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淺析氫回收裝置的運(yùn)行及存在問(wèn)題處理

文檔作者：黎海新張松林王磊文檔來(lái)源：塔西南勘探開(kāi)發(fā)公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年05月12日
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小氮肥 第 42 卷 第 11 期 2014 年 11 月淺析氫回收裝置的運(yùn)行及存在問(wèn)題處理黎海新 張松林 王 磊（塔西南勘探開(kāi)發(fā)公司 新疆澤普 844804） 近年來(lái)，由于石油化工行業(yè)對(duì)廉價(jià)高純度氫氣的需求量日益增加，除了天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化精制取得高純度氫氣外，還可從各種合成氨弛放氣和尾氣中，經(jīng)變壓吸附（以下簡(jiǎn)稱(chēng) PSA）脫除各種雜質(zhì)取得高純度氫氣。塔西南勘探開(kāi)發(fā)公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)塔西南公司）合成氨裝置的 PSA 制氫裝置是從氨罐弛放氣和合成氨吹除氣中提取純度高達(dá)98. 50% ~ 99. 90%（體積分?jǐn)?shù)，下同）氫氣。該套裝置于1995 年 10 月底投產(chǎn)，采用四塔二均 PSA工藝，處理能力 1 000 m3 / h（標(biāo)態(tài)）。近 3 年以來(lái)，由于氨合成系統(tǒng)高負(fù)荷正常運(yùn)行時(shí)氨罐弛放氣和合成塔排放的吹除氣氣量較少，進(jìn)入 PSA 制氫裝置的原料氣氣量較少，裝置完全處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，各項(xiàng)指標(biāo)難以控制，較難制得高純度氫氣；有時(shí)由于原料氣氣量少而停運(yùn)；另外，還存在設(shè)計(jì)、設(shè)備、操作等問(wèn)題，影響裝置的正常運(yùn)行。1 氨回收裝置和氫回收裝置原料氣組成氨回收裝置和氫回收裝置原料氣的組成如表 1 所示。表 1 氨回收裝置和氫回收裝置的原料氣的組成 項(xiàng) 目 氨回收裝置 氫回收裝置φ（H2）/ % 48. 60 58. 73φ（N2）/ % 16. 05 19. 40φ（CH4 + Ar）/ % 18. 00 21. 87φ（NH3）/ % 17. 25 < 0. 10注：液氨純度≥99. 8%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），產(chǎn)品氫純度 99. 0% 。2 PSA 裝置工藝流程及特點(diǎn)合成氨弛放氣經(jīng)減壓至 2. 2 MPa 后進(jìn)入氨回收裝置的氨吸收塔，用除鹽水吸收原料氣中的氨，制成氨水或?qū)彼?jīng)蒸餾塔蒸餾為成品液氨；被吸除氨后的氣體送至氫回收裝置，首先進(jìn)入氣液分離器，分離氣體中的游離水，然后進(jìn)入 4 臺(tái)吸附塔進(jìn)行變壓吸附，提純后的氫氣進(jìn)入產(chǎn)品氣緩沖罐，再經(jīng)管道送至生產(chǎn)系統(tǒng)；解吸氣進(jìn)入解吸氣緩沖罐，經(jīng)管道送一段爐作為燃燒氣。PSA 裝置特點(diǎn)：①工藝流程簡(jiǎn)單，占地面積??；②采用 DCS 集散系統(tǒng)，6 臺(tái)吸附塔 10 個(gè)步驟周期循環(huán)工作過(guò)程中，38 只閥門(mén)頻繁開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，自動(dòng)化程度高；③所配置的儀表、閥門(mén)等器件質(zhì)量好、精度高，運(yùn)行 1 年多來(lái)未發(fā)生故障；④調(diào)節(jié)范圍廣，可處理弛放氣 300 ~ 6 300 m3 / h；⑤產(chǎn)品純度高，液氨純度≥99. 8%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），產(chǎn)品氫純度可達(dá) 100% ；⑥吸附劑壽命長(zhǎng)，可連續(xù)使用 5 年以上；⑦易于操作，開(kāi)、停車(chē)迅速，可隨時(shí)在主控室利用微機(jī)停車(chē)，開(kāi)車(chē)過(guò)程可在 1 ~ 2 h 內(nèi)完成。3 優(yōu)化 PSA 工藝操作及條件塔西南公司 PSA 制氫裝置投用以來(lái)，分子篩更換次數(shù)較多，特別是在使用后期，分子篩粉化增多，導(dǎo)致程控閥堵塞、儀表引壓管堵塞、儀表使用壽命縮短、壓力表顯示誤差，櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴使程控閥長(zhǎng)期處于內(nèi) 輪子輪轂與軸配合松動(dòng)原因分析：轉(zhuǎn)子整體焊接退火后，轂孔發(fā)生膨脹變形，降溫后未能恢復(fù)至原有尺寸，造成與軸配合出現(xiàn)間隙而松動(dòng)。處理措施：用壓力機(jī)拆出輪轂，對(duì)內(nèi)孔實(shí)施預(yù)熱、堆焊加工，利用機(jī)加工手段重新使輪轂與軸之間配合恢復(fù)至原有過(guò)盈配合尺寸（0. 25 ~0. 30 mm）。4 效果電機(jī)轉(zhuǎn)子經(jīng)過(guò)第 3 次修復(fù)回裝后，壓縮機(jī)自2013 年 11 月開(kāi)車(chē)已連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行 3 個(gè)月，未發(fā)生故障，電機(jī)軸承座振動(dòng)正常。（收到修改稿日期 2014-05-21）41小氮肥 第 42 卷 第 11 期 2014 年 11 月漏狀態(tài)；另外，設(shè)計(jì)缺陷所引起的原料氣帶水和帶氨等問(wèn)題也嚴(yán)重影響裝置的正常運(yùn)行，氫氣純度達(dá)不到 80% 以上。3. 1 吸附劑粉化3. 1. 1 設(shè)計(jì)問(wèn)題（1）吸附塔內(nèi)裝填的吸附劑頂部沒(méi)有加裝絲網(wǎng)或用瓷球壓實(shí)，氣體流速大時(shí)會(huì)導(dǎo)致頂部吸附劑呈流動(dòng)狀態(tài)，反復(fù)碰撞塔頂大蓋，造成吸附劑粉化。（2）由于本裝置采用四塔吸附工藝，吸附塔較少，吸附壓力較高，勢(shì)必造成均壓壓差較大（達(dá)0. 75 MPa），而選用的程控閥均為兩位閥（油壓驅(qū)動(dòng)），在程序運(yùn)行時(shí)閥門(mén)切換速度過(guò)快，導(dǎo)致升降壓速率過(guò)快，最終導(dǎo)致吸附塔內(nèi)氣體流速過(guò)快，吸附劑在塔內(nèi)流動(dòng)，加快了粉化速度。3. 1. 2 操作問(wèn)題（1）操作人員缺乏經(jīng)驗(yàn)，沒(méi)有重視裝置開(kāi)車(chē)時(shí)的引氣流速。在裝置首次引氣時(shí)，進(jìn)口氣體流速超過(guò)設(shè)計(jì)流速，過(guò)高的流速會(huì)造成吸附劑在塔內(nèi)流動(dòng)，是造成吸附劑粉化的原因之一。（2）進(jìn)口氣體指標(biāo)不合格。該裝置設(shè)計(jì)進(jìn)口氣體中 φ（H2）為 60% ~ 75% ，才能保證裝置產(chǎn)出合格產(chǎn)品氫氣；因前工序負(fù)荷低，合成氣中氮含量較高，合成弛放氣中氮的累積效應(yīng)造成 φ（N2）達(dá)20% ，弛放氣中 φ（H2）下降了 25% ~ 30% 。為獲取優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品氫氣，將吸附時(shí)間縮至最短，遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離設(shè)計(jì)值，盡管如此，產(chǎn)品氫氣出口壓力低、流量低，氫氣純度在 60% ~ 80% 波動(dòng)，造成大量廢氣從裝置解吸管線流出，提高了流速，引發(fā)吸附劑在塔內(nèi)流動(dòng)，是造成吸附劑粉化的主要原因。3. 1. 3 處理措施（1）拆開(kāi)吸附塔封頭檢查絲網(wǎng)，更換損壞的絲網(wǎng)；在吸附塔頂部將吸附劑填實(shí)，防止系統(tǒng)流速大時(shí)吸附劑在塔內(nèi)流動(dòng)，從而起到減少吸附劑粉化作用。（2）裝置進(jìn)口、吸附塔進(jìn)口和出口管線、均壓管線都安裝限流孔板，防止程控閥快速開(kāi)啟時(shí)造成系統(tǒng)內(nèi)流速過(guò)大，保證吸附劑不在塔內(nèi)流動(dòng)。（3）優(yōu)化系統(tǒng)進(jìn)口氣體成分，在氣體成分不達(dá)標(biāo)情況下，盡量不開(kāi)或少開(kāi)裝置，或者限制進(jìn)口氣體流量，減負(fù)荷生產(chǎn)。（4）修改操作規(guī)程，強(qiáng)化操作人員對(duì)進(jìn)塔流速的控制，保證不超出設(shè)計(jì)指標(biāo)。3. 2 原料氣帶水、帶氨3. 2. 1 原料氣分離器分離效果不好因?yàn)榉肿雍Y有很強(qiáng)的吸水性，且與水有很強(qiáng)的親合力，在常溫操作條件下幾乎無(wú)法脫除，故在裝置前設(shè)置 1 臺(tái)原料氣分離器，分離原料氣中的水。如果原料氣分離器分離效果不好，造成原料氣帶水，分子篩吸水后，抗壓強(qiáng)度大幅下降，在PSA 制氫裝置頻繁均壓過(guò)程中極易損壞分子篩，影響分子篩的使用壽命。3. 2. 2 氨回收裝置尾氣中氨含量超標(biāo)合成塔排出的吹除氣和氨罐弛放氣同時(shí)進(jìn)入氨吸收塔，經(jīng)洗氨后進(jìn)入 PSA 制氫裝置。為了洗氨徹底、改善氨吸收塔的操作條件、提高蒸汽冷凝液質(zhì)量及氨吸收塔填料層暢通無(wú)阻，應(yīng)加強(qiáng)機(jī)泵管理和預(yù)防循環(huán)水進(jìn)入冷凝液后在吸收塔內(nèi)生成銨鹽而引起氨吸收塔堵塞，造成 PSA 制氫裝置嚴(yán)重帶氨、帶水；保證向氨吸收塔供冷凝液的柱塞泵正常運(yùn)行，同時(shí)氨吸收塔出口尾氣中 φ（NH3）必須嚴(yán)格控制在≤200 × 10 - 6，避免造成分子篩中毒和縮短其使用壽命。3. 2. 3 處理措施建議增設(shè)水洗塔和干燥吸附器各 1 臺(tái)，氨回收裝置尾氣先經(jīng)高壓水除氨，進(jìn)一步降低入吸附塔氣體中氨含量后，然后經(jīng)過(guò)硅膠干燥吸附脫水并除去微量氨后，再進(jìn)入 PSA 制氫裝置。利用尾氣中各組分在加壓和減壓時(shí)吸附量的差值，實(shí)現(xiàn)了混合氣體的分離，有效地控制了原料氣帶水、帶氨，保護(hù)吸附劑。改造后 PSA 制氫裝置工藝流程見(jiàn)圖 1。圖 1 改造后 PSA 制氫裝置工藝流程51小氮肥 第 42 卷 第 11 期 2014 年 11 月德士古氣化裝置除氧水泵發(fā)生故障的原因及解決辦法蔣先廣（陜西未來(lái)能源化工有限公司 陜西榆林 719000） 德士古氣化裝置除氧水泵（1 開(kāi) 1 備）的主要作用是將脫氧水槽脫氧后的灰水送至碳洗塔洗滌，洗滌后的水再循環(huán)或用于鎖斗加壓，一旦該泵發(fā)生故障，氣化及后續(xù)生產(chǎn)系統(tǒng)將立即停車(chē)。1 除氧水泵存在的問(wèn)題除氧水泵為節(jié)段式自平衡多級(jí)泵，型號(hào)為ZDF300-80，泵與電機(jī)軸承均采用強(qiáng)制潤(rùn)滑方式，帶加長(zhǎng)軸雙模片聯(lián)軸器，六級(jí)葉輪對(duì)稱(chēng)布置，功率1 250 kW，轉(zhuǎn)速 2 980 r / min，流量 300 m3 / h，揚(yáng)程800 m，介質(zhì)為含少量細(xì)渣的氣化灰水，溫度為109 ~ 123 ℃，入口壓力為 0. 15 MPa。由于轉(zhuǎn)子部件對(duì)稱(chēng)布置，各級(jí)葉輪所產(chǎn)生的軸向力基本相互抵消，不需采用平衡盤(pán)或平衡鼓結(jié)構(gòu)就能實(shí)現(xiàn)軸向力自動(dòng)平衡，殘余軸向力由非驅(qū)動(dòng)端強(qiáng)制潤(rùn)滑金斯伯雷止推軸承承擔(dān)。葉輪密封環(huán)、級(jí)間密封環(huán)、軸封密封環(huán)采用反螺旋無(wú)接觸密封；出水段設(shè)在中部，具有高壓水泵低壓密封的特點(diǎn)。該泵投運(yùn)前期，機(jī)械密封頻繁泄漏，經(jīng)多次維修，效果不明顯。運(yùn)行 1 年后，泵振動(dòng)較大，軸往復(fù)竄動(dòng)明顯，流量嚴(yán)重不足，被迫停車(chē)檢修。2 故障原因分析2. 1 機(jī)械密封頻繁泄漏除氧水泵投運(yùn)初期，機(jī)械密封基本不漏。運(yùn)行一段時(shí)間后，機(jī)械密封出現(xiàn)滴狀連續(xù)泄漏，對(duì)設(shè)備運(yùn)行影響不大，未引起重視，久而久之泄漏越發(fā)嚴(yán)重。經(jīng)多次更換機(jī)械密封，效果不明顯。經(jīng)檢查、分析發(fā)現(xiàn)，問(wèn)題出現(xiàn)在機(jī)械密封沖洗水上。除氧水泵吸入段位于驅(qū)動(dòng)端一側(cè)，櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴入口壓3. 3 PSA 制氫裝置對(duì)氫氣質(zhì)量的影響及處理3. 3. 1 氫氣吸附時(shí)間吸附時(shí)間越長(zhǎng)，吸附劑所吸附的雜質(zhì)就越多。吸附前沿抵達(dá)吸附塔上部時(shí)，可能導(dǎo)致雜質(zhì)污染產(chǎn)品氫氣。氫氣質(zhì)量下降時(shí)，可適當(dāng)縮短 PSA 制氫裝置的氫氣吸附時(shí)間。因?yàn)槲綍r(shí)間越短，進(jìn)入吸附劑中的雜質(zhì)量越少。但吸附時(shí)間縮短，吸附塔工作的周期時(shí)間也相應(yīng)縮短，從而增加吸附劑的再生次數(shù)，造成氫氣的收率下降。3. 3. 2 解吸氣逆放壓力逆放壓力越低，越有利于吸附劑中所吸附的雜質(zhì)解吸徹底。如果發(fā)現(xiàn)氫氣質(zhì)量有惡化的趨勢(shì)，可適當(dāng)降低逆放壓力。但為了安全起見(jiàn)，應(yīng)避免逆放壓力過(guò)低，以免造成系統(tǒng)負(fù)壓，導(dǎo)致空氣進(jìn)入可燃?xì)怏w管道而引發(fā)安全事故。3. 3. 3 程控閥內(nèi)漏程控閥內(nèi)漏意味著需要閥門(mén)關(guān)閉時(shí)卻無(wú)法及時(shí)關(guān)閉，使各吸附塔之間的氣體發(fā)生互竄，直接影響氫氣產(chǎn)量和質(zhì)量；嚴(yán)重時(shí)，可能導(dǎo)致 PSA 制氫裝置操作紊亂?？赏ㄟ^(guò)分析變壓吸附塔壓力曲線來(lái)判斷閥門(mén)是否有內(nèi)漏，若程控閥有內(nèi)漏，應(yīng)立即將與內(nèi)漏程控閥相連的吸附塔切除，及時(shí)檢修。4 結(jié)語(yǔ)變壓吸附制氫是個(gè)系統(tǒng)工程，各工藝過(guò)程必須結(jié)合起來(lái)綜合考慮才能達(dá)到高效運(yùn)行的目的。在氫氣質(zhì)量下降的情況下，可視具體情況采取縮短吸附時(shí)間、降低逆放壓力等措施來(lái)解決。此外，還應(yīng)結(jié)合 PSA 制氫裝置的運(yùn)行情況，對(duì)非正常狀態(tài)的參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)分析，找出問(wèn)題的根源，以免因局部故障或效率低下而影響整套裝置的運(yùn)行。（收稿日期 2014-04-02）61

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