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合成氨的重点设备、危险因素及防范措施

  
评论: 更新日期:2011年01月06日

 一、重点部位及设备

  (一)重点部位

  1.转化系统

  转化系统由二段转化炉、二段转化炉、废热锅炉以及燃料燃烧、烟气废热回收设备组成。高温设备集中,一段炉炉膛高达1300℃,二段炉出口950℃,废热锅炉产生IOMPa(表)高压蒸汽。设备内为易燃、易爆气体,压力达4MPa(表)。

  转化系统是装置中的高温区,其特点是高温、高压、易燃、易爆、有毒。若发生超温,易造成设备损坏,工艺气体泄漏,而引发重大火灾,爆炸事故。

  2.合成系统

  合成系统由合成塔、水加热器、热交换器、冷交换器、水冷器、氨冷器、氨分离器等高压设备组成。是装置中高压设备集中的区域。设备压力等级一般为20~25MPa(表)。设备内工艺介质为H2、N2、NH3等。

  由于压力高,设备发生泄漏,易造成火灾、中毒、爆炸事故。如设备存在缺陷或产生氢脆、产生裂纹,在发生物理爆炸的同时,还可发生化学爆炸,往往造成灾难性的后果。

  (二)重点设备

  1.一段转化炉

  一段转化炉承担着将原料烃类与蒸汽发生反应制取原料气的任务。其操作、运行是否正常影响到整个装置的安全运行,是装置中结构复杂,操作条件苛刻的关键设备。一段转化炉曲辐射段、对流段及燃料系统组成。辐射段一般有几百根转化炉管,炉管内装填催化剂,烃类与水蒸气在炉管内反应。炉管外用燃料气(油)燃烧形成的火焰直接加热,炉管外壁温度高达900-950℃,炉管内压力为4MPa(表),运行条件比较苛刻。对流段为有效回收热能,采佣多种工艺物料与烟气换热,换热方式较复杂。一段转化炉在生产中,如发生催化剂中毒、结碳,水碳比失调,燃料系统故障、炉管超温等都可造成事故。如发生设备损坏、泄漏还可引发重大火灾、爆炸事故。

  2.压缩透平机组

  合成氨装置有合成气压缩机、氨气压缩机、工艺空气压缩机、原料气压缩机四大机组采用离心式多级压缩机组,用蒸汽透平驱动。原料气压缩机压缩气体为天然气或干气,出口压力4MPa(表);氨气压缩机压缩气氨,出口压力1.6—1.8MPa(表);工艺空气压缩机压缩空气,出口压力4MPa(表);最重要的是合成气压缩机,压缩气体为H2、N2气体,出口压力—般为20—25MPa(表),采用10MPa(表)高压蒸汽透平驱动,转速可达11000r/min,被称为合成氨装置的“心脏”。

  大机组一般在高温、高压、高转速下运行,密封、润滑条件要求高,调节控制系统复杂。运行中如发生喘振、气体带液、轴瓦磨损、密封损坏、轴位移高等都可造成机组故障。由于结构复杂,维护保养、检修安装要求高。如维护不当,检修安装未达到精度标准,也容易发生设备故障。而四大机组均为单系列运行,无备用机组,任何一台机组的停机,都可造成全装置停车。而且泄漏出来的NH3、H2、N2,原料气还可造成重大的火灾、爆炸、中毒事故。

  3.合成塔

  合成塔是装置的主要设备,氢气与氮气在合成塔内反应生成氨。合成塔是高温、高压设备,工作压力20~25MPa(表),反应温度500℃左右。由承受高压的外壳及承受高温的内件组成。内件由热交换器及触煤筐组成,触煤筐内充填合成触煤,内件结构比较复杂。

  合成塔运行中,如发生触煤中毒、触煤超温、入塔H2/N2比失调等,可造成装置运行正常或停车。塔内件如压差过大,可引起内件变形,而造成重大设备事故。

  氮气、氢气在高温、高压下会对金属材料发生渗氮、氢脆脱碳腐蚀。外壳发生超温,是十分危险的,可使设备材料遭受破坏,造成灾难性的后果。   

  二、危险因素分析及其防范措施

  合成氨装置采用的原料、燃料、过程产物及产品大多为甲类、乙类火灾危险性物质,其中还有有毒物质,操作又在高温、高压下进行。其生产特点为:高温、高压、易燃、易爆易中毒。由于主要设备为单系列,因而设备一旦发生故障,往往会造成全装置停车。故障处理不当,甚至造成重大事故发生。   

  (一)装置事故统计分析   

  我国70年代引进的大型合成氨装置,在生产初期曾频繁发生事故。自1977年至1979年三年间,十一套装置曾发生人身伤亡事故43次,重大停车事故307次。停车事故中以设备事故最多,停车次数为199次,占事故总数的64.82%。详见表7—5。   

 

  设备重大停车事故共199次,按设备类别分,见表7—6。

 

  其中,主要设备发生重大停车事故54次,以合成气压缩机发生停车事故最多,为30次。详见表7—7。

 

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