亓增艷，張永剛，張 麗，侯元新，盧玉琪

（山東泰山鋼鐵集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 271100）

1 前言

山東泰山軋鋼有限公司現(xiàn)有950退火機(jī)組、1 700退火機(jī)組兩條生產(chǎn)線。950機(jī)組罩式退火爐使用氮?dú)浠旌媳Ｗo(hù)氣，1 700機(jī)組罩式退火爐采用全氫保護(hù)氣，氫氣的純度直接關(guān)系鋼卷表面的光亮度。為解決氫氣純度波動(dòng)大的問題，通過降低產(chǎn)氫量，確保純度滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求，但產(chǎn)氫量降低不能滿足后續(xù)48臺(tái)氮?dú)渫嘶馉t和38臺(tái)全氫退火爐的產(chǎn)能要求；因此，必須找到影響氫氣純度波動(dòng)的主要原因，進(jìn)一步提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

2 制氫工藝流程及現(xiàn)狀統(tǒng)計(jì)

泰鋼制氫裝置工藝由壓縮工序（100#）、預(yù)處理工序（200#）、變壓吸附工序（300#）和氫氣精制工序（400#）組成，見圖1。焦?fàn)t煤氣經(jīng)過原料氣緩沖罐后，進(jìn)入煤氣壓縮機(jī)進(jìn)行一級(jí)冷卻和一級(jí)壓縮后進(jìn)入200#預(yù)處理系統(tǒng)除焦油、奈、硫化氫、氨及重?zé)N類組分，再自預(yù)處理塔頂部排出回壓縮機(jī)二級(jí)入口。加壓后的煤氣進(jìn)入下一工序——變壓吸附氫提純。提純后的氫氣經(jīng)過脫氧塔脫氧后進(jìn)入等壓再生干燥系統(tǒng)干燥，干燥后經(jīng)PV401穩(wěn)壓后送入球罐。

圖1 制氫工藝流程

氫氣純度標(biāo)準(zhǔn)及現(xiàn)狀分析。氫氣的純度統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 氫氣純度現(xiàn)狀分析統(tǒng)計(jì)

實(shí)施前，氫氣純度波動(dòng)較明顯，特別是兩退火機(jī)組用氫量較高的情況，波動(dòng)尤為突出。

3 影響氫氣純度波動(dòng)因素分析

根據(jù)現(xiàn)場純度異常波動(dòng)情況，對(duì)比分析出以下影響因素：

（1）通過查看流量趨勢(shì)圖中PV302的開度發(fā)現(xiàn)，同樣在38%情況下，A、C、D、E塔運(yùn)行正常。當(dāng)B塔工作吸附時(shí)，氫氣純度波動(dòng)明顯。現(xiàn)場操作過程中將開度調(diào)整至30%左右，純度波動(dòng)較小，但是B塔流量出現(xiàn)驟降現(xiàn)象。通過這一現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)，B塔吸附劑存在半失效狀態(tài)，吸附效果差。

（2）通過查看300#壓力趨勢(shì)圖，5個(gè)吸附塔的均壓線并不在同一直線上，出現(xiàn)明顯的上下浮動(dòng)現(xiàn)象。

（3）通過查看吸附塔的沖洗壓力，發(fā)現(xiàn)A、C吸附塔沖洗后的壓力在25～30 kPa，其余吸附塔都小于20 kPa。沖洗壓力越低，吸附劑再生效果越好，氫氣純度越高。當(dāng)吸附塔再生時(shí)沖洗壓力高于20 kPa，導(dǎo)致吸附劑沖洗再生效果差，直接影響氫氣純度。

（4）通過對(duì)均壓曲線和沖洗壓力的分析，發(fā)現(xiàn)A、C塔部分程控閥301A、303A、305C、301C、304C因關(guān)不嚴(yán)串氣，存在內(nèi)漏現(xiàn)象，導(dǎo)致吸附壓力高，均壓線波動(dòng)大。

4 改進(jìn)措施

4.1 調(diào)整B塔吸附時(shí)間

B塔吸附劑處于半失效狀態(tài)，而吸附劑性能的好壞直接影響氫氣的純度和氫氣回收率指標(biāo)、裝置連續(xù)長期穩(wěn)定運(yùn)行以及裝置的使用壽命。在無法立即更換吸附劑的情況下，根據(jù)變壓吸附原理，通過調(diào)整B塔吸附時(shí)間，確保其持續(xù)運(yùn)行。在保持T31、T32、T34時(shí)間不變情況下，將B塔T33沖洗時(shí)間由90 s調(diào)整為80 s，縮短每次的吸附工作時(shí)間，確保氫氣純度。經(jīng)實(shí)際運(yùn)行檢測，純度波動(dòng)有所改善。

4.2 更換內(nèi)漏的程控閥

程控閥是變壓吸附裝置的重要的運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備，PSA裝置故障的95%都發(fā)生在閥門及其控制系統(tǒng)。通過更換新閥，各吸附塔吸附壓力逐漸趨于穩(wěn)定，吸附塔入口壓力控制在1.6～1.65 MPa。

4.3 提高制氫工序吸附塔的吸附壓力

吸附壓力的高低直接影響氫氣純度和氫氣產(chǎn)量。吸附壓力越高氫氣純度越高，氫氣產(chǎn)量越高。針對(duì)這個(gè)問題，通過提高制氫工序的吸附壓力，將制氫工序控制吸附壓力的PV302調(diào)節(jié)閥設(shè)定值，由1.55 MPa調(diào)整為1.65 MPa；制氫工序入口的壓力調(diào)節(jié)閥PV301的設(shè)定值由1.56 MPa調(diào)整為1.66 MPa。

4.3 降低制氫工序焦?fàn)t煤氣的溫度

焦?fàn)t煤氣經(jīng)過煤氣壓縮機(jī)三級(jí)壓縮后，溫度達(dá)到130℃以上，經(jīng)過三級(jí)冷卻器冷卻后進(jìn)制氫工序的焦?fàn)t煤氣溫度≥55℃，針對(duì)這種現(xiàn)象，通過使用兩臺(tái)防爆軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)行強(qiáng)制降溫，使焦?fàn)t煤氣溫度降低到≤45℃，從而提高了吸附劑的吸附容量。

5 結(jié)語

為確保氫氣純度符合工藝要求，在不影響產(chǎn)氫量的情況下，通過采取調(diào)整變壓吸附時(shí)間、更換程控閥解決內(nèi)漏等措施，保證了流量趨勢(shì)及壓力曲線的穩(wěn)定，解決了制氫系統(tǒng)運(yùn)行過程中存在的問題，為后續(xù)光亮退火提供了良好的保障，提高了冷軋鋼帶的板面光潔度。