郝立偉，于 軍，馬 爽

（1.藍星（北京）化工機械有限公司，北京100176；2.沈陽匯亞通鑄造材料有限責任公司，遼寧 沈陽110136）

目前隨著氫能發(fā)電、氫動力汽車、氫能電池等技術的發(fā)展，氫能資源的開發(fā)利用已成趨勢，可實現(xiàn)對氫的整合、再利用。但在眾多離子膜燒堿企業(yè)中，為保證氫氣系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠、安全，多數(shù)氯堿企業(yè)在氫壓機后設置放空管線，以保證整個生產過程的平穩(wěn)，這樣就造成了資源的極大浪費。

對于下游有多個用氫裝置的企業(yè)，氫氣放空反而不能保證整個裝置的平穩(wěn)運行，甚至會出現(xiàn)氫氣供應不足的情況。對于燒堿企業(yè)，設置氫氣氣柜既能保證裝置的平穩(wěn)運行，又可在一定時間內保證氫氣的儲存，實現(xiàn)資源利用的最大化。

本文從氫氣氣柜的液位監(jiān)測、壓力控制、放空管設置、防凍措施、DCS及SIS系統(tǒng)聯(lián)鎖等幾方面著手研究，保證了氣柜的安全、穩(wěn)定運行。

考慮到氫氣氣柜氣相、液相均需要檢測，故氫氣氣柜配備了多項監(jiān)測儀表，某企業(yè)設計的氫氣氣柜工藝流程示意圖見圖1。

圖1 氫氣氣柜工藝流程圖

1 氣柜的液位監(jiān)測

（1）氣柜儲氣容積（液位）監(jiān)測。在氫氣氣柜鐘罩頂部設置4臺液位計，為保證監(jiān)測數(shù)據(jù)準確無誤，4臺液位計均具備遠傳、聯(lián)鎖功能，在氣柜頂部均勻布置在四角；遠傳液位計為2種不同測量方式的液位計，1臺差壓液位計，3臺雷達液位計。其中1臺雷達液位計進入DCS系統(tǒng)，2臺雷達液位計和1臺差壓液位計（兩種不同類型）進入SIS系統(tǒng)，3選2保證安全性，此回路的SIL等級為SIL1。液位計同時與氣柜后的氫壓機和氣柜前的放空閥聯(lián)鎖，保證氣柜不會抽癟和超壓。氣柜液位下限報警時，降低氫壓機功率或停機；液位超壓報警時開啟放空閥門，降低氣柜的儲氣量。

（2）對于水槽液位采取了3種液位監(jiān)控措施，分別為長流水設計、液位開關報警和現(xiàn)場浮漂液位計。補水口管線長期不間斷向水槽內補水，溢出水從兩個溢流口流出（溢流口低于水槽平臺300 mm），以保證氣柜水槽始終維持一個穩(wěn)定的液位。比溢流口低200 mm設置液位開關，信號遠傳至控制室，當補水出現(xiàn)故障，液位不足時報警啟動，通知工作人員。低于水槽平臺300 mm處設置1臺現(xiàn)場浮漂液位計，方便巡檢人員觀察水槽液位。

2 氣柜的壓力控制

氣柜進口管線設置2臺壓力檢測儀表，出口管線設置1臺壓力檢測儀表，3臺壓力儀表均與氫壓機和放空閥聯(lián)鎖，超壓報警或啟動聯(lián)鎖放空閥，低壓報警或停氫壓機。在SIS系統(tǒng)中設置壓力高報警，設置3選2壓力高高（低低）聯(lián)鎖，此SIF的SIL等級為SIL1。

由于采用的濕式氣柜，氣柜進、出氣管線難免夾帶液滴，故在進出口管頂部、底部增加壓差計，并設置壓差高報警，達到報警上限時人員積極響應，排凈管內積水，防止凝結水過多導致管線堵塞。排放管路設置2個手動閥，閥門中間安裝疏水閥，既能迅速排除夾帶水，又能防止氫氣外泄。

3 放空管設置

氣柜鐘罩頂部設置1根手動放空管（DN150），用于氣柜高位和氮氣置換的放空。管路上設置雙手閥，放空管頂部設置管道放空阻火器，阻火器后管線材質為不銹鋼，防止因普通鋼管生繡后放空著火現(xiàn)象出現(xiàn)。鐘罩頂部設置4根被動放空管，放空管在鐘罩頂部四角均布，插入鐘罩內，距離鐘罩底部200 mm。當鐘罩升高，底部距離水面200 mm時，氣體從放空管自動排除，防止氣柜繼續(xù)上升導致氫氣外泄甚至拱頂。

4 氣柜防凍設計

為防止氣柜內水結冰影響鐘罩的升降，冬季寒冷地區(qū)的企業(yè)應對氣柜采取防凍措施。水槽上設置溫度檢測儀表，遠傳至控制室，實時顯示水槽內水的溫度，并設置低溫報警。對室外溫度低于-5℃的寒冷地區(qū)，鋼水槽的水可采用蒸汽加熱保溫；對室外溫度低于-20℃的寒冷地區(qū)，鋼水槽的水可采用蒸汽加熱防凍措施或采用蒸汽加熱和鋼水槽外設置保溫墻的組合措施[1]。同時溢流、放凈管線也要采取伴熱措施，防止冬季發(fā)生凍堵情況，運行時，需實時監(jiān)測水槽溫度儀表的變化，根據(jù)氣溫變化調整蒸汽用量。

5 DCS和SIS控制系統(tǒng)的綜合利用

本裝置同時設置DCS系統(tǒng)和SIS系統(tǒng)2種自動化控制系統(tǒng)，將液位、壓力等數(shù)據(jù)遠傳至DCS控制室實時監(jiān)控；為保證整個裝置的安全性，將進氣柜前的液位、壓力儀表接入SIS系統(tǒng)，此SIF的SIL等級為SIL1。因為SIS系統(tǒng)的安全等級高于DCS的自動化控制系統(tǒng)，當自動化生產系統(tǒng)出現(xiàn)異常時，SIS會進行干預，降低事故發(fā)生的可能性。目前大多數(shù)燒堿企業(yè)均引入了SIS系統(tǒng)，建議將幾個關鍵檢測點引入，以保證裝置的絕對安全。

6 氣柜的合理布局

氫氣氣柜應根據(jù)石油化工企業(yè)及其相鄰工廠或設施的特點和火災危險性，結合地形、風向等條件，合理布置[2]。同時應考慮氣柜上下游裝置的距離，由于氣柜工作壓力低（4 000 Pa），過遠的距離勢必會增大管道的阻力降，影響氫氣的輸送能力。

7 其他安全措施

（1）充氮保護。在氫氣進、出口管設置充氮口，用于開停車時的空氣置換，保證氣柜內氫氣的純度，防止氫氣含量達到爆炸極限。

（2）安全罩帽的設置。在氣柜頂部設置安全罩帽（與氫氣出口管同心），當氣柜完全落下時，罩帽插底管進入水面以下，此時氣柜出口管完全與氣相隔離，防止氣柜被抽癟。當氣柜充氮時，氣柜上升，打開安全罩帽手動閥，氮氣將罩帽內的氣體完全置換，不留死角，保證安全。

（3）崗位巡檢制度。定期對氣柜進行升降實驗，防止氣柜導軌卡死；按時對氣柜的各項關鍵部件展開巡檢，將安全隱患消滅在萌芽狀態(tài)。

8 結語

氫氣本身具有易燃、易爆的特性，氫氣氣柜的設計更有其復雜性。建議利用現(xiàn)有的技術優(yōu)勢，從工藝、自動化等角度彌補氫氣氣柜的不足；同時加強安全教育，完善管理制度，從根本上杜絕安全事故的發(fā)生。