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淺析尿素裝置高壓洗滌器的本質安全

文檔作者：牛斌文檔來源：山西蘭花科技創業股份有限公司		點擊數：	更新時間： 2025年05月17日
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上一篇：塔式尿素造粒技術分析與探討

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化肥工業 第39卷第4期淺析尿素裝置高壓洗滌器的本質安全牛斌(山西蘭花科技創業股份有限公司 山西晉城048000)摘要對c0：汽提法尿素裝置高壓洗滌器防爆筒爆裂事故進行探討，提出提高尿素裝置高壓洗滌器本質安全管理理念。采用c0：原料氣脫氫技術后，擴大了尿素裝置主要參數的調節范圍，徹底消除了安全隱患，而且噸尿素一般可降低氨耗2 kg左右。關鍵詞 高壓洗滌器爆裂本質安全脫氫Plain Analysis of Essential Safety of High-Pressure Scrubber of Urea UnitNiu Bin(Shanxi Lanhua Sci-Tech Venture Co．，Ltd． Shanxi Jincheng 048000)Abstract An inquiry is made into rupture accident of explosion·-proof cylinder of high·-pressurescrubber of urea unit adopting carbon dioxide stripping process，and it is proposed to improve essentialsafety management concept of high-pressure scrubber of urea unit．With the adoption of C02 raw gasdehydrogenation technology，adjustment range of main parameters of urea unit are extended，hiddenperils in safety are eliminated thoroughly，and ammonia consumption generally reduces about 2 kg perton of urea．Keywords high-pressure scrubber rupture essential safety dehydrogenation本質安全是指設備、設施或技術工藝含有內在的、能夠從根本上防止發生事故的功能。本質安全體現在：①人的失誤是指設備自動防止人的不安全行為的功能；②設備故障是指設備能維持或自動轉變為安全狀態。本質安全化原則是指從一開始和從本質上實現安全化，從根本上消除事故發生的可能性，從而達到預防事故發生的目的。1 問題的提出近年來，CO：汽提法尿素裝置高壓洗滌器在短停后開車投料過程中發生防爆筒爆裂事故屢見不鮮，其焦點為是否投運脫氫裝置。在CO：汽提法尿素裝置中，高壓洗滌器的作用是通過高壓甲銨泵回收低壓循環系統的甲銨液，在高壓狀態下，在其中吸收合成塔氣相中未反應的NH，和CO，，達到循環利用、節省能耗的目的。高壓洗滌器由上部球形封頭、填料洗滌段和下部換熱段三部分組成，與甲銨介質接觸的部分的材質全部采用316Lmod不銹鋼，其中填料段位于防爆筒內部。設計球形空間的目的是防止在填料段發生可燃、可爆性氣體聚集；達到爆炸極限產生爆炸事故時，利用高濃度的氨起到緩沖和息爆作用，防止事故擴大。2 高壓洗滌器防爆筒爆裂事故2．1事故案例一2011年11月28日17：55，某公司因熱電車間鍋爐發生故障，蒸汽供應緊張，尿素裝置由3機0．35 MPa減量至雙機滿量；隨后又逐步減量，18：20減至單機滿量；20：30尿素裝置停車封塔。2011年11月30 13 03：00尿素裝置開車投料。投料后，系統壓力上升較快，高壓洗滌器無熱負荷，高調水進口與出口溫度無溫差；CO：放空閥無法關閉，一直進行間斷放空。03：25合成塔出作者簡介：牛斌(1963一)，男，研究生，現任山西蘭花科技創業股份有限公司副總經理。萬方數據2012年8月 牛斌：淺析尿素裝置高壓洗滌器的本質安全 47料后，高壓系統超壓，高壓洗滌器尾氣排放閥開度無法關小，高壓洗滌器仍無熱負荷，高調水進口與出口溫度無溫差；高壓洗滌器下液溫度和高壓洗滌器氣相溫度偏高，系統無法加量。為了進一步判斷原因，07：30將液氨泵退出系統后重新投料，高壓系統工況仍未好轉且無法維持。經分析，判斷是高壓洗滌器防爆筒爆裂。09：00尿素裝置停車排塔、置換、降溫，拆開高壓洗滌器球體人孔，發現防爆筒嚴重破裂，大量鮑爾環填料散落至球體內。2．2事故案例二2011年1月1日，某公司尿素裝置因前工段原因緊急停車，封塔約10 h后開車。當打開高壓洗滌器尾氣排放閥時，高壓洗滌器出口氣體溫度急劇上升并達高限，塔頂高溫現象明顯。尿素裝置投料開車后，高壓洗滌器無熱負荷，高調水進口與出口溫度無溫差，高壓洗滌器下液溫度和高壓洗滌器氣相溫度偏高，減負荷仍無法維持。經分析，判斷是高壓洗滌器防爆筒爆炸。停車排塔、置換、降溫后，拆開高壓洗滌器球體人孔，發現防爆筒破裂，鮑爾環散落在球體內。3 事故原因分析3．1 事故案例一(1)每次停車后，高壓洗滌器進水時間約為30．0 min，高壓甲銨泵在20％變頻情況下的打量為0．116 m3／min，運行3．5 min即可將水打人高壓洗滌器，剩余時問(26．5 min)為高壓洗滌器清洗時間。若清洗時間過長，則造成高壓洗滌器內的氨被大量吸收，可燃氣體的相對濃度升高，從而進入可燃范圍。(2)現場截止閥(HV2202)關閉過早，則出現：①停車過程中(尤其是前系統減量的情況下)H，和CH。等可燃氣體的含量上升；②停車后，雖然沒有新的氣體進入高壓系統，但在系統內的可燃氣體為不反應物，所以還會不斷溢出；③沖洗前關閉HV2202，造成可燃氣體不能及時排出，使其相對濃度逐漸升高。(3)蒸汽壓力(低壓蒸汽)低于負荷的對應壓力，造成氨在高壓甲銨冷凝器內發生過度冷凝，從而使高壓洗滌器內氨的相對濃度降低，可燃氣體相對濃度升高。(4)停車后放空閥堵塞，致使高壓洗滌器內可燃氣體聚集。(5)由于存在上述4種可燃氣體的聚集條件，并且放空筒上未設專用的防靜電裝置，如果閥門開關過快，產生的靜電引發可燃氣體爆炸。(6)盡管該公司建有脫氫裝置，但未投運。3．2事故案例二(1)因前工段緊急停車(造氣微機死機)，界區來的原料CO：純度波動大，其中H：，H：s等含量均較高(尿素壓縮系統無脫氫裝置)，而尿素裝置未及時切氣停車，可燃、可爆氣體聚集在高壓洗滌器防爆筒內。封塔停車后，尾氣中的氨被不斷冷凝吸收，使尾氣組分達到爆炸范圍。當高壓洗滌器尾氣排放閥打開時，高壓洗滌器防爆筒內的壓力從13．0 MPa減壓至0．3 MPa，流體高速流動產生的靜電引發爆炸。(2)設備、管道等靜電跨接接地效果不好，造成高壓洗滌器內靜電積聚，引發爆炸。(3)高壓洗滌器內O：濃度較高，其爆炸范圍較寬。3．3理論分析以上2套尿素裝置出現的問題的根本原因在于尾氣問題沒有引起高度重視。一般情況下，原料CO：氣中含H：體積分數在0．85％～1．00％，如果沒有脫氫裝置或不開脫氫裝置，這部分H：直接進入合成系統(高壓圈)但不參與反應，最終進人尾氣系統。l 000 t／d尿素裝置模擬計算的高壓洗滌器尾氣組成如表1所示(高壓洗滌器中的H：由液氨帶人)，該組分不在爆炸區域內。原料CO：氣帶人塔中的H：為零，正常操作條件下該組分的R=0，05，遠離爆炸區域，沒有任何危險。停車后，假設氨全部被吸收，此時該組分的R=1．00，仍然在爆炸區域之外，即脫除H2后系統是本質安全的，不會發生爆炸。由于無高壓洗滌器尾氣分析數據，用表1的數據推導得到表2數據。假設入塔H：含量提高后，正常操作條件下該組分的R=0．80，剛好進入爆炸區域，一旦遇到放電現象，勢必發生事故。停車后，假設氨部分被吸收時，該組分的R接近l，完全進入爆炸區域之內，即尾氣中H：體積分數>5％，0：體積分數>4％，尾氣將進入爆炸區域。萬方數據48 化肥工業 第39卷第4期4 CO，原料氣的脫氫工藝在催化劑作用下，將CO：原料氣中的H：，CO，CH。等具有爆炸性的氣體在很低濃度的條件下加以脫除，使尿素裝置高壓洗滌器尾氣組成始終在爆炸范圍之外，不僅可確保安全生產，而且擴大了主要參數的調節范圍。4．1工藝流程來自CO：壓縮機的C02原料氣提溫至100—200 oC，達到脫氫催化劑所需溫度，然后進入脫氫反應器，CO：氣中的H：，CO，CH。等可燃氣體在催化劑作用下與0：等反應，出脫氫反應器的CO：氣中殘余H：體積分數<50 X 10～。脫氫反應為放熱反應，出脫氫反應器的CO：氣溫度升高(溫度升高幅度視H：等含量而定)，經冷卻后去CO：壓縮機或直接送往尿素合成塔。脫氫裝置可設在CO：壓縮機段間，也可設在CO：壓縮機的末段。脫氫裝置設在段間的優點是：一般段間溫度較末段高，溫度可調范圍寬，可節省加熱消耗的熱量；可利用壓縮機段間冷卻、分離等設備，減少設備投資及冷卻水消耗。脫氫裝置具體配置位置應根據各企業的實際情況而定。4．2除油目前，大型尿素裝置多采用離心式壓縮機，而中、小型尿素企業多采用往復式壓縮機。對離心式壓縮機，因CO：氣中不含油，脫氫反應器可設在任何一段。而往復式壓縮機前面幾段都是有油潤滑，后面兩段為無油潤滑，因此，脫氫反應器一般設在無油潤滑段，可以減少除油的麻煩和節省投資；如脫氫反應器設在有油潤滑段，則應保證人脫氫反應器氣體中含油質量分數<1×10～。4．3精脫硫CO：脫氫催化劑以鉑、鈀等貴金屬為主體，價格較高，對硫化物等毒物十分敏感。實踐證明：當i萬方數據2012年8月 牛斌：淺析尿素裝置高壓洗滌器的本質安全 49原料氣中總硫體積分數<2．0×10～，催化劑壽命只有1年；總硫體積分數<0．5×10一，催化劑壽命為2年；總硫體積分數<0．1×10～，催化劑壽命可達3年以上。可見，CO：氣中的硫含量對脫氫催化劑的使用壽命至關重要。我國中、小氮肥企業主要以煤為原料制氣，變換氣中硫含量較高，質量濃度在100～200 mg／m3(標態)，即使增設變換氣濕法脫硫裝置，氣體中硫化物質量濃度也在10～20 mg／m3(標態)。這些硫化物經脫碳，最后都富集于CO：氣中，致使CO：氣中硫含量很高。CO：與硫化物均屬于酸性氣體，在脫硫過程中具有競爭吸附的特征，給CO：氣脫硫帶來了很大的困難。隨著CO：氣精脫硫技術的突破，精脫硫后CO：氣中總硫體積分數可達<0．1×10一，為CO：氣脫氫技術的推廣創造了條件，并成為CO：脫氫技術的主要組成部分。CO：氣精脫硫技術不僅有效保護了脫氫催化劑，延長了催化劑壽命，而且可減輕硫對尿素裝置的設備、管道的腐蝕，對保障安全生產起到了重要作用。4．4 CO，氣脫氫的經濟效益CO，氣脫氫徹底消除了水溶液全循環尿素裝置中壓系統及CO：汽提法尿素裝置高壓洗滌器的安全隱患，而CO：精脫硫技術有效保障了脫氫催化劑的使用壽命，為尿素裝置高產、穩產創造了條件；另外，也有利于節能降耗，提高企業的經濟效益。由于采用CO：脫氫技術，高壓洗滌器尾氣不再是爆炸性氣體，從而可降低水溶液全循環尿素裝置中壓或CO：汽提法尿素裝置高壓洗滌器溫度，放空量減小，使放空尾氣中氨含量明顯降低。采用CO：氣脫氫技術后，噸尿素一般可降低氨耗2 kg左右。(收稿日期2012-05．28)痧驢驢痧痧移痧{步、驢痧驢《步、驢移移移驢驢艫痧痧移移痧移痧移移痧痧《多、驢抄痧移驢、Eg爭(上接第8頁)有研究表明：物體在受機械力的研磨作用后，顆粒粒徑隨研磨時間的增加而不斷減小。但機械加工至一定時間后，顆粒會發生再團聚，比表面積會在上升一定時間后又下降。這種在細磨過程中產生的物料團聚、表觀粒度變粗、表面積變小的事實，已為諸多試驗所證實。因此，研磨物料時選擇合適的處理時間具有重要意義。而轉速作為機械活化加工另一重要因子對鉀礦機械活化效果亦有重要影響，但目前國內外鮮有文獻報道相關研究。今后應重點研發或改進新型磨機，確定最佳轉速、磨細時間和活化劑品種。4．2水熱化學19世紀中葉，地質學家模擬自然界成礦作用而開始研究水熱化學，即在密閉的壓力容器中，以水為溶劑，研究在高溫、高壓條件下進行的化學反應。水熱反應的特點是加速了離子反應和促進了水解反應，主要反應類型包括水熱合成、水熱分解、水熱氧化、水熱離子交換及水熱單晶生長等。另外，也可研究探討以上2種技術的最佳優化組合方式與條件。總之，如何盡快研發出實用、節能、高效的難溶性、海水鉀等目前非主流鉀礦資源加工生產技術，對于我國解除進口依賴、消除未來資源緊缺危機、確保我國糧食戰略安全具有重大的現實意義。參考文獻[1]鮑榮華．2010年全國礦產資源通報[C]．2012年中國鉀鹽行業發展論壇資料．北京，2012．[2]劉建明，韓成．富鉀巖石利用技術的突破：半濕狀態水熱法及其鉀硅鈣微孔礦物肥料產品[c]．中國鉀鹽與鉀肥科學技術交流大會論文集，201 1．[3]李俊，李力，姜聽，等。農業微生物研究與產業化進展[C]．第1 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