(tài)度嚴謹是試車成功的根本。

2）遇到問題應仔細檢查設備、管道、儀表后再分析原因。不能將原因簡單歸結為設備、儀表故障，也不能盲目相信儀表。有時可能是某臺閥門未打開或者系統(tǒng)初次開車時設備升、降溫造成的滯后或者儀表本身固有的滯后現(xiàn)象。

3）班組之間的交接班需仔細，要保證前后班的平穩(wěn)過渡。班組內要及時溝通對重點設備、還沒開穩(wěn)的點重點檢查中控室、現(xiàn)場均要重點察看。與調度、機修、電氣、儀表等相關部門要緊密合作及時溝通，要服從調度的統(tǒng)一安排。

4）工藝技術人員、班組長要對設備、工藝、管道、閥門了然于胸，對設備運行情況、異常情況能有充分的判斷能力。對開車時該設備對系統(tǒng)可能造成的影響，要有充分的認識和準備，以防系統(tǒng)狀況突然變化造成溫度、壓力、液位的變化。

5）對裝置存在的一些未完成工程應在試車之前反復檢查、分析，將影響試車的問題提前解決。

6）聯(lián)動試車過程中按順序打通流程各設備，按前后銜接順序啟動，做到成竹在胸，有條不紊。

7）崗位操作人員理論與實踐存在差距，操作人員均為新招大學畢業(yè)生，對理論知識雖然掌握較熟，但嚴重缺乏現(xiàn)場實踐經驗。部分員工思想觀念依然陳舊，轉變較慢，工作主動性不強，缺乏進取精神和創(chuàng)新意識。個別員工對安全工作存在松懈麻痹思想，存在事故與我無緣的麻痹心態(tài)，工作中違犯勞動紀律，存在僥幸心理，習慣性違章時有發(fā)生。在今后的工作中需加大安全教育力度，使其從思想上重視安全工作，杜絕習慣性違章。

8）崗位操作人員工安全環(huán)保意識不強，需進一步提高認識。

8 意見與建議

為確保裝置在安全穩(wěn)定的前提下長周期穩(wěn)定運行，應從以下幾個方面著手管控：

1）培養(yǎng)員工的現(xiàn)場動手能力及處理問題的應變能力，將理論知識與現(xiàn)場實踐有機結合，保證生產運行安全、平穩(wěn)。

2）全面落實安全生產責任制，與員工簽訂安全生產責任狀，認真落實安全管理制度。突出重點，繼續(xù)深化風險分級管控及事故隱患排查整治工作，定期組織安全大檢查，加強現(xiàn)場檢查力度，將事故隱患消滅在萌芽之中。

3）加強事故應急演練工作。針對可能發(fā)生的危險緊急停車、火災、爆炸等各類突發(fā)險情，按照應急預案職責和要求，編制應急預案并定期組織演練，不斷提高員工的事故處理能力和應急技能。

4）加強員工綜合素質的培訓，培養(yǎng)一批負責任、有本領、敢干事、干成事的化工人才。打造一只敬業(yè)、勤奮、吃苦、敢于管理的員工團隊。