制氢站制氢装置氢、氧分离器差压调节方法及模拟案例分析

董 兴

(大唐托克托发电有限责任公司，内蒙古 呼和浩特 010000)

氢以化合态广泛存在于自然界里，其在水中占11%的重量。氢气是一种无色、无味、无毒的气体。其分子量为2.0158；沸点为-252.8℃；熔点-259.8℃；相对密度0.09(空气=1)；饱和蒸气压13.3kPa；燃烧热241kJ/mol；引燃温度400℃；空气中的最小点火能0.019mJ；氧气中的最小点火能0.019mJ；最大爆炸压力0.72MPa；燃烧最高温度2 129℃。

当制氢装置氢分离器、氧分离器差压高时会导致氢、氧分离器碱液波动，制氢装置槽压随之波动较大，影响制氢装置正常运行。严重时，会导致碱液流入氢气干燥系统或通过氧分离器流失，从而造成制氢装置碱液损失、造成氢气系统碱液结晶、污堵，使制氢装置无法正常运行。

1 影响制氢装置氢分离器、氧分离器差压高常见的原因及处理方法

1.1 调节参数不合理

处理方法：停机调整参数，重新调节PID参数到合理范围。

1.2 氢、氧调节阀气动薄膜调节阀阀芯磨损或薄膜漏

处理方法：将氢、氧调节阀阀芯下调或更换(更换时需要进行氮气置换空气)。

1.3 气动管路泄漏

处理方法：排除漏点，检查制氢装置管线压力，若管路压力稳定，利用氢气检测仪或肥皂水进行查漏；若管路泄压较快，则立即停机，利用氮气升压用肥皂水进行查漏。

2 氢、氧分离器差压高具体调节方法

2.1 启动前检查

氢分离器、氧分离器差压变送器的引讯管内均注入与系统内浓度相同的碱液(注液前首先打开变送器底部的排气阀，然后打开引讯管顶部的丝堵，将碱液慢慢注入引讯管内，当排气阀连续排出碱液时，关闭排气阀，至引讯管注满碱液为止)。保证氢、氧分离器差压在±50mm以内。

当氢、氧分离器差压在±50mm以外，电解槽槽压为0MPa时，氢氧分离高差压无法调节，应用充氮气的方法进行调节差压，充氮气的方法为：停碱液循环泵，关碱液过滤器出口门，开碱液过滤器旁路门和入口门，开氢气排放旁路门，关氧气出口手动门、氢气冷却器出口手动门，开碱液过滤器充氮门，以0.3MPa～0.4MPa的压力向框架一充氮气，将槽压充氮气在0.5MPa左右，停止充氮气，就地或手动调节氢、氧分离器差压。差压调节正常后，恢复运行方式，可以启动(此时制氢装置框架一无空气进入，可直接启动)。

2.2 启动过程中

启动时，氢氧调门开关正常，动作灵活，PID在合理范围，其他设备无异常时，氢、氧分离器差压可通过氢氧调门自动根据差压控制，如果氢、氧分离器差压无法自动调节时，可通过手动控制，差压稳定后再切自动控制。

2.3 运行过程中

运行过程中，氢氧调门开关正常，动作灵活，PID在合理范围，其他设备无异常时，氢、氧分离器实现自动调节，如果氢、氧分离器差压无法自动调节时，可通过手动控制，差压稳定后再切自动控制。设定值在±50mm自动跳闸，实现氢、氧分离器差压稳定。

2.4 停运备用

停运过程中，泄压时注意氢、氧分离器差压在±50mm以内，保持氢、氧分离器无窜液位现象发生，反之，严重时会造成氢气系统管路出现碱结晶现象或碱液通过氧分离器排空管跑碱现象。

2.5 制氢装置突然跳闸

当设备突然停电，自控失灵，制氢设备需要紧急卸压时，关框架一氢纯度分析仪取样入口门、氧纯度分析仪取样入口门及湿度分析仪取样入口门，密切注意氢、氧分离器液位计指示，慢慢打开氢气排放旁路门、氧气排放旁路门，并通过调节氢、氧排放旁路门的开度来保持液位平衡，将系统卸压停机。

3 注意事项

当制氢装置在停备过程中，需要调整氢、氧分离器差压时，采用充氮气的方法进行调整，切勿通过氢储罐出入口开启阀门将氢气返回制氢装置，若氢气返回制氢装置分离器，造成氢氧混合，极有可能发生爆炸、火灾的危险。

调整氢、氧分离器差压时，切勿氧气、氢气由压力设备及管道内急剧放出。当氢气急剧放出时，由于静电原因可能引起自动燃烧和爆炸，当氧气急剧放出时，管路的氧化层可能引起火花。

制氢站严禁明火，值班人员(包括进入制氢站的所有人员)禁止吸烟，不准穿带钉子的鞋，应穿防静电工作服和防静电鞋。操作时使用防爆工具(铜制工具)，严禁铁器工具相互撞击，以免产生火花。

当氢、氧分离器在启动或运行过程中差压无法调节时，多数是由于氢、氧调节阀故障引起的，所以要重点检查氢、氧调节阀是否动作灵活，开关能否到位，阀体内是否有碱液结晶存在。

4 模拟事故预案分析

4.1 模拟事故背景

以大唐托克托发电有限责任公司托克托发电厂制氢站(以下简称“托克托发电厂制氢站”)为例，模拟制氢站制氢装置氢、氧调节阀差压高导致制氢装置停机事件。

托克托发电厂制氢站#1、2制氢装置分别为CNDQ10/3.2(七一八所)和DQ-10/3.2(河北电力厂)中压电解制氢设备，产氢量均为10Nm3/h，产氧量均为5Nm3/h 。氢气充罐用于冷却发电机转子，氧气外排。

4.2 模拟事故经过

20XX年XX月XX日10点03分，值班员乙在制氢站制氢装置电解间巡检过程中发现制氢装置氢、氧分离器就地差压为±40mm，立即联系控制室监盘人员值班员甲有何操作，回复无操作调取设备运行趋势，发现DCS系统氢、氧调节阀自动调节氢、氧分离器差压出现延迟现象，导致氢、氧分离器差压波动较大，值班员乙接到值班负责人丙命令后立即手动调节氢、氧分离器差压到运行许可范围，经观察，氢氧分离器差压受氢氧调节阀自动调节影响波动数值越来越大，为安全起见，制氢装置，安排化环专业检查氢、氧调节门运行工况，以及热控人员检查氢氧调节阀PID。经检查，氢氧调节门动作灵活，开关到位，热控人员调试氢氧调节阀PID，试运后，制氢装置正常运行。

4.3 模拟造成的事故

①制氢装置氢、氧调节门自动控制系统出现异常，导致氢、氧分离器差压逐渐变大，不能正常制氢。②氢气属于重大危险源，十分危险，对人身及设备安全影响很大。③制氢装置氢、氧分离器差压无法正常调节导致制氢装置停运，不能及时向机组供氢。

4.4 事故原因分析

4.4.1 直接原因：DCS系统氢、氧调节阀自动调节氢、氧分离器差压出现延迟现象，造成氢、氧分离器差压高，导致制氢装置无法运行。

4.4.2 间接原因：①值班员甲监盘水平低下，不能及时发现问题，缺陷延误了消缺时间是此次事件的间接原因。②虽然采取了检查措施，但是没有及时停运制氢装置，存在安全隐患。

4.5 暴露问题

①值班员对数据监控不认真，处理异常事件水平低下，对事情发展的后果估计不足，需提高运行管理能力及异常处理能力。②没有严格执行公司的缺陷汇报流程，第一时间没有进行汇报、致使异常事件进行了扩大，需在以后发生缺陷异常时及时进行汇报并通知设备部相关人员及时到位进行处理。③运行管理水平低，对交接班情况没有做到五清楚，平常对巡检管理不到位导致巡检不到位没有发现事情的异常情况是造成此次事情的一个间接原因。④监盘人员对设备监管流于形式，导致此类事件发生。

4.6 整改措施

①根据“两落实”的要求将制氢站阀门定期试验按值划分，责任到人。②专业加强对巡检、监盘的抽查，责任连带值班负责人。③定期举行反事故预想或预演，对突发事件提前做好准备，不至于事件扩大，做到心中有数。④认真执行汇报制度，发现问题第一时间通知设备部并汇报值班负责人，尽快在最短时间内消除隐患。

4.7 吸取事故教训采取的防范措施

①值班负责人加强对值班员巡检的管理和监督，严格巡检制度。②认真执行汇报制度，发现问题第一时间通知相关部门并汇报直属分管领导，尽快在最短时间内消除隐患。③定期对制氢站阀门进行试验检查，确保制氢设备正常运行。④定期举行反事故预想或预演，对突发事件提前做好准备，不至于事件扩大，做到心中有数。⑤专业加强对巡检的抽查，责任连带值班负责人。