一、装置的发展及类型

　　1．制氢装置的发展

　　氢气是石油化工的基本原料，随着加氢技术的发展，对氢气的需求量日益增加，一般对于加氢装置较多的炼油厂，除利用重整副产氢外，尚须有专门制氢装置。

　　我国第一套轻烃蒸汽转化制氢装置是20世纪60年代建成的，随后又陆续建立起多套制氢装置，这时期的氢气净化技术为化学净化法。

　　进入20m世纪80年代以后，随着变压吸附技术的发展，新建的制氢装置多采用变压吸附净化法。

　　2．装置的主要类型

　　以制氢装置的原料分：有天然气制氢：油田伴生气制氢；液化气制氢；炼厂气制氢；轻石脑油制氢等。

　　以产品精制方法分：有化学净化法制氢：变压吸附(PSA)净化法制氢。

　　天然气制氢造气单元和PSA单元工艺流程见图2—19a、图2—19b、图2—19c。

　　二、重点部位及设备

　　(一)重点部位

　　制氢装置的原料及产品多为易燃、易爆物质，整个装置区内都具有较大危险性，其中危险性最大的区域属转化炉区和压缩机区。

　　(二)主要设备

　　1．制氢转化炉

　　转化炉是制氢装置的核心设备，它处于高温、高压、临氢状态下操作，对炉管材质及结构有严格要求。

　　目前，流行的转化炉有三种炉型：一是以托普索公司为代表的侧烧炉：二是以凯洛格公司为代表的顶烧炉；三是以福斯特惠勒公司为代表的阶梯式转化炉。•国内流行的为顶烧炉和刚烧炉。

　　转化炉炉管一般为DNl00mm×l2000mm，材质为HK—40或HP—40的离心浇铸管，由于炉管的温度高，设计时应充分考虑热膨胀问题。

　　2．PSA吸附床

　　变压吸附分离为间歇操作，对于每个吸附床来讲，在高压下吸附，在低压下脱附，因此吸附床受交变压力的作用，为疲劳容量，在设计、制造时要引起足够重视。

　　三、危险因素及其防范措施

　　本装置在火灾危险性分类中为甲类危险性装置。

　　(一)开停工时的危险因素及其防范措施

　　1．开工时的危险因素及其防范措施

　　(1)装置全面大检查

　　装置全面大检查是开工前非常重要的步骤，装置在设计、施工当中必然存在一些问题，通过检查，发现问题，并进行整改，以保证装置安全顺利开工。

　　(2)吹扫及冲洗

　　吹扫及冲洗的目的是吹出在施工时留在系统内的杂质，以保证装置安全顺利开工，吹扫时应注意选用适宜的吹扫介质。

　　(3)装置气密

　　制氢装置系统气密是装置开工阶段一项非常重要的工作，气密工作的主要目的是查找漏点，消除装置隐患，保证装置安全运行。加氢反应系统的气密工作分为不同压力等级进行，低压气密阶段所用的介质为氮气。

　　(4)装置烘炉、煮炉

　　制氢装置反应系统干燥、烘炉的目的是除去反应系统内的水分，脱除加热炉耐火材料中的自然水和结晶水，烧结耐火材料，增加耐火材料的强度和使用寿命。加热炉烘炉时，装置需引进燃料气，在引燃料气前应认真做好瓦斯的气密及隔离工作，防止瓦斯泄漏及窜至其他系统。加热炉烘炉时应严格按烘炉曲线升温、降温，避免升温过快，耐火材料中的水分迅速蒸发而导致炉墙倒塌。

　　余热锅炉煮炉的目的是除去锅炉系统内的施工时留下的铁锈和油脂，以保证开工后能尽侠产出合格蒸汽。

　　(5)催化剂及吸附剂装填

　　催化剂装填应严格按催化剂装填方案进行，催化剂装填的好坏对制氢装置的运行情况及运行周期有重要影响，催化剂装填前应认真检查反应器及其内构件，检查催化剂的粉尘情况，决定催化剂是否需要过筛。催化剂装填最好选择在干燥晴朗的天气进行，保证催化剂装填均匀，否则在开工时反应器内会出现偏流或“热点”，影响装置正常运行。催化剂装填时工作人员需要进入反应器工作，因此，要特别注意工作人员劳动保护及安全问题，需要穿劳动保护服装，带能供氧气或空气的呼吸面罩，进反应器工作人员不带其他杂物，以防止异物落入反应器内。

　　(6)系统气密及置换

　　在完成催化剂装填后，系统必须重新进行气密检查，制氢系统置换分为两个阶段，即空气环境置换为氮气环境、氮气环境置换为可燃气环境。在空气环境置换为氮气环境时需要注意，置换完成后系统氧含量应<1％，否则系统引入可燃性气体时易发生危险。

　　(7)脱硫系统升温开工

　　如果原料的硫含量高，加氢催化剂需要进行硫化，如原料的硫含量较低，可不进行硫化。氮气置换合格后，建立氮气循环，系统升温。

　　(8)转化、中变催化剂还原

　　转化催化剂在使用前需要将NiO还原为金属Ni，中变催化剂的

Fe₂O₃须还原为Fe₃O₄。

　　(9)转化进气、中变催化剂继续放硫

　　装置进原料气，中变催化剂继续放硫。

　　(10)PSA部分开工

　　PSA部分开工应严格按开工方案进行，PSA部分严禁带水，以免损坏吸附剂。

　　(11)调整操作向外供氢

　　调整系统操作，氢气质量合格后向用氢装置供氢。

　　2．停工时的危险因素及其防范措施

　　制氢装置停工过程中属于不稳定过程，操作参数变化大，如不注意也容易发生问题。因此，停工过程应认真组织，严格按停工方案进行。

　　(二)正常生产时的危险因素及其防范措施

　　1．遵守“先降温后降量”的原则

　　制氢装置正常操作调整时必须遵守“先降温后降量”，先降原料气量，再降蒸汽的原则。

　　2．反应温度的控制

　　制氢装置的反应温度是最重要的控制参数，必须严格按工艺技术指标控制各反应器的反应温度。

　　3．监视转化催化剂性能变化情况

　　转化反应为强吸热反应，如果催化剂活性下降，转化炉管的壁温会明显升高，因此，通过观察炉管颜色可判断催化剂的状况。如出现花管、红管、热带，应采取措施，进行处理。

　　4．反应系统压力控制

　　制氢装置反应系统压力是重要的工艺控制参数，影响装置反应系统压力的因素很多，应选择经济、合理、方便的控制方案对反应系统的压力进行控制。

　　5．控制毒物含量

　　转化催化剂对硫、氯、砷等杂质要求非常严格，一般要求

S<0.2×1 0^-6，Cl<0.5×10^--6，As<50×10^-9

　　6．加热炉的控制

　　加热炉是制氢装置的重要设备，加热炉的使用应引起重视。加热炉各路流量应保持均匀，并且不低于规定的值，防止炉管结焦；保持加热炉各火嘴燃烧均匀，尽量使炉常内各点温度均匀：控制加热炉各点温度不超温；保持加热炉燃烧状态良好。

　　7.控制水碳比

　　水碳比是制氢装置非常重要的工艺参数，必须严格控制，任何时候都不能低于给定值。

　　8．PSA部分操作调整

　　调整PSA部分的操作系统，使PSA部分达到合格的产品纯度及回收率。

　　(三)设备腐蚀

　　1．高温氢腐蚀

　　氢气在常温下对普通碳钢没有腐蚀，但是在高温、高压下则会产生腐蚀，使材料的机械强度和塑性降低。

　　高温氢腐蚀的机理为氢气与材料中的碳反应生成甲烷，使材料的机械强度和塑性降低，形成的甲烷在钢材的晶间积聚，使材料产生很大的内应力或产生鼓泡、裂纹。至于在什么条件下产生腐蚀，则根据Nelson曲线确定。

　　为避免高温氢腐蚀，制氢装置高温、高压、临氢部分的设备、管线多采用合金钢或不锈钢。

　　2．氢脆

　　氢原子渗入钢材后，使钢材晶粒中原子结合力降低，造成材料的延展性、韧性下降，这种现象称为氢脆。这种氢脆是可逆的，当氢气从材料中溢出后，材料的力学性能就能恢复。

　　氢脆的危害主要出现在装置的停工阶段，装置停工阶段，系统温度、压力下降，氢气在材料中的溶解度下降，由于氢气溢出的速度很慢，这时材料中的氢气处于过饱和状态，当温度冷却到150℃时，大量的过饱和氢气会聚积在材料的缺隐处，如裂纹的前端，引起裂纹扩展。所以装置停工时降温、降压的速度应进行适当的控制，进行脱氢处理。

　　3．高温n2S腐蚀

　　高温H2S腐蚀主要发生在反应系统高温部分，高温H2S腐蚀表现为与H2共同作用，氢气的存在加强了H2S的腐蚀作用，同时，H2S的存在也加强了氢气的腐蚀作用。该种腐蚀的防治方法是选择抗H2S腐蚀材质。

　　4．湿H2S的腐蚀

　　湿H2S的腐蚀形态主要有：电化学腐蚀引起的表面腐蚀；H2S腐蚀过程中，产生氢原子引起的氢脆、氢裂；硫化氢引起的应力腐蚀破裂。

　　该种腐蚀的防止方法为：U2S浓度不高时，使用普通碳素钢，适当加大腐蚀裕度，在设备制造及施工中进行消除应力处理；当H2S浓度较高时，选用抗H2S腐蚀材料，或对设备内壁进行内喷涂处理。

　　(四)制氢装置的安全设施

　　1．设备平面布置

　　制氢装置火灾危险性属于甲类，设备平面布置按《石油化工企业设计放火规范》(GB50160--92)中的要求进行布置。同类设备集中布置。

　　2.消防设施

　　制氢装置内设有环行消防道路，以利于发生事故时消防车进出。装置内设有环行消防水管网，装置内设有多处消防蒸汽服务站，装置内设置有一定数量的干粉式灭火器。

　　3．防火、防爆

　　制氢装置内的截止多为易燃、易爆介质，装置内的电器、仪器设备均选用防爆型设备管道、设备上安装防静电接地设施，要求接地电阻不大于4Ώ

　　4．加热炉安全设施

　　加热炉周围设有蒸汽消防汽幕，加热炉炉膛内设有灭火蒸汽入口。

　　5．可燃气体报警器

　　在可能发生可燃性气体泄漏的位置，安装可燃气体报警器。

6．气防用品

由于制氢装置内有H2S等有毒气体，所以车间配备有防毒面具、正压式呼吸器等气防用品。

　　7．安全阀

　　按设计要求，凡需要安装安全阀的部位均安装有安全阀，而且按有关安全要求为双安全阀。

　　(五)制氢装置联锁系统

　　1.原料增压机自身联锁系统

　　(1)润滑油低压联锁；(2)压缩机轴承温度高联锁；(3)电机轴承温度高联锁；(4)轴位移大联锁；(5)轴振动大联锁。

　　2．制氢反应部分联锁

　　(1)燃料气低压联锁；(2)中变气高温联锁；(3)最后一个分水罐高液位联连；(4)余热锅炉汽包低液位联锁。

　　3．PSA部分联锁

　　(1)PSA油罐低液位联锁；(2)PSA油泵压力低联锁；(3)PSA程控阀故障联锁。