制氫站制氫裝置氫、氧分離器差壓調(diào)節(jié)方法及模擬案例分析

董 興

(大唐托克托發(fā)電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000)

氫以化合態(tài)廣泛存在于自然界里，其在水中占11%的重量。氫氣是一種無色、無味、無毒的氣體。其分子量為2.0158；沸點(diǎn)為-252.8℃；熔點(diǎn)-259.8℃；相對(duì)密度0.09(空氣=1)；飽和蒸氣壓13.3kPa；燃燒熱241kJ/mol；引燃溫度400℃；空氣中的最小點(diǎn)火能0.019mJ；氧氣中的最小點(diǎn)火能0.019mJ；最大爆炸壓力0.72MPa；燃燒最高溫度2 129℃。

當(dāng)制氫裝置氫分離器、氧分離器差壓高時(shí)會(huì)導(dǎo)致氫、氧分離器堿液波動(dòng)，制氫裝置槽壓隨之波動(dòng)較大，影響制氫裝置正常運(yùn)行。嚴(yán)重時(shí)，會(huì)導(dǎo)致堿液流入氫氣干燥系統(tǒng)或通過氧分離器流失，從而造成制氫裝置堿液損失、造成氫氣系統(tǒng)堿液結(jié)晶、污堵，使制氫裝置無法正常運(yùn)行。

1 影響制氫裝置氫分離器、氧分離器差壓高常見的原因及處理方法

1.1 調(diào)節(jié)參數(shù)不合理

處理方法：停機(jī)調(diào)整參數(shù)，重新調(diào)節(jié)PID參數(shù)到合理范圍。

1.2 氫、氧調(diào)節(jié)閥氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥閥芯磨損或薄膜漏

處理方法：將氫、氧調(diào)節(jié)閥閥芯下調(diào)或更換(更換時(shí)需要進(jìn)行氮?dú)庵脫Q空氣)。

1.3 氣動(dòng)管路泄漏

處理方法：排除漏點(diǎn)，檢查制氫裝置管線壓力，若管路壓力穩(wěn)定，利用氫氣檢測儀或肥皂水進(jìn)行查漏；若管路泄壓較快，則立即停機(jī)，利用氮?dú)馍龎河梅试硭M(jìn)行查漏。

2 氫、氧分離器差壓高具體調(diào)節(jié)方法

2.1 啟動(dòng)前檢查

氫分離器、氧分離器差壓變送器的引訊管內(nèi)均注入與系統(tǒng)內(nèi)濃度相同的堿液(注液前首先打開變送器底部的排氣閥，然后打開引訊管頂部的絲堵，將堿液慢慢注入引訊管內(nèi)，當(dāng)排氣閥連續(xù)排出堿液時(shí)，關(guān)閉排氣閥，至引訊管注滿堿液為止)。保證氫、氧分離器差壓在±50mm以內(nèi)。

當(dāng)氫、氧分離器差壓在±50mm以外，電解槽槽壓為0MPa時(shí)，氫氧分離高差壓無法調(diào)節(jié)，應(yīng)用充氮?dú)獾姆椒ㄟM(jìn)行調(diào)節(jié)差壓，充氮?dú)獾姆椒椋和A液循環(huán)泵，關(guān)堿液過濾器出口門，開堿液過濾器旁路門和入口門，開氫氣排放旁路門，關(guān)氧氣出口手動(dòng)門、氫氣冷卻器出口手動(dòng)門，開堿液過濾器充氮門，以0.3MPa～0.4MPa的壓力向框架一充氮?dú)?，將槽壓充氮?dú)庠?.5MPa左右，停止充氮?dú)?，就地或手?dòng)調(diào)節(jié)氫、氧分離器差壓。差壓調(diào)節(jié)正常后，恢復(fù)運(yùn)行方式，可以啟動(dòng)(此時(shí)制氫裝置框架一無空氣進(jìn)入，可直接啟動(dòng))。

2.2 啟動(dòng)過程中

啟動(dòng)時(shí)，氫氧調(diào)門開關(guān)正常，動(dòng)作靈活，PID在合理范圍，其他設(shè)備無異常時(shí)，氫、氧分離器差壓可通過氫氧調(diào)門自動(dòng)根據(jù)差壓控制，如果氫、氧分離器差壓無法自動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí)，可通過手動(dòng)控制，差壓穩(wěn)定后再切自動(dòng)控制。

2.3 運(yùn)行過程中

運(yùn)行過程中，氫氧調(diào)門開關(guān)正常，動(dòng)作靈活，PID在合理范圍，其他設(shè)備無異常時(shí)，氫、氧分離器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)，如果氫、氧分離器差壓無法自動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí)，可通過手動(dòng)控制，差壓穩(wěn)定后再切自動(dòng)控制。設(shè)定值在±50mm自動(dòng)跳閘，實(shí)現(xiàn)氫、氧分離器差壓穩(wěn)定。

2.4 停運(yùn)備用

停運(yùn)過程中，泄壓時(shí)注意氫、氧分離器差壓在±50mm以內(nèi)，保持氫、氧分離器無竄液位現(xiàn)象發(fā)生，反之，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成氫氣系統(tǒng)管路出現(xiàn)堿結(jié)晶現(xiàn)象或堿液通過氧分離器排空管跑堿現(xiàn)象。

2.5 制氫裝置突然跳閘

當(dāng)設(shè)備突然停電，自控失靈，制氫設(shè)備需要緊急卸壓時(shí)，關(guān)框架一氫純度分析儀取樣入口門、氧純度分析儀取樣入口門及濕度分析儀取樣入口門，密切注意氫、氧分離器液位計(jì)指示，慢慢打開氫氣排放旁路門、氧氣排放旁路門，并通過調(diào)節(jié)氫、氧排放旁路門的開度來保持液位平衡，將系統(tǒng)卸壓停機(jī)。

3 注意事項(xiàng)

當(dāng)制氫裝置在停備過程中，需要調(diào)整氫、氧分離器差壓時(shí)，采用充氮?dú)獾姆椒ㄟM(jìn)行調(diào)整，切勿通過氫儲(chǔ)罐出入口開啟閥門將氫氣返回制氫裝置，若氫氣返回制氫裝置分離器，造成氫氧混合，極有可能發(fā)生爆炸、火災(zāi)的危險(xiǎn)。

調(diào)整氫、氧分離器差壓時(shí)，切勿氧氣、氫氣由壓力設(shè)備及管道內(nèi)急劇放出。當(dāng)氫氣急劇放出時(shí)，由于靜電原因可能引起自動(dòng)燃燒和爆炸，當(dāng)氧氣急劇放出時(shí)，管路的氧化層可能引起火花。

制氫站嚴(yán)禁明火，值班人員(包括進(jìn)入制氫站的所有人員)禁止吸煙，不準(zhǔn)穿帶釘子的鞋，應(yīng)穿防靜電工作服和防靜電鞋。操作時(shí)使用防爆工具(銅制工具)，嚴(yán)禁鐵器工具相互撞擊，以免產(chǎn)生火花。

當(dāng)氫、氧分離器在啟動(dòng)或運(yùn)行過程中差壓無法調(diào)節(jié)時(shí)，多數(shù)是由于氫、氧調(diào)節(jié)閥故障引起的，所以要重點(diǎn)檢查氫、氧調(diào)節(jié)閥是否動(dòng)作靈活，開關(guān)能否到位，閥體內(nèi)是否有堿液結(jié)晶存在。

4 模擬事故預(yù)案分析

4.1 模擬事故背景

以大唐托克托發(fā)電有限責(zé)任公司托克托發(fā)電廠制氫站(以下簡稱“托克托發(fā)電廠制氫站”)為例，模擬制氫站制氫裝置氫、氧調(diào)節(jié)閥差壓高導(dǎo)致制氫裝置停機(jī)事件。

托克托發(fā)電廠制氫站#1、2制氫裝置分別為CNDQ10/3.2(七一八所)和DQ-10/3.2(河北電力廠)中壓電解制氫設(shè)備，產(chǎn)氫量均為10Nm3/h，產(chǎn)氧量均為5Nm3/h 。氫氣充罐用于冷卻發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，氧氣外排。

4.2 模擬事故經(jīng)過

20XX年XX月XX日10點(diǎn)03分，值班員乙在制氫站制氫裝置電解間巡檢過程中發(fā)現(xiàn)制氫裝置氫、氧分離器就地差壓為±40mm，立即聯(lián)系控制室監(jiān)盤人員值班員甲有何操作，回復(fù)無操作調(diào)取設(shè)備運(yùn)行趨勢，發(fā)現(xiàn)DCS系統(tǒng)氫、氧調(diào)節(jié)閥自動(dòng)調(diào)節(jié)氫、氧分離器差壓出現(xiàn)延遲現(xiàn)象，導(dǎo)致氫、氧分離器差壓波動(dòng)較大，值班員乙接到值班負(fù)責(zé)人丙命令后立即手動(dòng)調(diào)節(jié)氫、氧分離器差壓到運(yùn)行許可范圍，經(jīng)觀察，氫氧分離器差壓受氫氧調(diào)節(jié)閥自動(dòng)調(diào)節(jié)影響波動(dòng)數(shù)值越來越大，為安全起見，制氫裝置，安排化環(huán)專業(yè)檢查氫、氧調(diào)節(jié)門運(yùn)行工況，以及熱控人員檢查氫氧調(diào)節(jié)閥PID。經(jīng)檢查，氫氧調(diào)節(jié)門動(dòng)作靈活，開關(guān)到位，熱控人員調(diào)試氫氧調(diào)節(jié)閥PID，試運(yùn)后，制氫裝置正常運(yùn)行。

4.3 模擬造成的事故

①制氫裝置氫、氧調(diào)節(jié)門自動(dòng)控制系統(tǒng)出現(xiàn)異常，導(dǎo)致氫、氧分離器差壓逐漸變大，不能正常制氫。②氫氣屬于重大危險(xiǎn)源，十分危險(xiǎn)，對(duì)人身及設(shè)備安全影響很大。③制氫裝置氫、氧分離器差壓無法正常調(diào)節(jié)導(dǎo)致制氫裝置停運(yùn)，不能及時(shí)向機(jī)組供氫。

4.4 事故原因分析

4.4.1 直接原因：DCS系統(tǒng)氫、氧調(diào)節(jié)閥自動(dòng)調(diào)節(jié)氫、氧分離器差壓出現(xiàn)延遲現(xiàn)象，造成氫、氧分離器差壓高，導(dǎo)致制氫裝置無法運(yùn)行。

4.4.2 間接原因：①值班員甲監(jiān)盤水平低下，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，缺陷延誤了消缺時(shí)間是此次事件的間接原因。②雖然采取了檢查措施，但是沒有及時(shí)停運(yùn)制氫裝置，存在安全隱患。

4.5 暴露問題

①值班員對(duì)數(shù)據(jù)監(jiān)控不認(rèn)真，處理異常事件水平低下，對(duì)事情發(fā)展的后果估計(jì)不足，需提高運(yùn)行管理能力及異常處理能力。②沒有嚴(yán)格執(zhí)行公司的缺陷匯報(bào)流程，第一時(shí)間沒有進(jìn)行匯報(bào)、致使異常事件進(jìn)行了擴(kuò)大，需在以后發(fā)生缺陷異常時(shí)及時(shí)進(jìn)行匯報(bào)并通知設(shè)備部相關(guān)人員及時(shí)到位進(jìn)行處理。③運(yùn)行管理水平低，對(duì)交接班情況沒有做到五清楚，平常對(duì)巡檢管理不到位導(dǎo)致巡檢不到位沒有發(fā)現(xiàn)事情的異常情況是造成此次事情的一個(gè)間接原因。④監(jiān)盤人員對(duì)設(shè)備監(jiān)管流于形式，導(dǎo)致此類事件發(fā)生。

4.6 整改措施

①根據(jù)“兩落實(shí)”的要求將制氫站閥門定期試驗(yàn)按值劃分，責(zé)任到人。②專業(yè)加強(qiáng)對(duì)巡檢、監(jiān)盤的抽查，責(zé)任連帶值班負(fù)責(zé)人。③定期舉行反事故預(yù)想或預(yù)演，對(duì)突發(fā)事件提前做好準(zhǔn)備，不至于事件擴(kuò)大，做到心中有數(shù)。④認(rèn)真執(zhí)行匯報(bào)制度，發(fā)現(xiàn)問題第一時(shí)間通知設(shè)備部并匯報(bào)值班負(fù)責(zé)人，盡快在最短時(shí)間內(nèi)消除隱患。

4.7 吸取事故教訓(xùn)采取的防范措施

①值班負(fù)責(zé)人加強(qiáng)對(duì)值班員巡檢的管理和監(jiān)督，嚴(yán)格巡檢制度。②認(rèn)真執(zhí)行匯報(bào)制度，發(fā)現(xiàn)問題第一時(shí)間通知相關(guān)部門并匯報(bào)直屬分管領(lǐng)導(dǎo)，盡快在最短時(shí)間內(nèi)消除隱患。③定期對(duì)制氫站閥門進(jìn)行試驗(yàn)檢查，確保制氫設(shè)備正常運(yùn)行。④定期舉行反事故預(yù)想或預(yù)演，對(duì)突發(fā)事件提前做好準(zhǔn)備，不至于事件擴(kuò)大，做到心中有數(shù)。⑤專業(yè)加強(qiáng)對(duì)巡檢的抽查，責(zé)任連帶值班負(fù)責(zé)人。