氢气处理工序异常的分析与处置

燕丽梅

(陕西北元化工集团有限公司，陕西 榆林 719319)

陕西北元化工集团股份有限公司(以下简称“北元化工”)100万t/a聚氯乙烯，80万t/a烧碱装置于2010年7月开车投运，其中化工分公司氯氢处理装置氢气处理工序是对电解槽出来的温度较高，并夹带大量饱和水蒸气，同时还带有碱雾等杂质的氢气进行洗涤、冷却、除杂、加压等过程，使氢气温度得到降低，碱雾被去除，同时因气体温度降低，其中所含的饱和水蒸气也被冷凝下来，从而使氢气得到净化。净化后的氢气再经过氢气压缩机加压、氢气后冷却器和氢气水雾捕集器进行加压、冷却、除水后送往合成炉使用[1]。

1 生产工艺

温度大约为85 ℃的湿氢气由电解工序送入氢气洗涤塔进行洗涤冷却，氢气中大部分杂质及饱和蒸汽被冷却除去。冷凝液通过冷凝液泵加压后进入板式换热器由循环水冷却后进入洗涤塔循环使用，将多余冷凝液通过冷凝液泵送至化盐水罐后进入卤池进行全卤制碱。经洗涤塔冷却后的氢气温度在30～45 ℃之间，然后进入氢气压缩机进行加压，氢气被加压到78～82 kPa，温度上升至35 ℃左右；再送入氢气后冷却器用7 ℃冷冻水在氢气后冷却器通过气、液分别走管、壳式进行冷却，氢气冷却后的温度11～20 ℃；其中85%的氢气中的水分被冷凝下来，剩余部分冷凝水成雾滴状存在与氢气气流中，经氢气水雾捕集器捕集剩余的水分后，将纯洁、干燥的氢气送至氯化氢合成炉使用。

图1 氢气处理工艺流程简图Fig.1 Process flow of hydrogen treatment

2 氢气处理的作用及操作

2.1 氢气处理的作用

氢气处理是对电解装置输送过来的含有碱雾等杂质的氢气进行洗涤、除杂、冷却、加压后送往氯化氢合成炉使用。为了方便开停车时对电解装置进氢气洗涤塔的氢气管线进行置换，特在洗涤塔出口管线增加一条放空管线，置换氢气系统；另外为了防止氢气管线憋压，在洗涤塔出口管线另增加一条管线至氢气安全水封槽，确保不因为系统压力过高损坏设备。而为了使电解槽氢气压力保持稳定，在氢气洗涤塔出口设一路进氢气气柜，以保证电解装置及氢气处理氢气洗涤塔出口压力的稳定；在氢气水雾捕集器出口设一回流管线到氢气洗涤塔出口总管(氢气压缩机进口总管)，根据氢气压缩机出口氢气总管的压力的变化自动调节回流量来满足后续工序合成炉所需压力的稳定性。

2.2 氢气洗涤液泵的切换操作

为了使设备能够间歇运行，氢气洗涤液泵规定每月进行一次切换操作，在切换操作过程中，如果泵压力不够，不能使冷凝液循环起来，则会导致电解装置输送过来的氢气温度上涨，进而导致电解氯氢压差升高。如果为了使氢气温度降低，若操作不当，让氢气温度迅速下降的话，会让氢气压力也随之迅速下降，进而导致电解氯氢压差迅速下降，达到电解氯氢压差底底联锁停车值，导致电解停车，系统停车。故在切换氢气冷凝液泵的时候一定要使泵压力时刻保持在正常范围值内。

在切换氢气冷凝液泵的时候还要关注冷凝液的液位变化情况，氢气洗涤塔的液位指标控制范围,是50%±5%。如果过高，则冷凝液上涨至氢气进洗涤塔的进口处，使氢气进洗涤塔受助，电解过来的氢气压力升高，进而影响氯氢压差；如果冷凝液下降过快导致冷凝液冷凝量不足，会使氢气温度上涨，也会影响电解氯氢压差的变化。所以在操作切换氢气冷凝液泵的时候，一定要缓慢进行操作，严格注意各项指标变化情况，控制好各项指标值。针对此项操作的重要性，故将氢气洗涤液泵列为重要设备。

2.2.2 氢气压缩机的工作原理及状态

如图2所示，氢气从进口管路进入氢气压缩机内，经氢气压缩机压缩后，氢气与工作液混合后携带部分工作液，经连通管线进入气液分离器。进入气液分离器的气液混合物经气液分离器分离后，气体经氢气压缩机出口排出，而工作液则留在气液分离器中经板式换热器冷却后循环使用。氢气压缩机内的工作液是由气液分离器供给的，在氢气被压缩时，气液混合物温度会上升，进而会使留在气液分离器中的工作液温度上升。因此，留在气液分离器的工作液必须经板式换热器冷却，使工作液温度下降后，方可循环进入压缩机内使用。工作液温度由换热器使用的冷却水温度决定，并设有压力表进行工作液压力显示。

图2 氢气压缩机简图Fig.2 Diagram of hydrogen compressor

在进口管线与排气管线之间安装回流管路，以调节进、出气口的压差和出气口的压力，保护压缩机和排出压力系统。在压缩机出气口配置压力变送器，输出信号进入用户DCS，在DCS设置报警点，当排出压力超过设定值时自动报警。并在出气口安装止逆阀，以防设备停运或故障时气体倒入系统。

氢气分离器中的工作液是闭式循环系统[2]，在氢气压缩机长期运转过程中，氢气分离器内的工作液在气体被压缩过程中混入压缩气体中，工作液被带走，此时系统需要进行补充新鲜工作液至分离器内。氢气分离器安装远传控制液位计及液位开关，以指示和控制分离器内液位，将正常液位限定在最高、最低液位指标控制范围之间，来满足压缩机的工作要求。通过远传控制液位计发出液位低报时，通过控制补充液电磁阀的开来补充液液体控制液位；远传控制液位计发出液位高报时，通过溢流电磁阀的开来排出液体控制液位；以此保证分离器内的液位达到工作需求。

3 氢气处理的常见问题分析

3.1 氢气系统温度高

电解装置输送过来的氢气温度大约为85 ℃，在经洗涤塔洗涤、冷却过程中，氢气温度得到降低，同时会使进洗涤塔洗涤液温度升高，由于温度高及循环水水质差，使氢气与洗涤液换热在换热过程中，洗涤液板式换热器在循环水测结垢，使其换热效果变差，氢气出洗涤塔温度高，造成后序系统氢气温度高。同样进入氢气压缩机板式换热器循环水温度高、水质差，长时间运行后板式换热器结垢，导致氢气压缩机板式换热器换热效果差、温度高，氢气出氢压机温度高，造成后序设备氢气后冷却器工作负荷增大。在氢气经过氢压机加压后进入氢气后冷却器冷却，氢气在列管式换热器与7 ℃水逆向进行换热来降低氢气温度，列管式换热器长时间运行后同样会结垢，换热效果降低，导致氢气出冷却器温度上涨，温度达不到运行指标。

通过调整氢气后冷却器7 ℃水量、氢气洗涤液板式换热器和氢气压缩机板式换热器循环水量及改善循环水水质，来降低氢气温度。也可以用7 ℃水和循环水回水反向冲洗氢气后冷却器、氢气洗涤液板式换热器和氢气压缩机板式换热器，进行排除杂质。必要时需要停车清洗洗涤液板式换热器和氢气压缩机板式换热器，因此新增1台洗涤液板式换热器备用，在洗涤液板式换热器效果变差时，对任意一条线投用洗涤液板式换热器与备用洗涤液板式换热器切换(如图3)，以避免因洗涤液板式换热器换热效果差而被迫系统停车检修。

图3 洗涤液板式换热器流程简图Fig.3 Process flow of plate heat exchanger for wash liquid

3.2 氢气后冷却器泄漏

北元化工氢气后冷却器采用管壳式换热器，氢气后冷却器的质量问题主要体现在管束与管板、管板与壳体连接时密封性好坏。无论是胀接、焊接、胀焊结合连接都有其缺点，制作时稍不留心就会留下缝隙，造成渗漏。氢气后冷却器发生泄漏后，首先发生的现象是氢气后冷却器排水量增加，氢气出氢气后冷却器温度上涨。应立即进行检查取样分析氢气后冷氢气后冷却器下水pH值，根据生产运行情况进行停车维修，若氢气冷却器泄漏较大，需紧急停车处理。

3.3 氢气压缩机振动

因氢气压缩机运行时间过长，地脚螺栓松动，联轴器连接尼轮棒磨损，运行不在同一中心线上，造成氢气压缩机振动值超标。氢气压缩机的电动机、减速机、泵体振动值大于>4.5 mm/s，氢气压缩机晃动大，同时机身强烈振动，若在振动大工况下持续工作，会导致氢气泄漏、氢气压缩机抱死等现象发生，是非常危险的一种现象。

氢压机振动处理方法：一般情况下，紧急切换备机，停机处理，若无备机情况下，降负荷停机处理，停机后联系检修使用百分表对减速机与泵体联轴器进行打表找正(找正结果：径向≤15道；轴向≤15道)，然后对角拧紧泵体地脚螺丝。装上尼龙棒，拧紧联轴器螺丝，恢复联轴器防护罩，氢压机进行带量运行，声音无异响、氢气压缩机温度(≤70 ℃)、氢气压缩机振动值(≤4.5 mm/s)都正常即备用。

4 结语

氢气处理系统作为氯碱生产过程中的一个关键环节，不管是氢气压缩机还是氢气冷凝液泵或者是其他设备在日常生产操作中，现场岗位人员要熟知各设备设施的四懂三会，控制室操作人员要熟知现场管线及各工艺参数的检测位置，在异常情况下，能及时作出正确的应急处置措施。设备异常停车对化工生产企业来说是不允许发生的事故，给企业带来了不可估量的损失。因此，氢气处理工序在生产过程中对设备完好性及岗位操作人员整体素质要求较高，这样才能保证生产系统的安全平稳运行。