合成氨的重点设备危险因素及防范措施.docx

1、合成氨的重点设备危险因素及防范措施 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)重点部位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1300，二段炉出口950，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、氨分离器等高压设备组成。是装置中高压设备集中的区域。设备压力

2、等级一般为2025MPa(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、爆炸事故。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4

3、MPa(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1618MPa(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2025MP

4、a(表)，采用10MPa(表)高压蒸汽透平驱动，转速可达11000rmin，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

5、压力2025MPa(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H2N2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、

6、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6482。详见表75。设备重大停车事故共199次，按设备类别分，见表76。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77。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，1

7、3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78(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

8、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79。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

9、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

10、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

11、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

12、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。197

13、5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

14、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

15、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。(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