氫氣處理工序異常的分析與處置

燕麗梅

(陜西北元化工集團有限公司，陜西 榆林 719319)

陜西北元化工集團股份有限公司(以下簡稱“北元化工”)100萬t/a聚氯乙烯，80萬t/a燒堿裝置于2010年7月開車投運，其中化工分公司氯氫處理裝置氫氣處理工序是對電解槽出來的溫度較高，并夾帶大量飽和水蒸氣，同時還帶有堿霧等雜質(zhì)的氫氣進行洗滌、冷卻、除雜、加壓等過程，使氫氣溫度得到降低，堿霧被去除，同時因氣體溫度降低，其中所含的飽和水蒸氣也被冷凝下來，從而使氫氣得到凈化。凈化后的氫氣再經(jīng)過氫氣壓縮機加壓、氫氣后冷卻器和氫氣水霧捕集器進行加壓、冷卻、除水后送往合成爐使用[1]。

1 生產(chǎn)工藝

溫度大約為85 ℃的濕氫氣由電解工序送入氫氣洗滌塔進行洗滌冷卻，氫氣中大部分雜質(zhì)及飽和蒸汽被冷卻除去。冷凝液通過冷凝液泵加壓后進入板式換熱器由循環(huán)水冷卻后進入洗滌塔循環(huán)使用，將多余冷凝液通過冷凝液泵送至化鹽水罐后進入鹵池進行全鹵制堿。經(jīng)洗滌塔冷卻后的氫氣溫度在30～45 ℃之間，然后進入氫氣壓縮機進行加壓，氫氣被加壓到78～82 kPa，溫度上升至35 ℃左右；再送入氫氣后冷卻器用7 ℃冷凍水在氫氣后冷卻器通過氣、液分別走管、殼式進行冷卻，氫氣冷卻后的溫度11～20 ℃；其中85%的氫氣中的水分被冷凝下來，剩余部分冷凝水成霧滴狀存在與氫氣氣流中，經(jīng)氫氣水霧捕集器捕集剩余的水分后，將純潔、干燥的氫氣送至氯化氫合成爐使用。

圖1 氫氣處理工藝流程簡圖Fig.1 Process flow of hydrogen treatment

2 氫氣處理的作用及操作

2.1 氫氣處理的作用

氫氣處理是對電解裝置輸送過來的含有堿霧等雜質(zhì)的氫氣進行洗滌、除雜、冷卻、加壓后送往氯化氫合成爐使用。為了方便開停車時對電解裝置進氫氣洗滌塔的氫氣管線進行置換，特在洗滌塔出口管線增加一條放空管線，置換氫氣系統(tǒng)；另外為了防止氫氣管線憋壓，在洗滌塔出口管線另增加一條管線至氫氣安全水封槽，確保不因為系統(tǒng)壓力過高損壞設(shè)備。而為了使電解槽氫氣壓力保持穩(wěn)定，在氫氣洗滌塔出口設(shè)一路進氫氣氣柜，以保證電解裝置及氫氣處理氫氣洗滌塔出口壓力的穩(wěn)定；在氫氣水霧捕集器出口設(shè)一回流管線到氫氣洗滌塔出口總管(氫氣壓縮機進口總管)，根據(jù)氫氣壓縮機出口氫氣總管的壓力的變化自動調(diào)節(jié)回流量來滿足后續(xù)工序合成爐所需壓力的穩(wěn)定性。

2.2 氫氣洗滌液泵的切換操作

為了使設(shè)備能夠間歇運行，氫氣洗滌液泵規(guī)定每月進行一次切換操作，在切換操作過程中，如果泵壓力不夠，不能使冷凝液循環(huán)起來，則會導致電解裝置輸送過來的氫氣溫度上漲，進而導致電解氯氫壓差升高。如果為了使氫氣溫度降低，若操作不當，讓氫氣溫度迅速下降的話，會讓氫氣壓力也隨之迅速下降，進而導致電解氯氫壓差迅速下降，達到電解氯氫壓差底底聯(lián)鎖停車值，導致電解停車，系統(tǒng)停車。故在切換氫氣冷凝液泵的時候一定要使泵壓力時刻保持在正常范圍值內(nèi)。

在切換氫氣冷凝液泵的時候還要關(guān)注冷凝液的液位變化情況，氫氣洗滌塔的液位指標控制范圍,是50%±5%。如果過高，則冷凝液上漲至氫氣進洗滌塔的進口處，使氫氣進洗滌塔受助，電解過來的氫氣壓力升高，進而影響氯氫壓差；如果冷凝液下降過快導致冷凝液冷凝量不足，會使氫氣溫度上漲，也會影響電解氯氫壓差的變化。所以在操作切換氫氣冷凝液泵的時候，一定要緩慢進行操作，嚴格注意各項指標變化情況，控制好各項指標值。針對此項操作的重要性，故將氫氣洗滌液泵列為重要設(shè)備。

2.2.2 氫氣壓縮機的工作原理及狀態(tài)

如圖2所示，氫氣從進口管路進入氫氣壓縮機內(nèi)，經(jīng)氫氣壓縮機壓縮后，氫氣與工作液混合后攜帶部分工作液，經(jīng)連通管線進入氣液分離器。進入氣液分離器的氣液混合物經(jīng)氣液分離器分離后，氣體經(jīng)氫氣壓縮機出口排出，而工作液則留在氣液分離器中經(jīng)板式換熱器冷卻后循環(huán)使用。氫氣壓縮機內(nèi)的工作液是由氣液分離器供給的，在氫氣被壓縮時，氣液混合物溫度會上升，進而會使留在氣液分離器中的工作液溫度上升。因此，留在氣液分離器的工作液必須經(jīng)板式換熱器冷卻，使工作液溫度下降后，方可循環(huán)進入壓縮機內(nèi)使用。工作液溫度由換熱器使用的冷卻水溫度決定，并設(shè)有壓力表進行工作液壓力顯示。

圖2 氫氣壓縮機簡圖Fig.2 Diagram of hydrogen compressor

在進口管線與排氣管線之間安裝回流管路，以調(diào)節(jié)進、出氣口的壓差和出氣口的壓力，保護壓縮機和排出壓力系統(tǒng)。在壓縮機出氣口配置壓力變送器，輸出信號進入用戶DCS，在DCS設(shè)置報警點，當排出壓力超過設(shè)定值時自動報警。并在出氣口安裝止逆閥，以防設(shè)備停運或故障時氣體倒入系統(tǒng)。

氫氣分離器中的工作液是閉式循環(huán)系統(tǒng)[2]，在氫氣壓縮機長期運轉(zhuǎn)過程中，氫氣分離器內(nèi)的工作液在氣體被壓縮過程中混入壓縮氣體中，工作液被帶走，此時系統(tǒng)需要進行補充新鮮工作液至分離器內(nèi)。氫氣分離器安裝遠傳控制液位計及液位開關(guān)，以指示和控制分離器內(nèi)液位，將正常液位限定在最高、最低液位指標控制范圍之間，來滿足壓縮機的工作要求。通過遠傳控制液位計發(fā)出液位低報時，通過控制補充液電磁閥的開來補充液液體控制液位；遠傳控制液位計發(fā)出液位高報時，通過溢流電磁閥的開來排出液體控制液位；以此保證分離器內(nèi)的液位達到工作需求。

3 氫氣處理的常見問題分析

3.1 氫氣系統(tǒng)溫度高

電解裝置輸送過來的氫氣溫度大約為85 ℃，在經(jīng)洗滌塔洗滌、冷卻過程中，氫氣溫度得到降低，同時會使進洗滌塔洗滌液溫度升高，由于溫度高及循環(huán)水水質(zhì)差，使氫氣與洗滌液換熱在換熱過程中，洗滌液板式換熱器在循環(huán)水測結(jié)垢，使其換熱效果變差，氫氣出洗滌塔溫度高，造成后序系統(tǒng)氫氣溫度高。同樣進入氫氣壓縮機板式換熱器循環(huán)水溫度高、水質(zhì)差，長時間運行后板式換熱器結(jié)垢，導致氫氣壓縮機板式換熱器換熱效果差、溫度高，氫氣出氫壓機溫度高，造成后序設(shè)備氫氣后冷卻器工作負荷增大。在氫氣經(jīng)過氫壓機加壓后進入氫氣后冷卻器冷卻，氫氣在列管式換熱器與7 ℃水逆向進行換熱來降低氫氣溫度，列管式換熱器長時間運行后同樣會結(jié)垢，換熱效果降低，導致氫氣出冷卻器溫度上漲，溫度達不到運行指標。

通過調(diào)整氫氣后冷卻器7 ℃水量、氫氣洗滌液板式換熱器和氫氣壓縮機板式換熱器循環(huán)水量及改善循環(huán)水水質(zhì)，來降低氫氣溫度。也可以用7 ℃水和循環(huán)水回水反向沖洗氫氣后冷卻器、氫氣洗滌液板式換熱器和氫氣壓縮機板式換熱器，進行排除雜質(zhì)。必要時需要停車清洗洗滌液板式換熱器和氫氣壓縮機板式換熱器，因此新增1臺洗滌液板式換熱器備用，在洗滌液板式換熱器效果變差時，對任意一條線投用洗滌液板式換熱器與備用洗滌液板式換熱器切換(如圖3)，以避免因洗滌液板式換熱器換熱效果差而被迫系統(tǒng)停車檢修。

圖3 洗滌液板式換熱器流程簡圖Fig.3 Process flow of plate heat exchanger for wash liquid

3.2 氫氣后冷卻器泄漏

北元化工氫氣后冷卻器采用管殼式換熱器，氫氣后冷卻器的質(zhì)量問題主要體現(xiàn)在管束與管板、管板與殼體連接時密封性好壞。無論是脹接、焊接、脹焊結(jié)合連接都有其缺點，制作時稍不留心就會留下縫隙，造成滲漏。氫氣后冷卻器發(fā)生泄漏后，首先發(fā)生的現(xiàn)象是氫氣后冷卻器排水量增加，氫氣出氫氣后冷卻器溫度上漲。應立即進行檢查取樣分析氫氣后冷氫氣后冷卻器下水pH值，根據(jù)生產(chǎn)運行情況進行停車維修，若氫氣冷卻器泄漏較大，需緊急停車處理。

3.3 氫氣壓縮機振動

因氫氣壓縮機運行時間過長，地腳螺栓松動，聯(lián)軸器連接尼輪棒磨損，運行不在同一中心線上，造成氫氣壓縮機振動值超標。氫氣壓縮機的電動機、減速機、泵體振動值大于>4.5 mm/s，氫氣壓縮機晃動大，同時機身強烈振動，若在振動大工況下持續(xù)工作，會導致氫氣泄漏、氫氣壓縮機抱死等現(xiàn)象發(fā)生，是非常危險的一種現(xiàn)象。

氫壓機振動處理方法：一般情況下，緊急切換備機，停機處理，若無備機情況下，降負荷停機處理，停機后聯(lián)系檢修使用百分表對減速機與泵體聯(lián)軸器進行打表找正(找正結(jié)果：徑向≤15道；軸向≤15道)，然后對角擰緊泵體地腳螺絲。裝上尼龍棒，擰緊聯(lián)軸器螺絲，恢復聯(lián)軸器防護罩，氫壓機進行帶量運行，聲音無異響、氫氣壓縮機溫度(≤70 ℃)、氫氣壓縮機振動值(≤4.5 mm/s)都正常即備用。

4 結(jié)語

氫氣處理系統(tǒng)作為氯堿生產(chǎn)過程中的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，不管是氫氣壓縮機還是氫氣冷凝液泵或者是其他設(shè)備在日常生產(chǎn)操作中，現(xiàn)場崗位人員要熟知各設(shè)備設(shè)施的四懂三會，控制室操作人員要熟知現(xiàn)場管線及各工藝參數(shù)的檢測位置，在異常情況下，能及時作出正確的應急處置措施。設(shè)備異常停車對化工生產(chǎn)企業(yè)來說是不允許發(fā)生的事故，給企業(yè)帶來了不可估量的損失。因此，氫氣處理工序在生產(chǎn)過程中對設(shè)備完好性及崗位操作人員整體素質(zhì)要求較高，這樣才能保證生產(chǎn)系統(tǒng)的安全平穩(wěn)運行。