燕麗梅

(陜西北元化工集團(tuán)有限公司，陜西 榆林 719319)

陜西北元化工集團(tuán)股份有限公司(以下簡(jiǎn)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(yùn)，其中化工分公司氯氫處理裝置氫氣處理工序是對(duì)電解槽出來的溫度較高，并夾帶大量飽和水蒸氣，同時(shí)還帶有堿霧等雜質(zhì)的氫氣進(jìn)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(shí)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(jī)加壓、氫氣后冷卻器和氫氣水霧捕集器進(jìn)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(jìn)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(jìn)入板式換熱器由循環(huán)水冷卻后進(jìn)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(jìn)入鹵池進(jìn)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(jìn)入氫氣壓縮機(jī)進(jìn)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(jìn)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(jiǎn)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(duì)電解裝置輸送過來的含有堿霧等雜質(zhì)的氫氣進(jìn)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(shí)對(duì)電解裝置進(jìn)氫氣洗滌塔的氫氣管線進(jìn)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?yàn)橄到y(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(jìn)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(jī)進(jìn)口總管)，根據(jù)氫氣壓縮機(jī)出口氫氣總管的壓力的變化自動(dòng)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(yùn)行，氫氣洗滌液泵規(guī)定每月進(jìn)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(huì)導(dǎo)致電解裝置輸送過來的氫氣溫度上漲，進(jìn)而導(dǎo)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(dāng)，讓氫氣溫度迅速下降的話，會(huì)讓氫氣壓力也隨之迅速下降，進(jìn)而導(dǎo)致電解氯氫壓差迅速下降，達(dá)到電解氯氫壓差底底聯(lián)鎖停車值，導(dǎo)致電解停車，系統(tǒng)停車。故在切換氫氣冷凝液泵的時(shí)候一定要使泵壓力時(shí)刻保持在正常范圍值內(nèi)。

在切換氫氣冷凝液泵的時(shí)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(biāo)控制范圍,是50%±5%。如果過高，則冷凝液上漲至氫氣進(jìn)洗滌塔的進(jìn)口處，使氫氣進(jìn)洗滌塔受助，電解過來的氫氣壓力升高，進(jìn)而影響氯氫壓差；如果冷凝液下降過快導(dǎo)致冷凝液冷凝量不足，會(huì)使氫氣溫度上漲，也會(huì)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(shí)候，一定要緩慢進(jìn)行操作，嚴(yán)格注意各項(xiàng)指標(biāo)變化情況，控制好各項(xiàng)指標(biāo)值。針對(duì)此項(xiàng)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(jī)的工作原理及狀態(tài)

如圖2所示，氫氣從進(jìn)口管路進(jìn)入氫氣壓縮機(jī)內(nèi)，經(jīng)氫氣壓縮機(jī)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(jìn)入氣液分離器。進(jìn)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(jī)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(jī)內(nèi)的工作液是由氣液分離器供給的，在氫氣被壓縮時(shí)，氣液混合物溫度會(huì)上升，進(jìn)而會(huì)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(jìn)入壓縮機(jī)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(jìn)行工作液壓力顯示。

圖2 氫氣壓縮機(jī)簡(jiǎn)圖Fig.2 Diagram of hydrogen compressor

在進(jìn)口管線與排氣管線之間安裝回流管路，以調(diào)節(jié)進(jìn)、出氣口的壓差和出氣口的壓力，保護(hù)壓縮機(jī)和排出壓力系統(tǒng)。在壓縮機(jī)出氣口配置壓力變送器，輸出信號(hào)進(jìn)入用戶DCS，在DCS設(shè)置報(bào)警點(diǎn)，當(dāng)排出壓力超過設(shè)定值時(shí)自動(dòng)報(bào)警。并在出氣口安裝止逆閥，以防設(shè)備停運(yùn)或故障時(shí)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(jī)長(zhǎng)期運(yùn)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(shí)系統(tǒng)需要進(jìn)行補(bǔ)充新鮮工作液至分離器內(nèi)。氫氣分離器安裝遠(yuǎn)傳控制液位計(jì)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(biāo)控制范圍之間，來滿足壓縮機(jī)的工作要求。通過遠(yuǎn)傳控制液位計(jì)發(fā)出液位低報(bào)時(shí)，通過控制補(bǔ)充液電磁閥的開來補(bǔ)充液液體控制液位；遠(yuǎn)傳控制液位計(jì)發(fā)出液位高報(bào)時(shí)，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(dá)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(shí)會(huì)使進(jìn)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(cè)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(jìn)入氫氣壓縮機(jī)板式換熱器循環(huán)水溫度高、水質(zhì)差，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后板式換熱器結(jié)垢，導(dǎo)致氫氣壓縮機(jī)板式換熱器換熱效果差、溫度高，氫氣出氫壓機(jī)溫度高，造成后序設(shè)備氫氣后冷卻器工作負(fù)荷增大。在氫氣經(jīng)過氫壓機(jī)加壓后進(jìn)入氫氣后冷卻器冷卻，氫氣在列管式換熱器與7 ℃水逆向進(jìn)行換熱來降低氫氣溫度，列管式換熱器長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后同樣會(huì)結(jié)垢，換熱效果降低，導(dǎo)致氫氣出冷卻器溫度上漲，溫度達(dá)不到運(yùn)行指標(biāo)。

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(jī)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(jī)板式換熱器，進(jìn)行排除雜質(zhì)。必要時(shí)需要停車清洗洗滌液板式換熱器和氫氣壓縮機(jī)板式換熱器，因此新增1臺(tái)洗滌液板式換熱器備用，在洗滌液板式換熱器效果變差時(shí)，對(duì)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(jiǎn)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(shí)密封性好壞。無論是脹接、焊接、脹焊結(jié)合連接都有其缺點(diǎn)，制作時(shí)稍不留心就會(huì)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(yīng)立即進(jìn)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(yùn)行情況進(jìn)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(jī)振動(dòng)

因氫氣壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)間過長(zhǎng)，地腳螺栓松動(dòng)，聯(lián)軸器連接尼輪棒磨損，運(yùn)行不在同一中心線上，造成氫氣壓縮機(jī)振動(dòng)值超標(biāo)。氫氣壓縮機(jī)的電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)、泵體振動(dòng)值大于>4.5 mm/s，氫氣壓縮機(jī)晃動(dòng)大，同時(shí)機(jī)身強(qiáng)烈振動(dòng)，若在振動(dòng)大工況下持續(xù)工作，會(huì)導(dǎo)致氫氣泄漏、氫氣壓縮機(jī)抱死等現(xiàn)象發(fā)生，是非常危險(xiǎn)的一種現(xiàn)象。

氫壓機(jī)振動(dòng)處理方法：一般情況下，緊急切換備機(jī)，停機(jī)處理，若無備機(jī)情況下，降負(fù)荷停機(jī)處理，停機(jī)后聯(lián)系檢修使用百分表對(duì)減速機(jī)與泵體聯(lián)軸器進(jìn)行打表找正(找正結(jié)果：徑向≤15道；軸向≤15道)，然后對(duì)角擰緊泵體地腳螺絲。裝上尼龍棒，擰緊聯(lián)軸器螺絲，恢復(fù)聯(lián)軸器防護(hù)罩，氫壓機(jī)進(jìn)行帶量運(yùn)行，聲音無異響、氫氣壓縮機(jī)溫度(≤70 ℃)、氫氣壓縮機(jī)振動(dòng)值(≤4.5 mm/s)都正常即備用。

4 結(jié)語(yǔ)

氫氣處理系統(tǒng)作為氯堿生產(chǎn)過程中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，不管是氫氣壓縮機(jī)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(chǎng)崗位人員要熟知各設(shè)備設(shè)施的四懂三會(huì)，控制室操作人員要熟知現(xiàn)場(chǎng)管線及各工藝參數(shù)的檢測(cè)位置，在異常情況下，能及時(shí)作出正確的應(yīng)急處置措施。設(shè)備異常停車對(duì)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(duì)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(yùn)行。