安金海，孟慶學(xué)，王象會，張新光

(正和集團(tuán)股份有限公司，山東 東營 257300)

某公司制氫裝置，建設(shè)規(guī)模為10000Nm3/h的工業(yè)氫，2006年11月投產(chǎn)，裝置分為原料氣壓縮、原料氣精制、輕烴水蒸氣轉(zhuǎn)化、中溫變化、PSA以及余熱回收等幾部分組成，轉(zhuǎn)化爐采用2排管，共48根，爐管材質(zhì)為25Cr25N-iNb-MA，爐管有效長度12.8 m，設(shè)計溫度950℃，加工原料為焦化干氣，天然氣作為備用原料，采用某公司的轉(zhuǎn)化催化劑，單管催化劑裝填高度為12.8 m，其中A劑裝填高度6.4 m，B劑裝填高度6.4 m，總裝劑量4.8 m3，合計5.04t。該催化劑為2016年7月檢修期間更換，已運(yùn)行12個月。催化劑的物化性質(zhì)如表1所示。

表1 轉(zhuǎn)化催化劑物化性質(zhì)表

全廠低壓電出現(xiàn)晃電，制氫裝置鍋爐上水泵、轉(zhuǎn)化爐鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、酸性水泵、空冷等低壓電機(jī)全部停運(yùn)?；坞姾?，現(xiàn)場立即啟動事故應(yīng)急預(yù)案，操作工按預(yù)案要求赴現(xiàn)場緊急啟動機(jī)泵。在啟動機(jī)泵過程中，又間斷性發(fā)生五次低壓電晃電事故，兩臺鍋爐上水泵都未能恢復(fù)正常運(yùn)行，導(dǎo)致鍋爐V4003液位持續(xù)下降，十五分鐘后鍋爐干鍋，制氫裝置按照緊急停工處理。系統(tǒng)N2置換合格后，裝置重新開工，在升溫升壓過程中發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化爐爐管壓降過高，經(jīng)處理未能恢復(fù)到理想狀況，被迫停工更換催化劑。針對轉(zhuǎn)化爐爐管壓降升高問題，公司組織了專題分析，現(xiàn)將分析情況及制定的對策說明如下。

1 制氫轉(zhuǎn)化爐管壓降升高過程

制氫鍋爐上水泵P4002A因頻繁晃電停運(yùn)，上水流量指示回零，操作人員到現(xiàn)場緊急搶開鍋爐上水泵，鍋爐上水泵經(jīng)過連續(xù)三次開啟，均未成功恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，導(dǎo)致鍋爐上水中斷。在此期間中壓汽水分離器V4003液位持續(xù)急劇下降，經(jīng)現(xiàn)場叫水確認(rèn)V4003玻璃板無液位，鍋爐干鍋。

制氫裝置按緊急停工處理，操作人員開始停原料氣壓縮機(jī)C4001，制氫轉(zhuǎn)化爐F4002、原料氣加熱爐F4001緊急停爐，操作人員關(guān)閉各燃料氣手閥，打開F4001、F4002看火窗降溫。制氫操作人員停止中變氣進(jìn)PSA，關(guān)閉中變氣去PSA手閥，關(guān)閉PSA脫附氣進(jìn)F4002大閥，系統(tǒng)通過中變氣放火炬控制壓力，轉(zhuǎn)化系統(tǒng)泄壓置換。

系統(tǒng)置換合格后，裝置開始開工恢復(fù)。開工過程中發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化爐爐管壓降異常，轉(zhuǎn)化爐爐管進(jìn)出口壓降為1.0MPa，現(xiàn)場查看發(fā)現(xiàn)部分爐管出現(xiàn)紅管現(xiàn)象，初步判斷轉(zhuǎn)化爐爐管積碳。

經(jīng)咨詢催化劑廠家，遂停工更換催化劑。在催化劑更換過程中，發(fā)現(xiàn)卸出的催化劑積碳嚴(yán)重。

2 轉(zhuǎn)化爐管壓降升高的原因分析

在晃電前，制氫裝置運(yùn)行正常，轉(zhuǎn)化爐管出入口壓差0.25MPa，轉(zhuǎn)化爐出口甲烷含量3.5%，裝置產(chǎn)氫量9000Nm3/h，轉(zhuǎn)化催化劑性能狀況正常，無顯著損傷。連續(xù)晃電期間，轉(zhuǎn)化爐爐管壓降升高，具體原因分析如下：

2.1 水碳比失調(diào)

制氫鍋爐上水泵P4002A頻繁晃電停運(yùn)，上水流量指示回零。鍋爐上水泵出口DCS流量指示FT2601變化情況如(圖1)所示，可以看出操作人員三次搶開鍋爐上水泵，但由于連續(xù)晃電，機(jī)泵不能正常運(yùn)行，導(dǎo)致鍋爐干鍋，并錯過了最佳切料時間。

圖1 鍋爐上水流量趨勢圖

中壓汽水分離器(V4003)液位持續(xù)降低(圖2)。液位指示LIC2601變化如(圖2)，汽包液位開始急劇下降，操作人員降低轉(zhuǎn)化爐配汽量，汽包液位無，經(jīng)叫水確認(rèn)鍋爐干鍋；

圖2為入爐蒸汽流量FIC2302，晃電前顯示值為：10460kg/h左右；鍋爐干鍋后，流量急劇下降，配汽已經(jīng)中斷。

圖2 轉(zhuǎn)化爐配汽流量

2.2 轉(zhuǎn)化爐爐膛溫度波動過大

圖3為轉(zhuǎn)化爐爐膛溫度變化情況，可以看出晃電后爐膛溫度大幅波動，爐膛溫度在三分鐘內(nèi)波動150℃，大量熱量聚集到爐膛頂部，且由于水碳比減少，在爐膛高溫下催化劑發(fā)生結(jié)碳、粉碎現(xiàn)象。

圖3 轉(zhuǎn)化爐爐膛溫度TE2309和TE2313變化曲線

2.3 轉(zhuǎn)化系統(tǒng)壓力波動過大

圖4為轉(zhuǎn)化爐爐頂壓力PT2304A變化曲線，從中可以看出轉(zhuǎn)化系統(tǒng)壓力下降過快，壓力波動超過0.3MPa，從而引起催化劑擠壓受損。

圖4 轉(zhuǎn)化爐爐頂壓力PT2304A變化曲線

3 本次事件造成爐管壓降增大原因總結(jié)

圖5 轉(zhuǎn)化爐爐管現(xiàn)場圖

圖6 卸劑后轉(zhuǎn)化爐管內(nèi)壁積碳及催化劑情況

圖5為轉(zhuǎn)化爐壓降升高時爐管情況，可以看出部分爐管出現(xiàn)紅管和花斑現(xiàn)象。

圖6為轉(zhuǎn)化爐卸劑后轉(zhuǎn)化爐管內(nèi)壁積碳及催化劑情況，可以看出轉(zhuǎn)化爐爐管內(nèi)壁積碳現(xiàn)象嚴(yán)重。

通過上述圖表數(shù)據(jù)分析，我們可以做出如下推斷：

1)裝置連續(xù)出現(xiàn)多次晃電現(xiàn)象，操作人員雖然按照晃電應(yīng)急預(yù)案，搶開鍋爐上水泵，但連續(xù)晃停，導(dǎo)致鍋爐干鍋，造成轉(zhuǎn)化水碳比偏低，直至蒸汽中斷。

2)多次晃電事故使得操作人員頻繁啟動機(jī)泵，導(dǎo)致延誤切料時機(jī)(按照操作規(guī)程，切料后催化劑床層繼續(xù)通蒸汽至少15min)，切斷原料，原料氣流量指示回零，期間原料氣從脫硫系統(tǒng)在配汽中斷的情況下進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐，此時轉(zhuǎn)化爐爐膛溫度較高造成催化劑積碳。

3)緊急停工時轉(zhuǎn)化爐溫度、壓力大幅波動，造成催化劑粉碎。

4)3.5MPa過熱蒸汽進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐上尾管熱量散失較大，導(dǎo)致蒸汽溫度較低，進(jìn)入高溫爐管導(dǎo)致轉(zhuǎn)化催化劑受損。

5)當(dāng)班操作人員，應(yīng)急處置經(jīng)驗(yàn)少，部門對操作人員應(yīng)急預(yù)案培訓(xùn)不到位，負(fù)有管理責(zé)任。

綜上所述，本次催化劑積炭和破碎的主要原因是晃電次數(shù)多、時間長，鍋爐上水泵P4002不能啟動，造成鍋爐干鍋，轉(zhuǎn)化爐無法正常配汽，發(fā)生催化劑積炭現(xiàn)象，由于壓力的波動，和高溫造成催化劑破碎；操作人員應(yīng)急處置經(jīng)驗(yàn)少，最終導(dǎo)致轉(zhuǎn)化催化劑積碳。

4 裝置停3.5MPa蒸汽，防止催化劑受損的對策

(1)裝置改造引入外來3.5MPa過熱蒸汽作為緊急備用，設(shè)計在自產(chǎn)配汽調(diào)節(jié)閥后增加一個外來蒸汽控制閥組，正常生產(chǎn)中外來蒸汽少量與自產(chǎn)蒸汽同時配汽，在裝置出現(xiàn)連續(xù)晃電、大面積停電等事故狀態(tài)下可立即投用，避免轉(zhuǎn)化催化劑因配汽中斷而受損。

(2)在今后生產(chǎn)過程中出現(xiàn)連續(xù)晃電及大面積停電事故時，要當(dāng)機(jī)立斷，把握最佳切料時機(jī)，及時切料避免原料氣進(jìn)入催化劑床層，造成催化劑受損。

(3)裝置制定晃電應(yīng)急預(yù)案，并不定期組織員工進(jìn)行晃電應(yīng)急預(yù)案的演練，提高操作人員的應(yīng)急處置能力。