杨树民
大庆油田化工有限公司甲醇分公司 163411
摘要：制氢装置是现代石化行业生产中的重要设备之一，对于制氢装置而言，长期低负荷运转的情况下需要结合实际的设备运行情况对关键的技术参数加以优化调整，从而起到保护转化炉等设备和化学催化剂类物质的目的。此外，制氢装置长期低负荷生产运行还会造成能耗的增加，为了有效控制能耗，减少资源的闲置和浪费，还必须对制定装置的运行负荷进行有效的调整，使其充分满足石化生产的要求，并有效降低能耗，提升资源的利用率。本文通过探讨制氢装置长期低负荷生产运行的应对措施，为相关工作的开展提供参考。
关键词：制氢装置；低负荷；生产运行
引言：在石油化工行业的生产过程中，氢气是必不可少的重要原材料之一，稳定性好、纯度高的氢气可以生产出含硫量低的优质汽油、柴油等产品，因此制氢设备对于石化企业而言属于不可或缺的重要装备。制氢装置的低负荷运行就是低于设备标准运行符合的60%，制氢装置长期处于低负荷运行的状态不但会对设备运行的参数造成不利的影响，也会增加制氢装置运行造成的能耗，增加不必要的成本支出。因此，针对制氢装置长期低负荷生产运行的情况，必须要制定相应的优化治理措施，以尽可能减低低负荷运行对生产造成的危害。
1制氢装置概况简介
本文以某石化企业目前使用的制氢装置为例，该制氢装置的初始生产运行时间2018年，装置规模4×104Nm3/h，弹性60-120%，运行时间8400h/年。该制氢装置的生产运行采用轻烃与水蒸气联合转化的工艺和PSA净化技术，通过对天然气和脱硫干气进行处理，可以制造出纯度接近99.9%的优质氢气。该制氢装置的内部构造包含了原料增压处理装置、预热处理装置、加氢脱硫处理装置、水蒸气转化处理装置、变换反应处理装置及PSA净化处理装置[1]。
2制氢装置长期低负荷生产运行的处理措施
2.1对操作参数进行优化调整
当制氢装置长期处于低负荷的生产运行状态下时，会对转化炉装置的炉管组件及PSA装置的运行状态造成负面的影响。具体而言，在该制氢装置当中，转化炉装置所配备的炉管组件共计176根，当制氢装置在低负荷状态下运行时，很容易引起转化炉炉管组件中物料分布的不均匀，这些不均匀分布的物料在转化炉内部运行的过程中如果发生了偏流的现象，就会引起转化炉炉管组件局部受热的不均匀，继而造成转化炉炉管出现红管或花斑的问题；此外，偏流现象还容易引起催化剂的反应，造成结碳、烧结破碎等问题，这些问题的发生会引发设备的故障，严重降低转化炉及其组件的使用寿命。为了降低制氢装置长期低负荷生产运行会转化炉及炉管组件造成的损坏，必须对相关的操作参数进行科学的优化调整，减少转化炉炉管组件发生故障的几率，保障转化炉装置的安全稳定运行。
在对转化炉及炉管组件进行操作参数的调整时，需要注意对炉管组件和催化剂进行保护，通过调节水碳比的方式可以有效加大转化炉装置内部蒸汽的产生，从而加速物料在转化炉炉管组件内的均匀分布，从而减少因物料分布不均匀导致的一系列负面影响。根据操作参数反复调整测试的结果来看，在制氢装置长期低负荷生产运行的状态下，调节水碳比例至3.5-4.5的区间范围内，可以起到对转化炉炉管组件及催化剂的保护。
2.2对PSA进行优化调整
PSA装置是制氢装置中十分重要的组成部分，PSA装置的运行水平直接关系到了制氢装置的运行状态，与制氢装置获取的氢气的质量及回收率有着密不可分的关系。在制氢装置长期低负荷生产运行的情况下，PSA装置应当通过优化技术程序对系统进行改进。具体而言，就是通过调节吸附时间来优化氢气的纯度、质量以及回收率。在通常情况下，PSA系统中的吸附时间设定越长，氢气回收率也就相对越高，但如果在制氢装置长期低负荷生产运行的前提下，吸附时间设定过长就会造成吸附前沿过于靠前，继而影响实际获取的氢气的质量。通过对PSA装置中的吸附时间参数进行优化调整，可以有效提升氢气制备的质量，提高回收率，解决制氢装置长期低负荷生产运行对PSA系统造成的不利干扰。
2.3对关键设备组件的能耗进行控制
当制氢装置长期处于低负荷的生产运行状态时，会造成能耗的不断增大，增加制氢装置的生产运行成本，造成资源上的消耗和浪费。为了有效的控制能耗，减少资源浪费，就必须根据制氢装置关键设备组件的能耗情况和设备蒸汽用量的指标进行相应的控制和调节方案。通过对该制氢装置在低负荷生产运行下所产生的数据进行分析，可以得知当制氢装置处于低负荷运行状态下时，水碳比的实际参数设定达到了4.2左右，这个参数会直接影响制氢装置关键设备组件的能耗和设备蒸汽的用量，造成大量资源的浪费，明显增加制氢装置的运行成本。由此可见，要解决制定装置低负荷生产运行的能耗问题，就必须对关键设备组件的能耗及蒸汽用量进行控制。
在实际的应用过程中，可以将HydroCIM无极调节技术应用于制氢装置的原料气压缩机装置当中，通过这个关键技术的应用可以显著降低压缩机的功率，从而达到减少电能消耗的目的[2]。通过对制氢装置运行状态进行反复调整和测试可以得出，如果可以将压缩机装置的运行负荷控制在60%左右，既可以保障压缩机设备的稳定运行，满足具体的生产运行需求，也可以起到降低能耗的目的，是符合制氢装置长期低负荷生产运行需求的最适宜参数。
2.4对转化炉的换热流程进行改造
在制氢装置长期低负荷生产运行的情况下，转化炉的烟气换热系统的性能会受到影响，产生温度过高、换热效率低下、能耗上升的问题，在这种情况下，高温段的预热器与低温段的预热器之间会产生较大的温差，但正常情况下高温段预热器与低温段预热器之间的换热温差比应当是相当接近的。之所以发生这样的问题，可能存在着以下几种原因：首先，转化炉烟气换热系统的空气旁路挡板关闭效果不佳，从而导致了气体的泄露，分流了一部分冷空气；其次，低温段预热器前端的蒸发段存在泄露的问题，使得高温蒸汽混入了烟气当中；再次，高温段或低温段预热器发生故障。针对这些情况，可以通过对转化炉的换热流程进行改造的方式加以解决，其一可以通过对加氢反应器的原料预热流程进行改造，使其温度上升，达到理想的换热效果；其二可以对转化炉各个流段的换热面积进行换算，在改造原料预热流程的基础上调整流段换热的面积，达到优化换热效果的目的。
结论：
制氢装置在石化生产中起着至关重要的作用，制氢装置长期低负荷运行会产生一系列的不良后果，给石化生产造成负面的影响。为了有效应对这一问题，需要结合制氢装置的运行情况加以灵活的调整优化，有效减少制氢装置生产运行中的问题，控制能耗，提升效能，保障制氢装置的稳定运行。
参考文献：
[1]陈红亮.制氢装置长期低负荷生产操作要点及运行[J].化工设计通讯,2020,46(06):179+183.
[2]钱长炜,李鹏,李卫春.制氢装置长期低负荷生产操作要点及运行优化[J].化工管理,2020(09):130-131.
作者简介：杨树民，性别：男，民族：汉，籍贯：安徽省涡阳县，出生年月：19700213，文化程度：大专，现有职称：助理工程师，研究方向：甲醇或制氢方面.