提高化工企业制氢装置的水汽质量

王彦雄，冯巍，姚朝刚(陕西延长石油(集团)有限责任公司永坪炼油厂，陕西 延安 717208)

0 引言

氢是重要的化工原料和极为清洁的优质能源，应用领域很广，目前用量最大的是作为石油化工原料，用于生产合成氨、油品、甲醇以及石油炼制过程的加氢反应等，氢能作为一种洁净、高效、可储存及可再生的能源已受到广泛关注。氢的开发利用首先要解决的是氢源问题。化工企业中制氢单元主要原料有很多种，本文主要介绍以催化干气、加氢干气和天然气为主要原料来制取氢气的工艺，产品为纯度99.9%以上的工业氢气。该工艺由原料压缩升压部分、原料预热升温部分、原料精制加氢脱硫部分、水蒸汽转化部分、变换反应和热回收部分、产汽系统和PSA净化部分等组成，原料精制部分采用ZnO进行精脱硫的方法进行原料净化，转化部分采用烃类-水蒸汽转化法制氢、产品部分采用PSA净化提纯工艺制取氢气。

1 概述

永炼制氢装置产汽系统中汽包给水量约为25 t/h，在除盐水指标合格的条件下，受除氧水来源多样性和常规加药的影响，炉水和蒸汽指标合格率低，特别是蒸汽中的钠离子、硅含量指标，直接影响蒸汽品质，易导致后续用汽设备故障。只有保证锅炉给水和炉水系统产品的稳定性和安全性，减少环境排放，稳定和改善给水、炉水及蒸汽指标，才能实现锅炉系统在安、稳、长、满、优的状态下运行。

2 水汽质量不合格的原因分析

2.1 除盐水给水质量差

制氢装置水汽质量受除盐水给水质量的影响很大，制氢装置饱和中压蒸汽和过热蒸汽二氧化硅和钠离子控制指标分别为20 µg/kg、15 µg/kg。2020年4月至12月除盐水给水钠离子含量大于15 µg/kg，2020年4月至8月二氧化硅含量大于20 µg/kg，除盐水中的钠离子和二氧化硅含量高是造成制氢装置饱和中压蒸汽和过热蒸汽的钠离子和二氧化硅含量高的原因之一。除盐水给水的pH控制指标为8.5～10.5，2020年8～12月除盐水给水pH低，制氢装置汽包炉水pH也达不到工艺指标要求。

2.2 磷酸三钠加药量过大

为了防止在热壁上生成紧密的水垢，制氢装置汽包中加入磷酸三钠，使锅炉水中的钙、镁盐类生成非黏结性的松散磷酸盐垢，通过汽包定期排污排放出来，同时还可提高锅炉水的碱性，使锅炉水中的pH值维持在规定的范围内。但汽包加入磷酸三钠，造成炉水中的钠离子超高，部分钠离子被蒸汽夹带，造成饱和中压蒸汽和过热蒸汽的钠离子超高。2020年4～12月，制氢装置汽包炉水中的钠离子含量基本在1 200～3 300 µg/kg范围内，二氧化硅含量在190～550 µg/kg范围内。汽包炉水pH的控制指标为9～11，2020年8～12月炉水pH平均值在7.91～8.95范围内，达不到工艺指标要求[1]。

2.3 汽包液位控制过高

制氢装置汽包液位控制工艺指标为50±10%，装置在实际运行中，汽包液位控制在55%～60%，液位控制较高，蒸汽在上升过程中夹带部分炉水，导致饱和中压蒸汽和过热蒸汽的钠离子和二氧化硅含量过高。

2.4 取样操作不规范

制氢装置饱和中压蒸汽和过热蒸汽质量控制相当严格，取样操作不当就会造成样品污染，导致样品分析不合格。制氢装置炉水、饱和中压蒸汽和过热蒸汽取样器在取样时打开取样阀门，由于管线内样品长时间不流动，取样时排放不彻底，就会造成取样分析不合格。在取样过程中操作人员取样不规范，同样也会造成取样污染，导致分析不合格。

3 改进措施

3.1 提高除盐水给水质量

为提高除盐水给水质量，2020年12月中旬，动力车间引进新型有机pH调节剂代替氨水调节给水pH值，提高除盐水给水pH，除盐水给水pH控制稳定。同时根据化验分析数据，及时切换阳床、阴床、混床，降低除盐水给水的钠离子和二氧化硅。引进新型有机pH调节剂后，2021年1～7月除盐水供水pH控制稳定，达到供水pH工艺指标要求。同时，除盐水中的钠离子和二氧化硅较2020年下降明显[2]。

3.2 引入新型锅炉水处理剂

为了从根本上降低汽包炉水中钠离子的含量，制氢装置于2020年12月中旬引进新型无磷无钠锅炉水处理剂代替磷酸三钠。2021年1～7月，制氢装置汽包炉水中的钠离子含量基本在20～35 μg/kg范围内，下降非常明显，炉水中二氧化硅含量在100～200 μg/kg范围内，下降明显。2021年1～7月炉水pH平均值在9.26～9.42范围内，合格率为100%，达到工艺指标要求。

3.3 严格控制汽包液位

严格控制汽包液位，操作人员巡检过程中核对汽包液位，确保实际液位和DCS液位一致，为了减少炉水中蒸汽夹带现象，控制汽包液位在50±2%，防止汽包液位过高造成炉水中钠离子和二氧化硅夹带，导致水蒸汽不合格。汽包定排时间控制在取样前2～3小时内，确保取样前炉水中沉淀物及时排出。

3.4 规范取样操作

为了防止取样时管线排放不彻底，造成取样分析不合格，制氢装置炉水、饱和中压蒸汽和过热蒸汽取样器改为常流水，调整流量适中，严禁在操作人员取样时随意调整取样器阀门开度。规范取样操作，取样前打开取样瓶盖，用待测液缓慢地旋转冲洗，并轻轻倒掉废液至取样槽，反复冲洗3～5次。取样过程中，密切观察周围环境，并注意遮挡，避免杂质混入取样瓶内造成样水污染。取样时特别要注意以下四点：(1)避免样水触碰取样管线；(2)避免取样槽内积存的液体飞溅至取样瓶内；(3)避免蒸汽冷凝液等杂质落入取样瓶内；(4)避免手和人体汗液触碰到待测液。取样结束后，用样水冲洗取样瓶封盖2～3次后，扣紧瓶盖，放在指定位置等待化验分析[3]。

4 改进效果

以上改进措施实施前后，制氢装置饱和中压蒸汽、过热蒸汽主要化验分析指标统计如表1、表2所示。

由表1、表2对比分析可见，制氢装置管控措施实施后，饱和中压蒸汽和过热蒸汽中钠离子下降非常明显，由187.61 µg/kg下降至11.40 µg/kg，过热蒸汽中的钠离子平均值由216.84 µg/kg下降至9.87 µg/kg，水汽质量合格率达到100%，困扰多年的过热蒸汽和饱和中压蒸汽中的钠离子长期不合格的问题得以解决，目前汽包系统运行正常，有利于装置安全、稳定、长周期运行。

表1 改进前饱和中压蒸汽、过热蒸汽化验分析数据统计

表2 改进后饱和中压蒸汽、过热蒸汽化验分析数据统计