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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

  我国大型合成氨装置投产初期,催化剂发生损坏的事故也较多。1977年到1980年四年期间,13套大型合成氨装置八种催化剂中七种催化剂更换了58次。其中,因事故更换23次共760.02t,按计划更换35次共1316.66t,事故更换催化剂占总更换量的36.6%。整炉更换共46炉。其中,事故更换13炉,计划更换33炉。事故更换次数最多的是一段转化催化剂。详见表7—8(1)。

 

  从上述统计可以看出,我国大型合成氨装置生产初期,装置重大停车事故频繁发生,按每厂、每年平均停车事故次数计达12.79次,平均每厂每月停车一次以上。停车事故中以设备事故占的比例大,损失也大。而主要设备停车事故又以合成气压缩机事故次数最多。同时,催化剂损坏事故也较多,经济损失也大。其中,一段转化炉催化剂事故更换次数为最多。

  装置运行进入正常期后,事故次数大幅下降,装置实现了安全、稳定、长周期运行,长周期运行都达到一年以上。从石化总公司所属企业1983年到1993年11年间发生的774例典型事故看,合成氨装置为36例(大型合成氨装置22例,中型合成氨装置14例),占总次数的4.65%。10套大型合成氨装置发生的22例典型事故中,人身事故2例,设备及生产操作事故20例,按每厂、每年事故次数计已不足一次。20例事故按设备部位分类见表7—9。

 

  由表可见,一段转化炉(气化炉)事故次数为最多。发生催化剂损坏事故共5次。其中,一段转化催化剂事故更换4次,合成催化剂更换1次。

  从上述合成氨装置事故统计情况,可以看出装置中易发生故障的部位和危险因素。现分析如下:

  (1)合成氨装置投产初期为事故多发期。重大停车事故中,以设备事故次数最多,生产操作事故次之。事故发生情况表明,设备存在缺陷、维护不当、违章作业是造成事故多发的主要原因。通过切实做好设计、制造、施工、生产准备等前期工作,可减少事故的发生。

  (2)投产初期设备事故中,仪表造成停车事故多。主要是自动控制、自动联锁采用常规仪表,故障率高,使用、维护又不当造成的。通过采用集散型控制系统(DCS)及故障安全控制系统(PSC),可减少因仪表故障造成的重大停车事故。

  (3)投产初期重大设备停车事故中,转动设备造成事故最多。四大机组中又以合成气压缩机为最多。合成气压缩机发生的事故中,以烧轴瓦事故次数为最多,以透平转子断叶片事故最为典型。事故主要原因是维护不当和设备存在缺陷。只要把好设备设计、制造、安装试车关,可避免此类事故的发生。      

  (4)装置生产正常稳定后,各类事故大幅下降,但转化(气化)系统事故次数下降幅度不

  大,成为事故多发部位。主要是一段转化催化剂中毒、结碳和设备内部爆炸等事故,事故损失大,危害大。因此,转化(气化)单元是装置重点危险部位,对其在开、停工及正常生产中,存在的各种危险因素应采取重点防范措施。   

  (5)装置使用的催化剂种类多,催化剂事故更换,在生产事故中一直占有不小的比例;其中,以一段转化催化剂事故更换次数最多。造成催化剂损坏的原因,除设备故障影响外;绝大多数是在开、停工过程中,违章作业、维护使用不当引起的。因此,在开、停工中,应按催化剂操作规程的要求采取防范、保护措施。

  (6)合成氨高压系统发生重大事故的次数较少,重大设备事故主要是密封面发生泄漏及合成塔内件损坏。其中,合成塔内件损坏事故由于经济损失大,装置停工时间长,应重点预防。事故发生的主要原因是设备存在缺陷,加上操作不当(如:升温快、压差大)引起的。

  (二)开停工危险因素分析及其防范措施   

  1.开工时危险因素分析及其防范措施   

  开工过程中,装置设备(管道)要引入各种工艺介质进行吹扫、置换,工艺介质的温度压力也要逐步从常温、常压提到规定的指标值。开工中各种催化剂要进行升温、还原达到“活化态”。开工中,操作繁杂、步骤多、操作参数变化大、要求高、环节多、时间长。因而,操作不当,极易发生事故。现将开工操作中,存在的主要危险及防范措施分析如下:

  (1)设备(管线)吹扫、置换、送气(液)操作   

  设备(管线)进行吹扫、置换、送气操作是开工中前期操作。在这一阶段中,如设备(管线)未吹扫干净就投入运行,在运行中杂质会堵塞管道或损坏阀门的密封面。如果蒸汽、润滑油系统存在杂质,将是十分危险的,杂质随蒸汽进入透平会造成叶片损坏;杂质进入轴瓦会造成轴瓦磨损。

  设备(管线)在开工中,必须用工艺介质置换合格。上一工序工艺介质未合格前不能进入下一工序,否则会影响下一工序的正常运行,甚至造成事故。特别要禁止用可燃气直接置换空气,以免发生爆炸。1975年某化肥厂,焦炉气压缩机未经置换,就用来压缩空气。开车过程中,三段缸系统产生爆炸,造成设备损坏、人员伤亡。

  防范措施:一是吹扫、置换必须按操作规程操作。并经检验、分析后,才能确认合格;二是操作前要检查有关的阀门(盲板)开关状况是否符合要求。三是吹扫、置换排放口要有安全设施(或标记),防止发生意外事故。四是定期清洗各种过滤器。

  (2)设备(管道)升温、升压

  设备(管道)从常温、常压升到操作温度、操作压力时必须保持一定速率。升温、升压过快产生的热应力、压力降会损坏设备,可造成重大事故。1992年某化肥厂发生一起合成塔内件损坏和触煤报废事故,事故造成直接经济损失220.3万元。事故原因:一是合成塔内件中心管处存在轴向力;二是合成塔升温速度过快。

  设备(管线)升温操作中,工艺气体(特别是水蒸气)产生的冷凝液,应及时排除(送液时要注意排气)。如排液不及时,气体带液,可造成“水击”损坏设备。1985年某化肥厂,开工前,由于火炬系统的水分离器脱水盲板未折除。开工后,大量工艺气放空,放空管内积水,“水击”致使部分管道从管架上坠落,并拉坏火炬。

  设备(管线)升压前,还要认真检查有关的阀门(盲板),防止发生窜气、倒液而造成事故。特别是气(液)窜人装有催化剂的设备内时,还会损坏催化剂。1989年某化肥厂检修后开车,中压蒸汽进行管网暖管、送汽、升压时,由于两只蒸汽阀门未关,蒸汽进入冷态一段转化炉,造成一段转化催化剂水合粉碎。被迫全炉更换催化剂。

  防范措施:一是严格控制升温、升压速率;二是操作中注意温度、压力、液位的变化;三是作业前,认真检查有关阀门(盲板)开关状况;四是操作中,注意排液(或排气)。

  (3)加热炉的点火、升温

  加热炉(一段转化炉、气化炉)点火操作具有一定危险性。因为点火前,如果炉膛内可燃气浓度已达到爆炸范围,未被置换干净,点火操作往往会造成炉膛爆炸。1985年某化肥厂,—段炉点火烘炉时,炉膛发生爆炸,直接经济损失11.6万元。事故后,发现有10个烧嘴燃料气阀门没有关闭。

  加热炉内一般有耐火衬里,升温速度过快易造成耐火材料产生裂缝、松动、甚至脱落。开工后往往造成炉外壁超温、变形,而导致发生火灾、爆炸。1990年某化工厂合成氨装置,气化炉由于升温中炉内产生爆燃振动,耐火砖脱落。投用后,炉颈过热,焊缝开裂,引起爆炸着火。

  加热炉升温中,如果炉管内工艺介质流量过低,炉管外壁会超温,可烧坏炉管,也可引发爆炸、着火事故。

  防范措施:一是点火前,要确认燃料阀门已关闭;二是炉膛一定要置换,并分析合格;三是控制炉管出口温度,防止工艺介质流量过低;四是严格按升温曲线进行升温、升压操作。

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