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尿素装置危险因素分析及其防范措施

  
评论: 更新日期:2011年04月22日

  尿素装置生产中,另一个特点是尿素、甲铵液易冷凝、结晶,造成设备、管道堵塞。开工前,应将结晶物清理、冲洗干净。结晶物堵塞管道、设备,往往会使开工过程受阻,被迫重新停车处理。各厂开工中,都遇到过如尿液上塔管堵塞、高压甲铵泵出口堵塞、甲铵管线堵塞等情况。特别是安全阀人口、出口管道若发生堵塞,那是极其危险的。开工前,应认真检查、冲洗、吹扫干净。1977年某化肥厂,尿素装置高压洗涤器气相连通管被甲铵结晶堵塞(内径136mm管道,堵塞后仅剩20mm)。由于开工前未发现,开车中高压洗涤器压差大,造成防爆隔板破裂,合成塔超压,被迫停车检修。

  开工中,液氨管道送氨前应用氮气置换,禁止可燃气体直接置换空气。送液(气)操作前还应认真检查确认阀门开关的状态,防止误操作造成事故。如某化工厂开车中,操作人员误将高压分解塔到高压吸收塔冷却器阀门关死,造成高压分解系统超压。又如某化肥厂在开车中,进高压冷凝器的氨截止阀未开就启动高压氨泵,造成安全阀启跳不能复位,停车13h。

  防范措施:一是开工前设备、管线应清扫干净;二是吹扫、置换作业应检验、分析合格;三是开工前应开启冲洗泵,用热冷凝液将管道冲洗干净;四是开工中应按“规程”要求,及时开启伴管蒸汽及吹扫蒸汽;五是开工操作前,要确认阀门(盲板)开关状态是否符合要求;六是开工中应定期检查、清洗泵进、出口过滤器;七是吹扫、置换排放口要有安全设施,防止发生意外事故。

  2.高压系统升温、钝化

  装置开工中,设备(管线)要由常温、常压提升到操作温度、操作压力。操作中升温、升压都要保持一定的速率,要防止升温、升速过快损坏设备。尿素装置高压设备的内衬和外壳是由不同材料制成的,升温升压速度过快产生的应力往往会损坏设备。操作中应特别注意。

  高压系统投料前,都要进行设备钝化操作,让设备表面氧化生成一层氧化膜,以防止设备腐蚀。如设备未经钝化,其腐蚀速度与钝化过的相差1000倍以上。因此,钝化操作是关键性操作。如开车操作中,钝化时间不足,投料后,由于腐蚀速度快,成品尿素中含镍量超高。往往被迫再次停车,重新钝化操作,反而会造成更大的损失。尿素装置投产初期,由于开停车频繁,不少装置曾发生过类似情况。

  防范措施:按操作规程进行钝化、升温、升压操作。操作中要控制温度、压力、氧气含量以及钝化时间,并达到指标值。操作中还要控制升温、升压速率,并防止合成塔上下温差过大。升温钝化中,还要注意排液,保持汽提塔液位。

  3.合成开车(系统投料与出料)

  合成开车包括高压系统投二氧化碳、投氨;合成塔建立液位、出料;汽提塔进料、出料;高、低压系统建立循环等。开车操作中程序多、时间短。如操作不当易发生超温、超压、爆炸、“倒流”等事故。

  (1)合成系统超压

  合成系统开车中,如高压冷凝器氨、二氧化碳冷凝不好,高压洗涤器发生堵塞、二氧化碳气体发生“倒流”等,都会造成合成塔超压。1978年,某天然气化工厂尿素装置合成开车投料后,合成塔在放空阀全开下,压力高达158kgf/cm2(155kPa)。无法出料维持正常生产被迫停车排放。事故原因是操作不当引起的。由于投料时,高压冷凝器汽包蒸汽补给阀开度大,液位低、温度高,造成氨、二氧化碳在高压冷凝器中不冷凝。大量气体进入高压洗涤器,产生结晶又造成堵塞。引起合成塔超温、超压。

  (2)二氧化碳气流的“倒流”

  合成系统在出料时,如操作不当,会造成二氧化碳气体“倒流”。“倒流”也可造成合成塔超压。

  二氧化碳气流的“倒流”是指二氧化碳气体不按正常流程进入高压冷凝器,而是从合成塔出液管反向进入合成塔顶部,从高压洗涤器出口离开高压系统。“倒流”事故大多发生在出料时,产生原因是出料管液封消失和合成塔出液阀开度过大。1977年1月某化肥厂、1977年4月北方某化肥厂、1978年2月某天然气化工厂,尿素装置开车出料时,都发生过二氧化碳气流“倒流”事故。

  (3)高压洗涤器尾气燃烧爆炸

  高压洗涤器出口尾气中含有C02N H 3H202N2等气体。如冷凝温度低,可造成尾气中二氧化碳及氨含量下降,而形成爆炸性气体。开工操作中,由于温度较低,冷凝量大,易发生尾气燃烧、爆炸事故。1977年某化肥厂尿素装置开车,合成塔出料时,打开高压洗涤器气相出口阀后,尾气在管内燃烧,出口管线被烧红。事故原因是高压洗涤器调温水仅86℃(指标125℃)未及时提温,造成尾气中二氧化碳、氨含量过低,尾气组成进入燃烧、爆炸范围。

  (4)循环系统超压

  高压系统出料时,如汽提塔温度未及时提高或汽提塔存在故障,造成汽提效率低时,过量的甲铵进入循环系统,会造成循环系统超压。生产中,如汽提塔液位过低,大量高压气窜人循环系统,也会造成系统超压,严重时甚至造成设备爆炸。开工出料过程中要注意防范。防范措施:合成系统开车,由于时间短、步骤多、操作交替进行,一定要严格按开工操作规程进行操作。操作中,并注意以下几点:

  ①合成塔出液管保持水封,防止二氧化碳“倒流”;②汽提塔进料时,要及时调整壳侧蒸汽压力,防止汽提效率低;③高压冷凝器要控制好汽包液位和蒸汽压力,防止冷凝效率低;④高压洗涤器要及时调节、提高调温水温度,防止氨、二氧化碳过度冷凝;⑤汽提塔出料要保持液位,防止液位低,高压气窜人低压循环系统。

  4.蒸发、造粒开车

  蒸发、造粒单元开车中,应控制好真空度和蒸发温度。如真空度与蒸发温度控制不当,往往会造成尿素成品中水分含量高或造成结晶堵塞。如尿素成品中水分高,还可造成尿素结块、粘塔。如1980年某化肥厂尿素装置蒸发开车中,由于二段蒸发温度过低,真空提的快,上造粒塔的熔融尿液管线发生堵塞。由于处理时间长,装置被迫封塔停车。

  防范措施:按开工操作规程的要求进行开车操作。操作中注意先提蒸发温度,后提真空,并防止真空提的过快。各项工艺指标达到正常值后,再进行造粒操作。

  5,压缩一透平机组开车

  二氧化碳压缩一透平机组开车包括前期准备、油循环、调试、暖管暖机、置换、冲转、过临界转速、提速提压等操作。开车操作中,如操作不慎或设备存在缺陷,可发生振动大、轴瓦温度高以及气封、转子损坏等设备事故。1988年某化工厂,尿素车间二氧化碳压缩机开车提转速中,由于转速与出口压力不匹配,造成压缩机高压缸三、四段缸叶轮、六块隔板以及轴封、密封全部损坏,事故直接经济损失20万元。事故原因:一是转速与压力不匹配;二是人口压力波动;三是轴位移联锁未投用。1979年某化肥厂,尿素车间二氧化碳压缩机透平由于存在设计制造缺陷,开车中发生透平第七级叶轮叶片断裂事故。同年,另一化肥厂同型号透平也发生叶片断裂事故。

  防范措施:开车实行操作票制度,防止误操作发生;开车操作中遇到不正常情况应及时处理,防止事故扩大;联锁及各种安全设施应投用,以保护设备和人身安全。

  (三)停工时危险因素分析及其防范措施

  装置停工有短期停车(高压系统封塔)及长期停车(高压系统排放)两种。停工中存在的危险因素有腐蚀、结晶堵塞、倒液、爆炸等。介绍如下:

  1.封塔造成的腐蚀

  高压设备耐尿素、甲铵液腐蚀的机理是不锈钢表面保持一层钝化膜。封塔后,由于停止通人氧气,液相中氧气含量会不断下降。封塔时间过长,液相中氧气含量下降到一定程度时,会引起不锈钢表面钝化膜破坏而活化,而加快腐蚀速度。装置投产初期,由于封塔次数多,封塔时间过长,往往易发生腐蚀。如1977年,某化肥厂尿素装置,由于停车封塔时间过长,开车后尿素呈红色,分析成品尿素中镍含量高达3.7X10—6(指标<0.2X10—6)。

  防范措施:按操作规程要求进行封塔操作。确保封塔条件,严格限制封塔时间。停车前,若发生断氧,应禁止封塔,系统进行排放,重新升温钝化。

  2.降温造成的结晶、堵塞

  停车后,由于温度下降,如操作不当,设备、管线内的尿素、甲铵液会冷凝结晶而堵塞管道、阀门。停车中易发生结晶堵塞的设备有高压洗涤器和低压甲铵冷凝器等,易发生堵塞的管线有尿液管线、甲铵液管线及有关阀门。

  结晶、堵塞造成的故障,如未及时发现,开车中,往往会造成事故,被迫再次停车进行处理。类似的事故在尿素装置生产中,各厂都不同程度的发生过。

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