制氢—装置、重点部位设备说明与危险因素及防范措施

制氢制氢 装置 重点部位设备说明与装置 重点部位设备说明与 危险因素及防范措施危险因素及防范措施 一 装置简介一 装置简介 一 装置的发展及类型 1 制氢装置的发展 氢气是石油化工的基本原料 随着加氢技术的发展 对氢气的 需求量日益增加 一般对于加氢装置较多的炼油厂 除利用重 整副产氢外 尚须有专门制氢装置 我国第一套轻烃蒸汽转化制氢装置是 20 世纪 60 年代建成的 随后又陆续建立起多套制氢装置 这时期的氢气净化技术为化 学净化法 进入 20m 世纪 80 年代以后 随着变压吸附技术的发展 新建 的制氢装置多采用变压吸附净化法 2 装置的主要类型 以制氢装置的原料分 有天然气制氢 油田伴生气制氢 液化 气制氢 炼厂气制氢 轻石脑油制氢等 以产品精制方法分 有化学净化法制氢 变压吸附 psa 净化法 制氢 天然气制氢造气单元和 psa 单元工艺流程见图 2 19a 图 2 19b 图 2 19c 二 重点部位及设备二 重点部位及设备 一 重点部位 制氢装置的原料及产品多为易燃 易爆物质 整个装置区内都 具有较大危险性 其中危险性最大的区域属转化炉区和压缩机 区 二 主要设备 1 制氢转化炉 转化炉是制氢装置的核心设备 它处于高温 高压 临氢状态 下操作 对炉管材质及结构有严格要求 目前 流行的转化炉有三种炉型 一是以托普索公司为代表的 侧烧炉 二是以凯洛格公司为代表的顶烧炉 三是以福斯特惠 勒公司为代表的阶梯式转化炉 国内流行的为顶烧炉和刚烧炉 转化炉炉管一般为 dnl00mm l2000mm 材质为 hk 40 或 hp 40 的离心浇铸管 由于炉管的温度高 设计时应充分考虑热膨 胀问题 2 psa 吸附床 变压吸附分离为间歇操作 对于每个吸附床来讲 在高压下吸 附 在低压下脱附 因此吸附床受交变压力的作用 为疲劳容 量 在设计 制造时要引起足够重视 三 危险因素及其防范措施三 危险因素及其防范措施 本装置在火灾危险性分类中为甲类危险性装置 一 开停工时的危险因素及其防范措施 1 开工时的危险因素及其防范措施 1 装置全面大检查 装置全面大检查是开工前非常重要的步骤 装置在设计 施工 当中必然存在一些问题 通过检查 发现问题 并进行整改 以保证装置安全顺利开工 2 吹扫及冲洗 吹扫及冲洗的目的是吹出在施工时留在系统内的杂质 以保证 装置安全顺利开工 吹扫时应注意选用适宜的吹扫介质 3 装置气密 制氢装置系统气密是装置开工阶段一项非常重要的工作 气密 工作的主要目的是查找漏点 消除装置隐患 保证装置安全运 行 加氢反应系统的气密工作分为不同压力等级进行 低压气 密阶段所用的介质为氮气 4 装置烘炉 煮炉 制氢装置反应系统干燥 烘炉的目的是除去反应系统内的水分 脱除加热炉耐火材料中的自然水和结晶水 烧结耐火材料 增 加耐火材料的强度和使用寿命 加热炉烘炉时 装置需引进燃 料气 在引燃料气前应认真做好瓦斯的气密及隔离工作 防止 瓦斯泄漏及窜至其他系统 加热炉烘炉时应严格按烘炉曲线升 温 降温 避免升温过快 耐火材料中的水分迅速蒸发而导致 炉墙倒塌 余热锅炉煮炉的目的是除去锅炉系统内的施工时留下的铁锈和 油脂 以保证开工后能尽侠产出合格蒸汽 5 催化剂及吸附剂装填 催化剂装填应严格按催化剂装填方案进行 催化剂装填的好坏 对制氢装置的运行情况及运行周期有重要影响 催化剂装填前 应认真检查反应器及其内构件 检查催化剂的粉尘情况 决定 催化剂是否需要过筛 催化剂装填最好选择在干燥晴朗的天气 进行 保证催化剂装填均匀 否则在开工时反应器内会出现偏 流或 热点 影响装置正常运行 催化剂装填时工作人员需要 进入反应器工作 因此 要特别注意工作人员劳动保护及安全 问题 需要穿劳动保护服装 带能供氧气或空气的呼吸面罩 进反应器工作人员不带其他杂物 以防止异物落入反应器内 6 系统气密及置换 在完成催化剂装填后 系统必须重新进行气密检查 制氢系统 置换分为两个阶段 即空气环境置换为氮气环境 氮气环境置 换为可燃气环境 在空气环境置换为氮气环境时需要注意 置 换完成后系统氧含量应 1 否则系统引入可燃性气体时易发 生危险 7 脱硫系统升温开工 如果原料的硫含量高 加氢催化剂需要进行硫化 如原料的硫 含量较低 可不进行硫化 氮气置换合格后 建立氮气循环 系统升温 8 转化 中变催化剂还原 转化催化剂在使用前需要将 nio 还原为金属 ni 中变催化剂的 fe2o3 须还原为 fe3o4 9 转化进气 中变催化剂继续放硫 装置进原料气 中变催化剂继续放硫 10 psa 部分开工 psa 部分开工应严格按开工方案进行 psa 部分严禁带水 以免 损坏吸附剂 11 调整操作向外供氢 调整系统操作 氢气质量合格后向用氢装置供氢 2 停工时的危险因素及其防范措施 制氢装置停工过程中属于不稳定过程 操作参数变化大 如不 注意也容易发生问题 因此 停工过程应认真组织 严格按停 工方案进行 二 正常生产时的危险因素及其防范措施 1 遵守 先降温后降量 的原则 制氢装置正常操作调整时必须遵守 先降温后降量 先降原料 气量 再降蒸汽的原则 2 反应温度的控制 制氢装置的反应温度是最重要的控制参数 必须严格按工艺技 术指标控制各反应器的反应温度 3 监视转化催化剂性能变化情况 转化反应为强吸热反应 如果催化剂活性下降 转化炉管的壁 温会明显升高 因此 通过观察炉管颜色可判断催化剂的状况 如出现花管 红管 热带 应采取措施 进行处理 4 反应系统压力控制 制氢装置反应系统压力是重要的工艺控制参数 影响装置反应 系统压力的因素很多 应选择经济 合理 方便的控制方案对 反应系统的压力进行控制 5 控制毒物含量 转化催化剂对硫 氯 砷等杂质要求非常严格 一般要求 s 0 2 10 6 cl 0 5 10 6 as 50 10 9 6 加热炉的控制 加热炉是制氢装置的重要设备 加热炉的使用应引起重视 加 热炉各路流量应保持均匀 并且不低于规定的值 防止炉管结 焦 保持加热炉各火嘴燃烧均匀 尽量使炉常内各点温度均匀 控制加热炉各点温度不超温 保持加热炉燃烧状态良好 7 控制水碳比 水碳比是制氢装置非常重要的工艺参数 必须严格控制 任何 时候都不能低于给定值 8 psa 部分操作调整 调整 psa 部分的操作系统 使 psa 部分达到合格的产品纯度及 回收率 三 设备腐蚀 1 高温氢腐蚀 氢气在常温下对普通碳钢没有腐蚀 但是在高温 高压下则会 产生腐蚀 使材料的机械强度和塑性降低 高温氢腐蚀的机理为氢气与材料中的碳反应生成甲烷 使材料 的机械强度和塑性降低 形成的甲烷在钢材的晶间积聚 使材 料产生很大的内应力或产生鼓泡 裂纹 至于在什么条件下产 生腐蚀 则根据 nelson 曲线确定 为避免高温氢腐蚀 制氢装置高温 高压 临氢部分的设备 管线多采用合金钢或不锈钢 2 氢脆 氢原子渗入钢材后 使钢材晶粒中原子结合力降低 造成材料 的延展性 韧性下降 这种现象称为氢脆 这种氢脆是可逆的 当氢气从材料中溢出后 材料的力学性能就能恢复 氢脆的危害主要出现在装置的停工阶段 装置停工阶段 系统 温度 压力下降 氢气在材料中的溶解度下降 由于氢气溢出 的速度很慢 这时材料中的氢气处于过饱和状态 当温度冷却 到 150 时 大量的过饱和氢气会聚积在材料的缺隐处 如裂纹 的前端 引起裂纹扩展 所以装置停工时降温 降压的速度应 进行适当的控制 进行脱氢处理 3 高温 n2s 腐蚀 高温 h2s 腐蚀主要发生在反应系统高温部分 高温 h2s 腐蚀表 现为与 h2 共同作用 氢气的存在加强了 h2s 的腐蚀作用 同 时 h2s 的存在也加强了氢气的腐蚀作用 该种腐蚀的防治方 法是选择抗 h2s 腐蚀材质 4 湿 h2s 的腐蚀 湿 h2s 的腐蚀形态主要有 电化学腐蚀引起的表面腐蚀 h2s 腐蚀过程中 产生氢原子引起的氢脆 氢裂 硫化氢引起的应 力腐蚀破裂 该种腐蚀的防止方法为 u2s 浓度不高时 使用普通碳素钢 适当加大腐蚀裕度 在设备制造及施工中进行消除应力处理 当 h2s 浓度较高时 选用抗 h2s 腐蚀材料 或对设备内壁进行 内喷涂处理 四 制氢装置的安全设施 1 设备平面布置 制氢装置火灾危险性属于甲类 设备平面布置按 石油化工企 业设计放火规范 gb50160 92 中的要求进行布置 同类设备 集中布置 2 消防设施 制氢装置内设有环行消防道路 以利于发生事故时消防车进出 装置内设有环行消防水管网 装置内设有多处消防蒸汽服务站 装置内设置有一定数量的干粉式灭火器 3 防火 防爆 制氢装置内的截止多为易燃 易爆介质 装置内的电器 仪器 设备均选用防爆型设备管道 设备上安装防静电接地设施 要 求接地电阻不大于 4 4 加热炉安全设施 加热炉周围设有蒸汽消防汽幕 加热炉炉膛内设有灭火蒸汽入 口 5 可燃气体报警器 在可能发生可燃性气体泄漏的位置 安装可燃气体报警器 6 气防用品 由于制氢装置内有 h2s 等有毒气体 所以车间配备有防毒面具 正压式呼吸器等气防用品 7 安全阀 按设计要求 凡需要安装安全阀的部位均安装有安全阀 而且 按有关安全要