合成氨的重点设备危险因素及防范措施Word文档下载推荐.docx
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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。
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。
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。
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。
(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