葉昊

（中國石化工程建設(shè)有限公司， 北京 100101）

0 引言

加氫裝置因其高溫、高壓并含有氫氣和硫化氫等介質(zhì)，是煉油廠中易燃易爆危險裝置之一，因此，加氫裝置的安全生產(chǎn)顯得格外重要。而當(dāng)生產(chǎn)過程中出現(xiàn)極端情況時，高壓系統(tǒng)的緊急泄壓就成為重中之重[1]。本文將介紹加氫裝置的緊急泄壓方案及其發(fā)展趨勢。

1 緊急泄壓系統(tǒng)啟動條件

裝置正常運行過程中出現(xiàn)異常情況，一般會通過安全聯(lián)鎖系統(tǒng)（SIS）自動啟動或關(guān)閉相關(guān)設(shè)備和閥門的緊急處理程序，使裝置處于安全處理狀態(tài)，而不采用系統(tǒng)緊急泄壓的方式，避免不必要的經(jīng)濟損失。如下3種情況，才會啟動緊急泄壓系統(tǒng)。

反應(yīng)器溫度持續(xù)出現(xiàn)嚴重超溫；由于加氫裝置的熱效應(yīng)是放熱反應(yīng)，在反應(yīng)器中為了保持反應(yīng)溫度在一個適宜的范圍內(nèi)，必須將反應(yīng)熱及時從系統(tǒng)中帶出，否則熱量的累積會導(dǎo)致催化劑床層溫度的升高。并且隨著溫度的升高又會促進反應(yīng)的加速進行。對加氫催化劑而言，反應(yīng)溫度每增加12~13℃，反應(yīng)速度就增加1倍，繼而放出更多的熱量。如此惡性循環(huán)，會嚴重導(dǎo)致催化劑超溫，使其活性受到破壞，壽命降低。同時高溫會對反應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)備造成危害，引起高壓法蘭泄漏等一系列問題，因此必須立即啟動緊急泄壓系統(tǒng)[2]。

關(guān)鍵設(shè)備發(fā)生故障，如循環(huán)氫壓縮機停機或出口流量低、反應(yīng)器循環(huán)泵變頻器故障等，會使反應(yīng)系統(tǒng)失去排除熱反應(yīng)的動力，為避免反應(yīng)系統(tǒng)溫度超高造成催化劑和設(shè)備損害，裝置必須緊急泄壓。

裝置發(fā)生嚴重事故（如失火、跳電）時，操作工可以通過手動操作開關(guān)啟動裝置的緊急泄壓。

2 緊急泄壓的工藝過程

圖1 限流孔板泄壓方案流程示意Fig.1 Limiting orifice pressure relief proposal process schematic

圖2 分程控制調(diào)節(jié)泄壓方案流程示意Fig.2 Stroke-dividing control pressure relief proposal process schematic

圖3 分程控制泄壓曲線Fig.3 Range control pressure curve

對于加氫處理裝置，反應(yīng)器中化學(xué)反應(yīng)相對比較緩和，緊急泄壓閥只有1個，一般按第1min泄壓0.7MPa考慮。對于加氫裂化裝置，考慮到反應(yīng)器中的化學(xué)反應(yīng)相對比較劇烈，則設(shè)有兩個緊急泄壓控制閥。在早期的設(shè)計中，兩個泄壓閥分為第1min泄壓0.7MPa及第1min泄壓2.1MPa兩種泄壓方式。即當(dāng)循環(huán)氫壓縮機故障突然停運時，聯(lián)鎖打開0.7MPa泄壓閥，同時觸發(fā)反應(yīng)加熱爐停爐聯(lián)鎖，關(guān)閉反應(yīng)加熱爐用于加熱的燃料氣管線調(diào)節(jié)閥或切斷閥。由于是采用爐前混氫，為保持爐管內(nèi)的流體流動使反應(yīng)進料加熱爐快速降溫，循環(huán)氫壓縮機故障突然停運時反應(yīng)進料泵短期內(nèi)不參加聯(lián)鎖停泵，補充氫壓縮機保持，視情況卸荷，隨后人工停機。反應(yīng)器嚴重超溫時，人工啟動2.1MPa緊急泄壓。近期的設(shè)計中，為減少緊急泄壓對泄壓系統(tǒng)的沖擊，對該兩個泄壓措施有采用為第1min泄壓0.7MPa和第1min泄壓1.4MPa兩種方式，其泄壓聯(lián)鎖情況與早期相同，但需要泄壓2.1MPa時，必須在啟動0.7MPa緊急泄壓系統(tǒng)后才允許人工啟動1.4MPa緊急泄壓系統(tǒng)，此時補充氫壓縮機、反應(yīng)進料泵（及反應(yīng)器循環(huán)泵）均處于停運狀態(tài)，反應(yīng)加熱爐熄火。一旦操作恢復(fù)可控之后，即可在控制室停止緊急泄壓。由于緊急泄壓閥一般遠離控制室，緊急泄壓閥聯(lián)鎖用的電磁閥應(yīng)不帶現(xiàn)場復(fù)位手柄。

3 緊急泄壓的兩種方式

過去數(shù)年中，國內(nèi)加氫裝置泄壓速度的控制都是通過切斷閥后的限流孔板來實現(xiàn)的。而近期的一些加氫裝置中，如神華煤液化項目加氫穩(wěn)定裝置（T-STAR裝置），采用了分程控制調(diào)節(jié)閥（A/B 2臺）的開度來實現(xiàn)泄壓，也取得了很好的效果，下面，就對這兩種泄壓方式，分別進行介紹。

1）限流孔板泄壓，如圖1所示

采用傳統(tǒng)的限流孔板的泄壓方式，每臺限流孔板前需要安裝一臺高壓切斷閥，

正常情況下，切斷閥緊密關(guān)斷，把加氫裝置與火炬系統(tǒng)隔斷；如果需要緊急泄壓，則切斷閥的電磁閥收到控制室來的信號，將切斷閥完全打開，通過閥后的限流孔板控制泄壓速度，實現(xiàn)泄壓。

通常情況下，2臺限流孔板的泄壓速度分別選擇0.7MPa和1.4MPa兩種方式，由于在這種泄壓過程中，泄壓速率完全由限流孔板實現(xiàn)，因此限流孔板內(nèi)徑的計算和選擇就成為關(guān)鍵。限流孔板內(nèi)徑的計算公式如下

式中, q—流體的重量流率，kg/h

為保證裝置安全，限流孔板在選擇時要經(jīng)過多次計算和泄壓實驗，才能完成選型，即使這樣，當(dāng)選擇的限流孔板真正用于裝置中時，由于加氫系統(tǒng)的復(fù)雜工況，也會或多或少的出現(xiàn)誤差，甚至無法保證裝置的平穩(wěn)泄壓，不得不根據(jù)現(xiàn)場實際情況重新進行核算與泄壓實驗，限流孔板孔徑的核算公式為

式中,—計算所需的限流孔板內(nèi)徑，mm

—實驗時限流孔板內(nèi)徑，mm

—操作條件下限流孔板的泄壓速率，MPa/min

有時，需要反復(fù)多次調(diào)整孔板的孔徑才能達到要求，甚至影響到正常開工，造成經(jīng)濟損失。

2）分程控制調(diào)節(jié)閥泄壓

如圖2所示，以神華加氫穩(wěn)定裝置為例，介紹分程控制調(diào)節(jié)閥泄壓方案。

從圖2中可以看出，此泄壓方案使用A、B兩個高壓調(diào)節(jié)閥進行調(diào)節(jié)泄壓，并分別帶有閥位回訊變送器，使操作人員能夠?qū)崟r監(jiān)控閥位狀態(tài)。當(dāng)CUTBACK（反應(yīng)器安全聯(lián)鎖）被觸發(fā)后，安全聯(lián)鎖系統(tǒng)按PID調(diào)節(jié)控制A、B兩閥進行泄壓。具體的泄壓過程分兩個階段進行：第一階段，在15min內(nèi)將系統(tǒng)壓力從14MPa泄到7.15MPa，同時，要求執(zhí)行其他安全聯(lián)鎖動作；此時，如果系統(tǒng)故障仍然未解除，則需要進行第二階段泄壓，由操作人員手動啟動泄壓按鈕，在10min內(nèi)將系統(tǒng)壓力從7.15MPa泄到3.0MPa。在整個泄壓過程中，采用分程控制A、B兩閥，先打開A閥，再打開B閥，先關(guān)閉B閥，再關(guān)閉A閥，無論第一階段還是第二階段，如果A閥滿足不了泄壓速率要求，則自動打開B閥。

分程控制調(diào)節(jié)閥泄壓曲線，如圖3所示。

控制調(diào)節(jié)閥泄壓方案，對調(diào)節(jié)閥的選擇至關(guān)重要，具體要求如下。

要求調(diào)節(jié)閥流量特性Cv值不能過大，如果過大，會使泄壓過程過快，對泄壓系統(tǒng)沖擊加大，從而損傷反應(yīng)系統(tǒng)和設(shè)備內(nèi)件。

要求調(diào)節(jié)閥泄露等級能夠達到ANSI Class V級。

要求選擇降噪效果比較好的調(diào)節(jié)閥，能夠有效去除在泄壓過程中產(chǎn)生的巨大噪聲。

4 結(jié)束語

綜上所述可以看出，加氫裝置使用限流孔板緊急泄壓過程不易控制、精度較低，而采用調(diào)節(jié)閥緊急泄壓方案，泄壓曲線相對較為平滑，系統(tǒng)在泄壓過程中更加平穩(wěn)，對加氫裝置泄壓系統(tǒng)、管線和反應(yīng)器等設(shè)備內(nèi)件沖擊較小，減少了不必要的損失。同時，采用調(diào)節(jié)閥緊急泄壓方案，大大增強了泄壓過程的可控性，其通過改變泄壓速率曲線調(diào)整泄壓速度，避免了由于限流孔板計算有誤差，開工過程中通過不斷調(diào)整孔板孔徑來滿足泄壓速度的要求。由此可見，采用分程控制調(diào)節(jié)閥實現(xiàn)緊急泄壓的方案，是加氫裝置泄壓系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，值得未來加氫裝置借鑒。

[1]李大東.加氫處理工藝與工程[S].

[2]盛翔,胡興錄.加氫裂化裝置緊急泄壓系統(tǒng)改造[J].化工自動化及儀表, 2003,(02).

[3]孫劍利.加氫裂化緊急泄壓系統(tǒng)的試驗和泄壓孔板內(nèi)徑的理論計算[J].石油煉制與化工, 1996,(02).