合成氨安全环境问题及防护.docx
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合成氨安全环境问题及防护
合成氨的重点设备、危险因素及防范措施
一、重点部位及设备
（一）垂点部位
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1300V,二段炉出II95O°C,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、氨分离器等高圧设备组成。
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、爆炸爭故。
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，还町发生化学爆炸，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烧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。
一段转化炉曲辎射段、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，炷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），运行条件比技苛刻。
对流段为有效回收热能，采佣多种工艺物料与烟气换热，换热方式校复杂。
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、炉骨超温等都町造成爭故。
如发生设备损坏、泄漏还町引发重人火灾、爆炸那故。
2.压缩透平机组
合成氨装置有合成气斥缩机、氨气斥缩机、工艺空气压缩机、原料气压缩机四人机组釆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，（或干气，出II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II压力4MPa（表）；最毛要的是合成气压缩机，压缩气体为H2、N2气体，出丨1压力一般为20—25MPa（表），采用10MPa（表）高床蒸汽透平驱动，转速町达11000r/min,被称为合成氨装置的“心脏”。
人机组一般在高温、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，检修安装未达到楕度标准，也容易发生设备故障。
而四人机组均为单系列运行，无备用机组，任何一台机组的停机，都可造成全装宜停车。
而且泄漏出來的NH3、H2、N2,原料气还可造成觅大的火灾、爆炸、中毒爭故。
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°C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，触煤筐内充填介成触煤，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。
塔内件如压差过人，可引起内件变形，而造成重人设备事故。
氮气、氢气在高温、高斥卜会对金属材料发生渗氮、氢脆脱碳腐蚀。
外浇发生超温，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。
其牛小特心为：
高温、高床、易燃、易爆易中奇。
由于主要设备为单系列，因而设备一口发生故障，往往会造成全装宣停车。
故障处理不当，甚至造成觅大爭故发生。
（1）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爭故43次，重人停车爭故307次。
停车爭故中以设备爭故最多，停车次数为199次，占那故总数的64.82%。
详见表7—5。
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其中，主要设备发生重大停车爭故54次，以合成气压缩机发生停车爭故最多，为30次。
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我国人型合成氨装豐投产初期，催化剂发生损坏的隶故也较多。
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，因爭故更换23次共760.02t,按计划更换35次共1316.66t,爭故更换催化剂占总更换呈的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（l）o
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从上述统计町以看出，我国人型合成氨装豐生产初期，装置重人停车將故频繁发生，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。
停车事故中以设备永故占的比例大，损失也人。
而主要设备停车事故又以介成气压缩机事故次数最多。
同时，催化剂损坏爭故也较多，经济损失也大。
其中，一段转化炉催化剂爭故更换次数为最多。
装置运行进入正常期后，出故次数人福卜降，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例典型爭故看，介成氨装置为36例（人型介成氨装宜22例，中型合成氨装宜14例），占总次数的4.65%。
10套大型合成氨装置发生的22例典型專故中，人身爭故2例，设备及生产操作爭故20例，按每厂、每年爭故次数计已不足一次。
20例爭故按设备部位分类见表7-9。
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由表可见，一段转化炉（气化炉）爭故次数为最多.发生催化剂损坏爭故共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爭故多发期。
重人停车事故中，以设备爭故次数最多，生产操作事故次Z。
爭故发生情况表明，设备存在缺陷、维护不当、违章作业是造成爭故筝发的主要原因。
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）投产初期设备爭故中，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）投产初期重人设备停车爭故中，转动设备造成事故最多。
四人机组中又以合成气压缩机为最多。
合成气压缩机发生的爭故中，以烧轴瓦爭故次数为最多，以透平转子断叶片爭故最为典型。
那故主要原内是维护不当利设备存在缺陷。
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）装宜生产正常稳定后，齐类事故人幅下降，但转化（气化）系统爭故次数下降幅度不人，成为爭故多发部位。
主要是一段转化催化剂中毒、结碳和设备内部爆炸等爭故，爭
故损失人，危害人。
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）装豐使用的催化剂种类多，催化剂事故更换，在生产爭故中一直占有不小的比例：
其中，以一段转化催化剂爭故更换次数最多。
造成催化剂损坏的原因，除设备故障影响外:
绝人多数是在开、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）介成氨高压系统发生重人事故的次数校少，重大设备爭故主要是密対面发生汛漏及合成塔内件损坏。
其中，合成塔内件损坏爭故由于经济损失人，装置停工时间长，应更点预防。
爭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、圧差人）引起的。
（2）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，装咼设备（管道）要引入各种工艺介质进行吹扌二I、咼换，匸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、环节藝、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F：
（1）设备（管线）吹打、宜换、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、润滑汕系统存在杂质，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'（，以免发生爆炸。
1975年某化肥厂，焦炉气压缩机未经豐换，就用來压缩空气。
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：
一是吹打、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II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，可造成重人爭故。
1992年某化肥厂发生一起合成塔内件损坏和触煤报废事故，爭故造成直接经济损失220.3万元。
事故原因：
-•足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有板未折除。
开工后，大量工艺气放空，放空管内枳水,“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，还要认真检査有关的阀门（肓板），防止发生窜气、倒液而造成爭故。
特别是'（（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，（）。
（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鬧，未被置换干净，点火操作往往会造成炉膛爆炸。
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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、共至脱落。
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最过低，炉管外壁会超温，町烧坏炉管，也町引发爆炸、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I1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。
（4）催化剂的升温、还原
催化剂的升温、还原在开工操作中是十分关键性的操作。
其操作的好坏，将影响催化剂的活性和使用埒命。
由于催化剂还原过程一般会放出大最的热最，造成温度上升，控制不当，易发生超温。
超温不但降低催化剂活性，减少催化剂使用寿命，严重时，町烧毁催化剂，并损坏设备。
1980年某化肥厂，低温变换炉B203型低温变换催化剂升温还原时，由于临时改用油田气直接升温还原，升温中催化剂床层温度从120-C跃升到404C：
最高曾达725°C。
该炉催化剂实际寿命只用42天，被迫停车，全炉更换催化剂。
防范措施：
一是制定正确的升温、还原方案：
二是确保仪表指示、检验分析数据正确三是阀门（盲板）开关无误、不帘气：
四是按规程操作。
（5）压缩机开车操作
压缩机组开车包括建立油循环、投用冷却水、建立冷凝液系统、盘车、置换、静态调试、暧管暖机、冲转、过临界转速、提速提压等步骤。
工作环节多，操作步骤繁杂。
操作不当,易发生烧轴瓦、振动大、喘振、超温超压、气封淤漏等故障，严觅时会造成重衣设备爭故。
1978年某天然气化工厂合成气斥缩机开车操作，开车升速时，由于在临界转速卜停留时间过长（两分钟），振动加剧，造成轴瓦磨损。
运转两天后停机，发现高乐缸止推瓦烧毁。
防范措施：
-•足开车实行操作票制度，防止误操作发生；二是制订爭故处理预案，正确处理异常情况，防止班故扩大。
2.停工中危险因素分析及防范措施
装置停工时，设备（管线）进行降压、降温、置换、吹扫：
运行设备停运；催化剂进行降温、钝化（氧化）等操作。
操作参数变化人，操作步骤繁杂。
正常停工，一般按停工方案进行。
遇紧急或事故停车，由于情况复杂，应按爭故处理预案进行。
停工中，特别是紧急（爭故）停工时，处理不当，易发生爭故。
现将停工操作中存在的主要危险及防范措施分析如下
（1）降量、断料操作
停工中，设备（管线）按停工步骤都要减负荷，并切断工艺介质的进料。
齐种工艺物料的减量及切断都有严格的先后程序，切断后还要防止发生淤漏。
如操作不为，有可能造成事故。
此项操作中存在的危险有：
1空气（氧'（）进入存有可燃气的设备内，（如：
氧气进入已熄火的氧化炉，空气进入已停运的二段炉等），可发生爆炸：
2某种物料进入催化剂床层（如：
停蒸汽后烧类进入一段炉、蒸汽进入冷态一段炉等）町损坏催化剂；
3高压气体进入低压设备（如：
吸收塔高压气进入再生塔、合成高压气进入低压系统）町发生爆炸、着火。
1978年某化肥厂因仪表故障造成全厂紧急停车，蒸汽锅炉熄火。
爭故处理中，天然气未及时切断，继续进入一段炉，造成催化剂结碳。
1988年某化匸厂合成车间在气化炉紧急停车中，由于人炉戦气阀关不动而未关，又未汇报，造成炭黑洗涤塔爆炸。
防范措施：
一是按操作规程进行停工操作：
二是认真监测操作参数的变化：
三是及眄I关闭手动截止阀，以防酬漏。
（2）设备（管线）降压、降温
与开工操作一样。
设备的降压、降温也应严格控制速率。
降温速度过快，会产生热应力而损坏设备。
降压速度过快，可因压差人或气体（液体）倒流，而造成事故。
1977年某化肥厂，由于一段炉断料造成装置紧急停车。
停工中，由于中温变换炉出丨I放空阀开得太快、太人,降圧很快，造成脱碳吸收塔压力人于中变炉岀II压力，脱碳碱液倒人低温变换炉，造成58.8m3低变催化剂全部损坏。
防范措施：
一是停工中，保持正常降温、降压速率：
二是操作中，注意前后各工序温度、压力、液位的变化；三是检査阀门开关状况，防止内漏。
（3）催化剂降温、氧化（钝化）和保护
由于生产中催化剂处于“活化态”，停工操作中，一般视停工时间的长短及检修需要，对催化剂进行•保温保压；降温降压；氮气保护或进行氧化（钝化）操作。
停工中，还原态的催化笊遇到空气（氧气）会发生剧烈的氧化反应，控制不半可损坏催化剂。
催化剂与水接触还会造成强度下降或粉碎，停工期间，应特别注意保护催化剂。
1979年广西某氮肥厂，变换催化剂用蒸汽降温到4109后，临时改用煤气直接降温，一小时后，温度突升到600*0以上，25t催化剂全部损坏。
1979年某化肥厂，由于废热锅炉泄漏，装置停车。
停车中，由于给-段转化炉循环降温的氮气中夹带水蒸气，造成一段转化催化剂部分水介、粉碎。
因此，停工中应严格按操作规程对催化剂进行降温，保护。
并在操作中注意以下几点:
1一段转化催化剂品种屮，凡含有MgO助剂的，遇水会生成Mg（0H）2而粉碎，降温中要特别重视。
21氐温变换炉由于人II温度低（仅高于需点20〜30°C）o停工中，防止产生冷凝水而损坏低变催化剂。
3停工中，因甲烷化催化剂温度F降到2009以下,CO与Ni可生成Ni（CO）4（l级毒物）。
在温度下降到200°C以前，应用氮气豐换甲烷化炉。
4停工期间，催化剂一般都应充人氮气保持正压，以防止空气人内，发生氧化。
（4）压缩机停车
压缩机组停机操作与开车操作一样，步骤繁多。
停机操作中，如汕压过低，易发生烧轴瓦爭故；如压差人，易造成止推瓦损坏：
如震动人，易造成冗対、密封、轴瓦等损坏，如发生带液入缸，易造成转子叶片损坏。
因此，停机操作必须按停机操作票逐项进行，注意压力、温度、转速的变化。
如遇压缩机跳车或紧急停机操作时，还应注意检查备用（邪故）油泵是否启动，油压变化情况，并检查机组电动盘车是否开启。
（三）正常生产中危险因素分析及防范措施
正常生产时，设备运行正常，工艺参数稳定，即使发生小幅波动，经操作人员及时调节，都能保持正常。
但当有些重要的工艺参数偏离指标达到一定的时间及范闱时，装置就会发生故障或爭故，正常生产中要重点防范。
现将正常生产中存在的主要故障、危险因素及防范（处置）措施分单元介绍如下：
1.脱硫
硫是多种催化剂的每物。
因此，脱硫单元出II原料气中总硫含量高，危害性是比较人的，所造成的损失也人。
生产中要特别重视，采取防范措施。
1991年某化肥厂，由于炼油厂供应的原料石脑油中混入了常压塔常二线组分，石脑油出脱硫系统的含硫最高达2.5X10-6（1E常指标W0.2X10-6）.导致一段转化催化剂发生硫中毒，并产生高级炷裂解结碳损坏一段转化催化剂34.7吨。
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在装置中，转化单元运疔条件足比较苛刻的，备项工艺指标的控制也要求严格，是装置中危险的部位。
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一段炉有催化剂中毒、结碳、粉碎，炉管超温，压差高等；二
段炉有温度高、催化剂损坏、出1丨甲烷高等；废热锅炉有锅炉炉管爆管等。
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转化单元发生的屮故中，以一段转化炉发生的催化剂中毒，结碳那故造成的损失人、次数多。
1993年某化肥厂合成车间，由于辅助锅炉爆管，引起蒸汽屋卜•降，一段炉人II水碳比下降到1.5（正常值为3.5）达5min之久，使一段转化催化剂结碳粉碎，损坏催化剂10.2吨：
高变催化剂因水气比也低，反应层温度超温到6859,损坏高变催化剂77to二段炉曾发生烧嘴损坏，造成催化剂部分熔融的出故。
某天然气化匸厂于1978年、1979年曾发生两次。
废热锅炉发生较多的事故是炉管爆管，大多发生在水管锅炉，爆管后往往由于操作处理不当，极易发生次生班故。
从法国引进的三套介成氨装置的废热锅炉，于1979年一年中，共发生7次爆管班故。
3.变换
生产中，要将高温、低温变换炉人炉'（体中水蒸气与一氧化碳的分子比（简称水气比）,保持在一定范閑内，还要将反应温度控制在最佳范阖内，以保证一氧化碳的变换率。
生产中易发生的故障及预防（处理）措施见表7-12。
4.脱碳
脱碳单元由于采用的吸收液为碱性液，具科腐蚀性。
因而存在设备腐蚀的危险，其中以在沸器受到的腐蚀最为严觅。
脱碳吸收塔一般操作压力为2.7MPa（表）。
再生塔压力为O.O28mPa（表）［如二级再生为:
一级0.IMPa（表），二级0.004MPa（表）］,若吸收塔液位过低,工艺7窜人再生塔，町造成再生塔超压。
如
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