制氢装置重点部位设备说明与危险因素及防范措施.docx
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制氢装置重点部位设备说明与危险因素及防范措施
制氢—装置、重点部位设备说明与危险因素及防范措施
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
(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。
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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
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 (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 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,而且按有关安全要求为双安全阀。
(五)制氢装置联锁系统
1.原料增压机自身联锁系统
(1)润滑油低压联锁;
(2)压缩机轴承温度高联锁;(3)电机轴承温度高联锁;(4)轴位移大联锁;(5)轴振动大联锁。
2.制氢反应部分联锁
(1)燃料气低压联锁;
(2)中变气高温联锁;(3)最后一个分水罐高液位联连;(4)余热锅炉汽包低液位联锁。
3.PSA部分联锁
(1)PSA油罐低液位联锁;
(2)PSA油泵压力低联锁;(3)PSA程控阀故障联锁。