合成氨工艺安全控制指导意见.docx
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合成氨工艺安全控制指导意见
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合成氨工艺安全控制指导意见
为做好全省合成氨工艺的安全控制系统改造工作，指导设计单位的安全控制系统设计工作，并为各级安监部门的有关监督检查工作提供参考，依据国家安全监管总局《关于公布首批重点监管的危险化工工艺目录的通知》（安监总管三［2009］116号）、山东省安监局《关于推进化工企业自动化控制及安全联锁技术改造工作的意见》（鲁安监发［2008］149号文件），制订本意见。
1概述
1.1工艺简介
合成氨工艺复杂、流程长，制取合成氨常用的原料有天然气、煤、油。
目前山东省合成氨生产主要以煤为原料，液氨主要用于生产尿素。
以煤为原料制取合成氨及尿素经过以下工序。
1.1.1气化
气化目的是由原料煤制取水煤气或半水煤气。
气化炉一般分为三种类型：
固定床、流化床和气流床。
固定床气化技术：
鲁奇（Lurgr）、UGI、富氧连续气化。
流化床气化技术：
主要有温克勒（winkler）、高温温克勒（HTW）、U-Gas、恩德炉、灰熔聚等。
气流床气化技术：
德士古（Texaco）、国内的新型对置式多喷嘴水煤浆加压气化，壳牌（SHELL）、德国未来能源公司的GSP、国内航天炉（HT-L）干粉煤加压气化。
1.1.2净化
净化包括水煤气（半水煤气）变换及脱硫脱碳。
变换目的主要是将粗煤气中的一氧化碳与水蒸汽作用变换成二氧化碳和氢。
主要有中温变换、耐硫低温变换工艺。
CO+H2OCO2+H2
脱硫脱碳目的是脱除原料气中的H2S及少量有机硫，另一方面是脱除CO2。
常用的有氧化法脱硫、化学法（热钾碱）或物理化学法（MDEA）或物理法（碳酸丙烯酯、NHD、低温甲醇洗、变压吸附）脱碳。
1.1.3合成气精制
合成气精制是将合成氨新鲜气中的微量CO及CO2进一步净化，精制后两碳含量小于10ppm。
目前国内常用的有甲烷化工艺、醇烃化工艺、醇烷化工艺、液氮洗工艺等。
1.1.4氨合成及合成气压缩
氨合成是将精制后的合成气经压缩机压缩至合成压力，然后在合成塔内使氢氮气合成为氨，最后经过冷冻分离而取得液体氨产品。
3H2+N2⇔2NH3
氨合成有低压合成及高压合成。
合成气压缩机有离心式压缩机及往复式压缩机。
1.1.5制冷
制冷是将制冷剂通过制冷压缩机及辅机由压缩、冷凝、节流、蒸发（提供冷量）四个过程组成制冷循环，为合成氨装置提供冷量。
常用的制冷机有往复式、螺杆式、离心式制冷机等。
1.1.6氨贮存
氨库贮存量的选择主要取决于氨加工的停车检修时间,一般大型合成氨厂氨库的贮量均在3～5天的产量。
多采用常温压力罐及低温常压罐储存。
1.1.7尿素合成
尿素生产主要有水溶液全循环工艺、CO2汽提工艺、NH3汽提工艺。
由氨和二氧化碳合成尿素的过程，是在高温（160~200℃）和高压（15~22MPa）条件下进行的。
2NH3（液）+CO2（气）⇔NH4COONH2（液）
NH4COONH2（液）⇔CO（NH2）2（液）+H2O（液）
1.2工艺危险特性
合成氨生产过程高温、高压、有毒、易燃、易爆，在生产过程中使用和处理的主要化学危险品有半水煤气（水煤气）、液氨、NH3、CO2、CO、H2、H2S、甲醇、甲烷等。
（1）高温、高压使可燃气体爆炸极限扩宽，气体物料一旦过氧（亦称透氧），极易在设备和管道内发生爆炸；
（2）高温、高压气体物料从设备管线泄漏时会迅速膨胀与空气混合形成爆炸性混合物，遇到明火或因高流速物料与裂（喷）口处摩擦产生静电火花引起着火和空间爆炸；
（3）气体压缩机等转动设备在高温下运行会使润滑油挥发裂解，在附近管道内造成积炭，可导致积炭燃烧或爆炸；
（4）高温、高压可加速设备金属材料发生蠕变、改变金相组织，还会加剧氢气、氮气对钢材的氢蚀及渗氮，加剧设备的疲劳腐蚀，使其机械强度减弱，引发物理爆炸；
（5）液氨大规模事故性泄漏会形成低温云团引起大范围人群中毒，遇明火还会发生空间爆炸。
1.3山东省合成氨及尿素装置概况
山东省中小型合成氨厂的气化工艺多采用以无烟块煤为原料的常压固定床间歇气化工艺（UGI）；净化工艺多采用湿式氧化法脱硫（栲胶、改良ADA、888等）、中低低或全低温变换工艺、物理法（碳酸丙烯酯、NHD、变压吸附）脱碳、甲烷化（或醇烷化、醇烃化）精制；合成采用22~31.4MPa压力；压缩采用往复式压缩机。
少数大型合成氨装置气化采用水煤浆或干煤粉加压气化工艺；净化工艺多采用耐硫变换、低温甲醇洗或NHD脱硫脱碳、低温液氮洗精制工艺；合成采用低压合成（11.0~15.0MPa）；压缩采用离心式压缩机。
山东省尿素生产装置采用水溶液全循环、CO2汽提、NH3汽提工艺。
根据我省合成氨企业的现状，本意见对小合成氨厂和大型合成氨装置的重点监控单元以及合成氨后续工序和尿素装置各工艺参数提出了检测与控制的基本要求。
2主要安全设计措施
2.1设立安全联锁停车系统或具有安全联锁停车功能的其他系统，保证操作人员及生产过程设备的运行安全。
2.2在可能出现泄漏可燃气体及有毒气体的区域，设置可燃气体及有毒气体报警仪，火灾报警器，并将信号引至控制室。
2.3所有用电设备及仪表按火灾爆炸危险区域划分图及相关规范选型。
2.4液氨储罐应设液位计、温度计、压力表、安全阀，并设置高、低、高高液位报警。
2.5必须设置液氨泄漏紧急处理装置，如水喷淋装置等。
2.6重要地点设置电视监视系统。
2.7各装置区应严格遵循规范设计静电接地和避雷设施系统，系统包括电气系统接地、设备接地、静电接地和防雷保护接地。
2.9工艺系统以及重要设备均设立安全阀、爆破板等防爆泄压系统。
有些可燃性物料的管路系统设立阻火器、水封等阻火设施。
3重点监控的工艺参数及安全监控基本要求
序号
工艺参数及监控要求
备注
一、压缩工段
（一）往复式压缩机
1
主轴承、轴瓦温度高限报警
2
主轴承、轴瓦温度高高联锁停车
3
主电机轴承温度高限报警
4
主电机轴承温度高高联锁停车
5
润滑油油压高、低、高高、低低报警
6
润滑油油压低低联锁停车
7
一级进口压力低限报警
8
一级进口压力低限联锁停车
9
电机定子温度高限报警
新上压缩机
10
电机定子温度高联锁停车
新上压缩机
11
冷却水压力低报警
12
冷却水压力低低联锁停车
13
设置单向阀（出压缩工段）
（二）离心式压缩机
1
压缩机入口分离器液位高限报警
2
压缩机入口分离器液位高联锁停车
3
压缩机入口压力低限报警
4
压缩机防喘振调节
5
透平背压排气压力低低联锁停车
6
透平背压排汽温度高高联锁停车
7
机组超速联锁跳车
8
润滑油总管压力低低联锁停车
9
脱扣油压力低低联锁停车
10
透平前、后轴振动高高联锁停车
11
透平轴位移高高联锁停车
12
透平轴承温度高高联锁停车
13
调速器故障联锁停车
14
设置单向阀（进出工段设置）
（三）其他
1
设置紧急放空阀
2
设可燃及有毒气体报警仪
二、氨合成工段
1
合成塔塔壁温度高报警
2
合成塔温度调节
3
氨合成塔压差高限报警
4
氨合成系统压差高限报警
5
新氢在线分析仪
6
循环氢在线分析仪
7
氢氮气物料比例控制、联锁
UGI气化无联锁要求
8
氨分液位自动调节
9
氨分液位高、低限报警
10
冷交液位自动调节
11
冷交液位高、低限报警
12
废锅液位自动调节
13
废锅液位高、低限报警
14
循环气流量远程控制
15
废锅蒸汽压力自动调节
16
废锅蒸汽压力高、低限报警
17
氨冷却器压力高限报警
18
液氨储槽压力高限报警
19
设置安全阀（废热锅炉、氨冷却器、水冷却器等部位）
20
设置紧急放空阀
21
冷冻液氨储槽区设应急喷淋设施
22
设紧急停车装置或系统
23
设可燃及有毒气体报警仪
三、氨储存系统
1
液氨储罐温度显示
低温储罐设置
2
液氨储罐温度高限报警
3
液氨储罐压力调节
4
液氨储罐压力高限报警
5
液氨储罐液位高、低、高高、低低限报警
6
液氨储罐进出口管线设置双切断阀，其中一只出口切断阀为紧急切断阀
7
超过100m3的液氨储罐设双安全阀
8
设防火堤
9
设备用事故氨罐
10
排放气氨应进行回收
11
应急喷淋及清净下水回收
12
液氨充装现场设置喷淋装置、在线计量装置，充装管前第一道阀处设置紧急切断阀
13
设洗眼器
14
设有毒气体报警仪
4其他需监控的工艺参数
序号
工艺参数及监控要求
备注
一、造气工段
1
原料煤皮带运输机紧急停车
2
下行煤气阀和吹风阀安全联锁
3
吹风阀应采取双阀或增装蝶阀
4
液压阀阀位指示
5
造气工段对气柜的远传监控
6
下行管安装爆破片、爆破片装防护罩
7
灰斗安装爆破片、爆破片装防护罩
8
炉底空气管安装爆破片、爆破片装防护罩
9
设可燃或有毒气体报警仪
二、气柜
1
设置气柜容积指示仪及高、低限位报警
2
气柜煤气管进、出口氧含量超标报警
3
气柜煤气管出口氧含量超标与静电除焦柜断电联锁
4
气柜自动放空装置
5
对气柜的远传监控
6
气柜手动放空装置
7
气柜进口安全水封
8
气柜出口安全水封
9
水封排水设施
10
气柜放空管或顶部排放管阻火器、消除静电
11
设施
设有毒气体报警仪
三、脱硫、净化系统
1
脱硫塔压力、液位声光报警和自动调节
2
静电除焦器防止产生负压或氧气自动分析仪与静电除焦柜断电联锁设施
3
铜液再生系统超压报警，设安全阀或爆破片
4
脱碳塔液位高、低限报警
5
铜洗塔液位高、低限报警
6
脱硫工段对气柜的远传监控
7
防止空气压缩机倒转的止逆装置
8
高压铜液泵出口管道安装止逆阀
9
独立设置高压吸收和低压再生放空设施
11
设可燃及有毒气体报警仪
四、联醇工段
1
合成塔塔壁温度报警
2
合成塔压力报警
3
甲醇分离器液位自动调节
4
甲醇分离器液位高低限报警
5
甲醇中间槽液位自动调节
6
甲醇中间槽液位高低限报警
7
净醇洗涤塔液位高低限报警
8
废锅液位自动调节
9
废锅液位高低限报警
10
净氨塔液位自动调节
11
循环机紧急停车装置
12
甲醇吸收塔液位高低限报警
13
净醇洗涤塔放液压力高限报警
14
甲醇中间槽压力高限报警
15
放醇管压力高限报警
16
安全阀
17
单向阀（离心式循环机设置）
18
紧急放空阀
19
设可燃气体报警仪
五、尿素装置
1
二氧化碳压缩机低油压报警
2
液氨泵低油压报警
3
甲铵泵低油压报警
4
合成塔出口压力自动调节及调节阀自锁
5
尿素合成塔超压声光报警
6
尿素合成塔超压与二氧化碳压缩机、液氨泵、甲铵泵联锁停车
7
中压系统惰洗器前压力高限报警
8
氨冷凝器气相出口温度低限报警
9
尿素合成塔入口二氧化碳气体中氧含量自动
调节、报警
10
尿素总控制室设置二氧化碳压缩机、液氨泵、甲铵泵紧急停车设施
11
中压系统惰洗器后应急放空设施
12
安全阀
13
爆破片
14
紧急放空阀
六、其他
1
空分压缩机终端出口压力、膨胀机超速、冷却水中断等报警联锁装置
2
合成氨全系统人工紧急停车设施和措施
3
造气、合成系统人工紧急停车设施和措施
4
仪表风压力低限报警
5
凡有隔热衬里的设备（加热炉除外），其外壁
设置测温设施
6
各种传动设备的外露运转部位安装防护设施
7
运转设备附有的报警联锁装置全部投入使用
8
存在放射性危害的液位计处设置符合要求的
保护设施和措施
9
空分装置宜设置检测冷凝蒸发器内液氧中总烃含量的在线监测系统
10
生产装置和储运设施中重要的泵、风机和压缩机的操作控制应能实现控制室遥控操作及现场就地操作
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