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氢气充装站的扩建及安全技术改造

2013-08-16王菊花澹台姝娴

中国氯碱 2013年7期
关键词:连锁氢气压缩机

王菊花,澹台姝娴,杨 展

(中国平煤神马集团开封东大化工有限公司,河南 开封 475003)

氢是主要的工业原料,也是重要的工业气体和特种气体,用途十分广泛。但氢气同时还是一种易燃易爆的气体,其在空气中的爆炸极限是4%~75%,会引发事故灾难。

随着氢能经济的发展,市场对氢气需求量不断增加,氢气的异地间输送也与日俱增。氢气包装运输方式主要有氢气长管车、瓶组或钢瓶。传统的中、小容积气瓶运输量小,难以实现大容量供气的要求。而采用氢气长管车装载压缩氢气,由于具有工作压力高、运输量大、运输效率高、运输成本低等优点,得以迅速发展。氢气长管车是将几只大容积钢质无缝气瓶装配在一起,并将气瓶头部连通,作为移动式储罐给用户送气的设备。单台设备的运输能力可达到4 000 m3氢气。

2011年,中国平煤神马集团开封东大化工公司(以下简称“东大公司”)离子膜烧碱生产装置能力增大到18.6万t/a,每小时生产氢气量为6 510 m3/h。除去公司生产盐酸用去氢气1 890 m3/h,燃氢锅炉用去2 671 m3/h氢气外,还有很大的富裕。富裕的氢气被输送到氢气充装站用来充装氢气瓶外销。原有氢气充装站的最大充装能力为680 m3/h,随着产能的扩大,尚有很大一部分氢气未得到利用。为了充分利用这部分富裕氢气,开拓更大的氢气市场,2012年5月,东大公司在原有氢气分厂车间又新建了1 000 m3/h的氢气长管车充装装置。使东大公司总的氢气充装站的生产能力达到1 500 m3/h。同时,完善原有的氢气放空装置,增加自动放空设施,使整个氢气充装站能更加安全、稳定、可靠地运行。

1 氢气充装站的生产工艺流程

氢气充装工艺流程简图见图1。

由离子膜氢气处理岗位送来的0.07 MPa,30℃,98%原料氢气,依次经缓冲罐、阻火器、分配台1#、氢气袋后、通过氢气分配台2#,分别进入中压氢气压缩机1及高压氢气压缩机2内进行压缩.冷却、干燥后的氢气分别通过管道送往各氢气汇流排进行充装。压力为14 MPa的中压氢气用于充装氢气钢瓶或瓶组销售,压力为20 MPa的高压氢气用于充装氢气长管车销售。

2 新建氢气压缩机的安全保障

2.1 压缩机设备的选择

根据充装工艺要求,本次扩建选用2台500 m3/h的少油润滑氢气压缩机。该机为对称平衡型,双列、五级压缩、级差活塞水冷式结构,由防爆电机通过联轴器传动,在常温下将7 kPa的氢气分为五级压缩至20 MPa(表压),专供氢气长管车充装。

2.2 设备运行的安全措施

氢气压缩机采用PLC可编程控制器进行集中控制,控制系统还设置有各种自动保护功能和故障报警及故障信息显示功能,在整个工艺系统中,也设置了安全保护措施。

(1)氢气压缩机的循环冷却水压力与压缩机连锁,当循环冷却水回水压力<0.02 MPa时,压缩机连锁自动停机。

(2)氢气压缩机的润滑油压力与压缩机连锁,当润滑油压力<0.10 MPa时,压缩机连锁自动停机。

(3)氢气压缩机的二级排气压力与压缩机连锁,当二级排气压力>1.2 MPa时,压缩机连锁自动停机。

(4)氢气压缩机末级排气压力与压缩机连锁,当末级排气压力>20.5 MPa时,压缩机连锁自动停机。

(5)氢气进缓冲罐前的总管压力与压缩机连锁,当氢气总管压力<0.03 MPa时,压缩机连锁自动停机。

(6)在氢气压缩机各级冷却器气体出口管路上还装有弹簧式安全阀,各级安全阀排放压力分别为:一级:0.35~0.36 MPa; 二级:1.26~1.32 MPa;三级:3.3~3.5 MPa;四级:8.50~8.90 MPa;五级:21.00~22.00 MPa。

当氢气各级冷却器后的压力超过规定值时,安全阀自动起跳,保护氢气压缩机及整个氢气系统的安全。

3 完善氢气充装站的消防设施

氢气充装站原来配置的消防设施主要为 “干粉”灭火器。室外消防水为一次水,压力较低,小于0.1 MPa,本次技改完善了氢气充装站的消防设施。

(1)氢气放空管增加氮气灭火系统。本次扩建,专门为氢气充装装置配置了氮气管道。在氢气压缩机进口管道、每个氢气放空管道及氢气安全阀后放空管道均设置了含氧量小于0.5%的氮气置换灭火设施。在生产正常运行期间,氮气管道系统一直保持0.6 MPa的压力,更有效地保证了氢气生产的安全运行。

(2)提高消防水的压力。本次改造在一次水管道路上增加1台加压泵,使一次水的压力达到0.3MPa,并增加一次水低压报警信号,保证了消防水稳定的压力。

4 氢气灌装系统的安全设置

为保障氢气充装系统的安全运行,在系统上增设了安全设施。

(1)在氢气充装排上设置氢气超压泄压安全阀,避免氢气充装系统发生超压事故。

(2)在氢气充装排上设置氢气回流阀,氢气回流至氢气压缩机前的管道,保证压缩机前的氢气管道处于正压状态。正常情况下,氢气回流利用,减少排放大气的氢气量,既利于安全,也减少了浪费。

(3)在氢气充装排上增设氮气吹扫、置换管道,在不正常情况或开、停车时,对系统进行吹扫置换,保障了氢气系统的安全性。

(4)在充装排上设置氢气放空管道,并接至室外屋脊1 m以上处,在放空管道上安装阻火器。在氢气压缩机开、停车时,进行放空,既利于氢气系统的提纯,又避免了刚开车时,管道内的空气与氢气形成爆炸性的混合气体,保证了生产系统的安全。

5 氢气生产装置内新增的安全设施

为保障氢气充装站的安全运行,在生产装置内增设了安全设施。

(1)在氢气压缩机厂房、氢气汇流排间、氢气长管车氢气充装接口等氢气容易泄漏的爆炸危险区域均按要求共设置了4台气敏半导体式氢气检漏报警装置,保障整个氢气充装站的生产设备及人身安全。

(2)在氢气袋厂房内增设了防爆摄像头,使操作人员在操作室能及时、清楚地观察到氢气袋的变化,以便在紧急情况时,能及时采取正当的处理措施。保证生产正常安全、稳定运行。

(3)氢气放空管道设置了安全连锁装置,代替原来的人工放空操作。在氢气袋后的氢气分配台上设置了氢气压力远传信号,在氢气袋前氢气分配台上的氢气放空管上设置了自动放空阀,使氢气袋后的压力与放空管上的自动放空阀连锁。当氢气压力超过0.6 MPa时,自动放空阀打开,系统内的氢气放空;当氢气压力降低至0.5 MPa时,放空阀自动关闭,保证氢压机在突然停车时,氢气系统及氢气气袋内的压力稳定,保障氢气站的安全运行。

(4)氢气总管压力与氢气压缩机设置连锁装置。在氢气总管上设置氢气自动切断阀,与总管上的氢气压力及氢压机连锁,当氢气总管压力低于0.5 MPa时,氢气压力低压报警;当氢气压力低于0.3 MPa时,氢气自动切断阀门关闭,氢气压缩机连锁停车。避免了因为氢气系统压力低,而使空气抽入氢气系统中,使氢气与空气混合,形成爆炸性气体,对整个氢气系统造成威协。

6 运行效果

新建的1 000 m3/h氢气长管车生产装置自2012年6月15日开车以来,运行效果良好,设备生产能力大,运行稳定。与氢气钢瓶的充装相比较,生产装置的安全性大大提高,同时,用氢气长管车充装氢气,一次充装时间较长,中间操作很少,充装接管接通以后,操作人员只需定时巡检即可。氢气钢瓶充装前必须进行检验,单瓶容量小,数量多,操作复杂,需用操作人员多;且氢气钢瓶来回搬运,劳动强度大、效率低、运行费用高。氢气长管车充装使操作频率大大减小,劳动强度和生产成本明显降低。

氢气充装站扩建后,生产能力大幅提高。年生产时间按8000h计,每年可多充装氢气800万m3,创造经济效益640万元。

氢气长管车充装技术改造的实施,极大地提高了氢气生产工艺装置的安全性,提高了充装效率,改进了操作人员工作环境,降低了劳动强度,保障了氢气生产的正常运行,使氢气充装能力大大地提高,拓宽了氢气销售市场,具很好的安全性,在易燃易爆等危险性气体包装装置中具有推广价值。

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