一、裝置簡介

　　(一)裝置的發展及類型

　　1．制氫裝置的發展

　　氫氣是石油化工的基本原料，隨著加氫技術的發展，對氫氣的需求量日益增加，一般對于加氫裝置較多的煉油廠，除利用重整副產氫外，尚須有專門制氫裝置。

　　我國第一套輕烴蒸汽轉化制氫裝置是20世紀60年代建成的，隨后又陸續建立起多套制氫裝置，這時期的氫氣凈化技術為化學凈化法。

　　進入20m世紀80年代以后，隨著變壓吸附技術的發展，新建的制氫裝置多采用變壓吸附凈化法。

　　2．裝置的主要類型

　　以制氫裝置的原料分：有天然氣制氫：油田伴生氣制氫；液化氣制氫；煉廠氣制氫；輕石腦油制氫等。

　　以產品精制方法分：有化學凈化法制氫：變壓吸附(PSA)凈化法制氫。

　　天然氣制氫造氣單元和PSA單元工藝流程見圖2—19a、圖2—19b、圖2—19c。

　　二、重點部位及設備

　　(一)重點部位

　　制氫裝置的原料及產品多為易燃、易爆物質，整個裝置區內都具有較大危險性，其中危險性最大的區域屬轉化爐區和壓縮機區。

　　(二)主要設備

　　1．制氫轉化爐

　　轉化爐是制氫裝置的核心設備，它處于高溫、高壓、臨氫狀態下操作，對爐管材質及結構有嚴格要求。

　　目前，流行的轉化爐有三種爐型：一是以托普索公司為代表的側燒爐：二是以凱洛格公司為代表的頂燒爐；三是以福斯特惠勒公司為代表的階梯式轉化爐。•國內流行的為頂燒爐和剛燒爐。

　　轉化爐爐管一般為DNl00mm×l2000mm，材質為HK—40或HP—40的離心澆鑄管，由于爐管的溫度高，設計時應充分考慮熱膨脹問題。

　　2．PSA吸附床

　　變壓吸附分離為間歇操作，對于每個吸附床來講，在高壓下吸附，在低壓下脫附，因此吸附床受交變壓力的作用，為疲勞容量，在設計、制造時要引起足夠重視。

　　三、危險因素及其防范措施

　　本裝置在火災危險性分類中為甲類危險性裝置。

　　(一)開停工時的危險因素及其防范措施

　　1．開工時的危險因素及其防范措施

　　(1)裝置全面大檢查

　　裝置全面大檢查是開工前非常重要的步驟，裝置在設計、施工當中必然存在一些問題，通過檢查，發現問題，并進行整改，以保證裝置安全順利開工。

　　(2)吹掃及沖洗

　　吹掃及沖洗的目的是吹出在施工時留在系統內的雜質，以保證裝置安全順利開工，吹掃時應注意選用適宜的吹掃介質。

　　(3)裝置氣密

　　制氫裝置系統氣密是裝置開工階段一項非常重要的工作，氣密工作的主要目的是查找漏點，消除裝置隱患，保證裝置安全運行。加氫反應系統的氣密工作分為不同壓力等級進行，低壓氣密階段所用的介質為氮氣。

　　(4)裝置烘爐、煮爐

　　制氫裝置反應系統干燥、烘爐的目的是除去反應系統內的水分，脫除加熱爐耐火材料中的自然水和結晶水，燒結耐火材料，增加耐火材料的強度和使用壽命。加熱爐烘爐時，裝置需引進燃料氣，在引燃料氣前應認真做好瓦斯的氣密及隔離工作，防止瓦斯泄漏及竄至其他系統。加熱爐烘爐時應嚴格按烘爐曲線升溫、降溫，避免升溫過快，耐火材料中的水分迅速蒸發而導致爐墻倒塌。

　　余熱鍋爐煮爐的目的是除去鍋爐系統內的施工時留下的鐵銹和油脂，以保證開工后能盡俠產出合格蒸汽。

　　(5)催化劑及吸附劑裝填

　　催化劑裝填應嚴格按催化劑裝填方案進行，催化劑裝填的好壞對制氫裝置的運行情況及運行周期有重要影響，催化劑裝填前應認真檢查反應器及其內構件，檢查催化劑的粉塵情況，決定催化劑是否需要過篩。催化劑裝填最好選擇在干燥晴朗的天氣進行，保證催化劑裝填均勻，否則在開工時反應器內會出現偏流或“熱點”，影響裝置正常運行。催化劑裝填時工作人員需要進入反應器工作，因此，要特別注意工作人員勞動保護及安全問題，需要穿勞動保護服裝，帶能供氧氣或空氣的呼吸面罩，進反應器工作人員不帶其他雜物，以防止異物落入反應器內。

　　(6)系統氣密及置換

　　在完成催化劑裝填后，系統必須重新進行氣密檢查，制氫系統置換分為兩個階段，即空氣環境置換為氮氣環境、氮氣環境置換為可燃氣環境。在空氣環境置換為氮氣環境時需要注意，置換完成后系統氧含量應<1％，否則系統引入可燃性氣體時易發生危險。

　　(7)脫硫系統升溫開工

　　如果原料的硫含量高，加氫催化劑需要進行硫化，如原料的硫含量較低，可不進行硫化。氮氣置換合格后，建立氮氣循環，系統升溫。

　　(8)轉化、中變催化劑還原

　　轉化催化劑在使用前需要將NiO還原為金屬Ni，中變催化劑的Fe₂O₃須還原為Fe₃O₄。

　　(9)轉化進氣、中變催化劑繼續放硫

　　裝置進原料氣，中變催化劑繼續放硫。

　　(10)PSA部分開工

　　PSA部分開工應嚴格按開工方案進行，PSA部分嚴禁帶水，以免損壞吸附劑。

　　(11)調整操作向外供氫

　　調整系統操作，氫氣質量合格后向用氫裝置供氫。

　　2．停工時的危險因素及其防范措施

　　制氫裝置停工過程中屬于不穩定過程，操作參數變化大，如不注意也容易發生問題。因此，停工過程應認真組織，嚴格按停工方案進行。

　　(二)正常生產時的危險因素及其防范措施

　　1．遵守“先降溫后降量”的原則

　　制氫裝置正常操作調整時必須遵守“先降溫后降量”，先降原料氣量，再降蒸汽的原則。

　　2．反應溫度的控制

　　制氫裝置的反應溫度是最重要的控制參數，必須嚴格按工藝技術指標控制各反應器的反應溫度。

　　3．監視轉化催化劑性能變化情況

　　轉化反應為強吸熱反應，如果催化劑活性下降，轉化爐管的壁溫會明顯升高，因此，通過觀察爐管顏色可判斷催化劑的狀況。如出現花管、紅管、熱帶，應采取措施，進行處理。

　　4．反應系統壓力控制

　　制氫裝置反應系統壓力是重要的工藝控制參數，影響裝置反應系統壓力的因素很多，應選擇經濟、合理、方便的控制方案對反應系統的壓力進行控制。

　　5．控制毒物含量

　　轉化催化劑對硫、氯、砷等雜質要求非常嚴格，一般要求S<0.2×10^-6，Cl<0.5×10^--6，As<50×10^-9

　　6．加熱爐的控制

　　加熱爐是制氫裝置的重要設備，加熱爐的使用應引起重視。加熱爐各路流量應保持均勻，并且不低于規定的值，防止爐管結焦；保持加熱爐各火嘴燃燒均勻，盡量使爐常內各點溫度均勻：控制加熱爐各點溫度不超溫；保持加熱爐燃燒狀態良好。

　　7.控制水碳比

　　水碳比是制氫裝置非常重要的工藝參數，必須嚴格控制，任何時候都不能低于給定值。

　　8．PSA部分操作調整

　　調整PSA部分的操作系統，使PSA部分達到合格的產品純度及回收率。

　　(三)設備腐蝕

　　1．高溫氫腐蝕

　　氫氣在常溫下對普通碳鋼沒有腐蝕，但是在高溫、高壓下則會產生腐蝕，使材料的機械強度和塑性降低。

　　高溫氫腐蝕的機理為氫氣與材料中的碳反應生成甲烷，使材料的機械強度和塑性降低，形成的甲烷在鋼材的晶間積聚，使材料產生很大的內應力或產生鼓泡、裂紋。至于在什么條件下產生腐蝕，則根據Nelson曲線確定。

　　為避免高溫氫腐蝕，制氫裝置高溫、高壓、臨氫部分的設備、管線多采用合金鋼或不銹鋼。

　　2．氫脆

　　氫原子滲入鋼材后，使鋼材晶粒中原子結合力降低，造成材料的延展性、韌性下降，這種現象稱為氫脆。這種氫脆是可逆的，當氫氣從材料中溢出后，材料的力學性能就能恢復。

　　氫脆的危害主要出現在裝置的停工階段，裝置停工階段，系統溫度、壓力下降，氫氣在材料中的溶解度下降，由于氫氣溢出的速度很慢，這時材料中的氫氣處于過飽和狀態，當溫度冷卻到150℃時，大量的過飽和氫氣會聚積在材料的缺隱處，如裂紋的前端，引起裂紋擴展。所以裝置停工時降溫、降壓的速度應進行適當的控制，進行脫氫處理。

　　3．高溫n2S腐蝕

　　高溫H2S腐蝕主要發生在反應系統高溫部分，高溫H2S腐蝕表現為與H2共同作用，氫氣的存在加強了H2S的腐蝕作用，同時，H2S的存在也加強了氫氣的腐蝕作用。該種腐蝕的防治方法是選擇抗H2S腐蝕材質。

　　4．濕H2S的腐蝕

　　濕H2S的腐蝕形態主要有：電化學腐蝕引起的表面腐蝕；H2S腐蝕過程中，產生氫原子引起的氫脆、氫裂；硫化氫引起的應力腐蝕破裂。

　　該種腐蝕的防止方法為：U2S濃度不高時，使用普通碳素鋼，適當加大腐蝕裕度，在設備制造及施工中進行消除應力處理；當H2S濃度較高時，選用抗H2S腐蝕材料，或對設備內壁進行內噴涂處理。

　　(四)制氫裝置的安全設施

　　1．設備平面布置

　　制氫裝置火災危險性屬于甲類，設備平面布置按《石油化工企業設計放火規范》(GB50160--92)中的要求進行布置。同類設備集中布置。

　　2.消防設施

　　制氫裝置內設有環行消防道路，以利于發生事故時消防車進出。裝置內設有環行消防水管網，裝置內設有多處消防蒸汽服務站，裝置內設置有一定數量的干粉式滅火器。

　　3．防火、防爆

　　制氫裝置內的截止多為易燃、易爆介質，裝置內的電器、儀器設備均選用防爆型設備管道、設備上安裝防靜電接地設施，要求接地電阻不大于4Ώ

　　4．加熱爐安全設施

　　加熱爐周圍設有蒸汽消防汽幕，加熱爐爐膛內設有滅火蒸汽入口。

　　5．可燃氣體報警器

　　在可能發生可燃性氣體泄漏的位置，安裝可燃氣體報警器。

　　6．氣防用品

　　由于制氫裝置內有H2S等有毒氣體，所以車間配備有防毒面具、正壓式呼吸器等氣防用品。

　　7．安全閥

　　按設計要求，凡需要安裝安全閥的部位均安裝有安全閥，而且按有關安全要求為雙安全閥。

　　(五)制氫裝置聯鎖系統

　　1.原料增壓機自身聯鎖系統

　　(1)潤滑油低壓聯鎖；(2)壓縮機軸承溫度高聯鎖；(3)電機軸承溫度高聯鎖；(4)軸位移大聯鎖；(5)軸振動大聯鎖。

　　2．制氫反應部分聯鎖

　　(1)燃料氣低壓聯鎖；(2)中變氣高溫聯鎖；(3)最后一個分水罐高液位聯連；(4)余熱鍋爐汽包低液位聯鎖。

　　3．PSA部分聯鎖

　　(1)PSA油罐低液位聯鎖；(2)PSA油泵壓力低聯鎖；(3)PSA程控閥故障聯鎖。