高压洗涤器防爆筒体的防爆

任玉兵

（山西兰花田悦化肥有限责任公司，山西阳城 0 4 8 1 0 2）

高压洗涤器是荷兰斯塔米卡邦二氧化碳汽提工艺尿素装置的重要设备之一，它利用高压甲铵泵送来的低压吸收循环系统的甲铵溶液，在高压状态下吸收尿素合成塔气相中的NH3和C O2，使NH3和C O2在高压系统直接被吸收，返回高压甲铵冷凝器，循环利用。它工作的好坏直接影响高、低压，解吸水解系统的稳定运行和系统消耗，也决定着高压系统能否安全运行。

1 高压洗涤器结构及工作原理

荷兰型厂高压洗涤器主要由上部精馏吸收段、中部防爆空间、下部浸没式列管冷凝器和底部气体分布器组成，见图1。

从高压洗涤器结构图可以看出，高压洗涤器分为五个部分，上部为填料洗涤段，中部为鼓泡段，下部为浸没式列管冷凝段，球体部分为防爆空间和底部气体分布器。合成塔来的合成气，由球体上部N 1进入防爆空间。球体中间是填料洗涤段筒体，填料洗涤段筒体上开6个深2mm的槽，代替爆破板起防爆作用；洗涤后的尾气有爆炸的可能，一旦爆炸，防爆筒体就破裂，使爆炸后的高压气泄入合成气体中。

防爆空间由一层隔板将冷凝后易形成爆炸性气体的高浓度H2、O2与未经冷凝的高浓度NH3、C O2相对安全气体隔开，隔板上有6个导爆槽（防爆板），每个防爆板车有一道环形沟槽，规格为7mm×6 0 0mm×2mm（宽×高×厚），沟槽壁厚2mm，承受上下压差约0.5MP a。万一发生爆炸，则6个导爆槽首先爆破，两种气体混合稀释，迅速脱离爆炸区，避免事故扩大，破坏整个设备。

图1 尿素高压洗涤器结构图N 1—气体入口；N 2—气体出口；N 3—惰性气体入口；N 4—惰性气体出口；N 5—甲铵液入口；N 6—甲铵液出口；N 7—冷却水入口；N 8—冷却水出口；N 9—放空口；N 1 0—排液口；N 1 1—防爆膜接口；N 1 2—蒸汽进口；N 1 3—冷却液出口；N 1 4—放空口；N 1 5—人孔；N 1 6—温度计口

防爆球体外有伴热蒸汽管，防止物料低温冷凝结晶。N 2为防爆空间合成气出口，出N 2的合成气，沿高压洗涤器外管道从N 3进入高压洗涤器下部气体分布器。甲铵泵送来的甲铵液，由顶部N 5进入液体分布器，对出高压洗涤器的尾气进行洗涤吸收。洗涤液经循环漏斗口，沿中心循环管流至液封槽，溢流到高压洗涤器底部，合成气经气体分布器分散至甲铵液中，甲铵液与合成气充分混合后，进入冷却列管中。在冷却列管内部分NH3与C O2被冷凝吸收，其反应热被壳侧高调水带走。列管内是气液共存，故其密度小于中心循环管内的液体而自行循环。

然后，气液混合物便从冷却管上端进到中部鼓泡段。在此，未被冷凝吸收的气体分离出来，进入鲍尔环填料段，与高压甲铵泵送来的稀甲铵溶液逆向接触，NH3和C O2继续被吸收，剩余的气体通过N 4和高压洗涤器气相阀减压后送到低压吸收塔，充分吸收后放空。吸收了NH3与C O2的浓甲铵液，从溢流套筒的顶端溢流至环隙，而后从管N 6送出；还有一部分则流入循环漏斗，与填料吸收段来的甲铵液汇合，沿中心循环管返回到高压洗涤器底部，这样，强化溶液循环，从而提高冷却管的冷却效果。

2 高压洗涤器防爆筒体爆炸破裂的现象

总结各厂发生高压洗涤器防爆筒体爆炸破裂的现象如下：高调水无温差或温差极小；同等负荷下高压系统压力升高，升高曲线为锯齿形；甲铵泵送水仍畅通；高压洗涤器出液出气温度上升；高洗出气阀前后温差缩小；低压吸收塔满液，进出液温差缩小，且压力上升。

晋城某厂在2 0 1 1年1月1日凌晨5：0 0尿素系统封塔后开车。当打开高压洗涤器尾气排放阀HV 2 2 0 2时，发现高压洗涤器出气温度急剧上升，当时判断已经出问题；为进一步证明，系统投料开车后，发现高压洗涤器无热负荷，高调水进、出无温差，高压洗涤器下液温度和高压洗涤器出气温度偏高。减负荷仍然无法维持。通过认真分析，判断是高压洗涤器防爆筒体爆炸。停车排塔、置换、降温后，拆开高压洗涤器防爆球体人孔后发现，防爆筒体破裂，鲍尔环散落在球体内。见图2。

3 高压洗涤器防爆筒体爆炸的原因及预防措施

高压洗涤器爆炸一般发生在开停车阶段和其他非正常生产状态下（如短期停车、保温保压、减负操作，打水冲洗防堵等），高压洗涤器爆炸可分为化学爆炸和物理爆炸。

高压洗涤器防爆筒爆炸事故大体分两种：一种是外爆炸型，另一种是内压型。外爆炸型是由于在高压洗涤器防爆筒内部有大量惰性气体积存，由于静电、撞击、加热等原因引起爆炸，是导爆槽向外破裂或变形（属于化学爆炸）。内爆炸型是由于高压洗涤器列管和中心管堵塞，防爆筒外侧与合成塔气相连通，而防爆筒内侧与低压系统连通，并通过下液管与高压喷射器吸气室连通；由于列管和中心管堵塞，在防爆筒内侧与低压系统连通和高压喷射器的抽吸作用下，防爆筒的内外产生负压差，将防爆筒压破变形（属于物理爆炸）。

图2 防爆筒体破裂示意

3.1 防爆筒体物理爆炸原因及预防措施

（1）结晶堵塞管道、设备。高压洗涤器结晶是非常危险的，如果处理不及时，防爆筒体有被压破的危险。在停车（特别是断电、断蒸汽等）时，高压洗涤器防爆球体到高压洗涤器底部U型管经常因排放不尽，引起结晶堵塞，造成防爆筒体内外压差增大，防爆筒体破裂爆炸；高压洗涤器在运行或开车过程中，也会因高调水温度控制太低，列管内甲铵逐渐结晶，使防爆筒体内外压差增大，引起爆炸。

预防措施 加强日常巡回检查，确保高压洗涤器排放阀门畅通。系统封塔操作过程中，控制好高调温水温度；封塔后，要及时打开高压洗涤器排放阀门，确认排净后，再关闭阀门并冲洗管线。开车前须检查确认高压洗涤器底部畅通无堵塞。正常生产时控制好高调水温度。

（2）防爆筒体导爆槽因腐蚀减薄或加工缺陷，不能承受应受压差导致爆炸。导爆槽中央薄壁厚度仅为2mm，而尿素高压设备的年腐蚀速率一般在0.0 3～0.0 5mm，故需要定期检查。

预防措施 ①防爆板材质宜选用2 5－2 2－2，加工时，防爆板沟槽宜采用圆弧过渡，避免应力腐蚀；②停车排放后应保证升温钝化质量与时间；③开停车及生产中避免系统局部超温，确保防腐空气或添加的H2O2量，防止不锈钢表面钝化膜活化，加剧腐蚀；④ 当系统运行时间达到或超过一年时，一旦停车检修，应对防爆板进行检查。

（3）开车和生产中系统升压过快，高压洗涤器气相阀关闭过猛、C O2倒流、合成塔满液、高调水泵跳车等原因使高压系统压力突升；或生产和停车时，高压洗涤器气相阀开启幅度过大，卸压过猛等造成防爆筒体内外压差过大，被压破或拉裂（国内绝大多数厂家高压洗涤器防爆板破损均属此类型）。

预防措施 严格控制高压系统的升降压速率在指标内（6MP a／h）。系统封塔操作过程中，应采取分步缓慢关闭高压压力调节阀的操作方式，确保防爆板两面受压均衡。

3.2 防爆筒体化学爆炸原因及预防措施

可燃物、助燃物（氧化剂）和点火源是燃烧和爆炸的三个基本条件，统称三要素。尿素生产过程存在化学爆炸三要素：可燃性气体、助燃物、点火源。

3.2.1 可燃气体

脱碳工序无论采用化学方法还是物理方法，送到尿素装置的原料气C O2中都含有H2、C O和CH4之类的可燃性气体；送入尿素的液氨中也溶有H2、CH4之类的可燃性气体。

预防措施

（1）严格控制好原料氨和C O2的纯度

保证生产中有充足合格的氨和C O2。合成系统送往尿素的氨应供充足，不得断氨，不能使弛放气窜入尿素系统，尽量使新鲜NH3通过球罐后再送尿素，严禁直接送氨。原料纯度要求：C O2≥9 8.5%（体积分率，下同），N2≤0.4%，H2≤0.3%，总硫≤1×1 0－6；NH3≥9 9.8%、油≤1 0×1 0－6。

一旦C O2气中H2含量超标，生产中必须降低高压洗涤器的冷凝程度，增大高压系统氨碳比，增加高压洗涤器的尾气排放量，确保不发生爆炸。

（2）保证脱氢装置运行正常

脱氢催化剂在使用过程中易发生硫、C O、 NH3、油中毒，积炭，从而使催化剂失活，造成入塔气体中H2含量增高，高压洗涤器尾气中H2含量增高，可能使尾气组成进入爆炸范围内。因此，要加强入合成塔C O2气体中H2含量的分析，监控催化剂的活性，失活后要及时更换；加强C O2压缩机排油水；严格控制原料C O2气体中硫、C O、NH3的进入，保证脱氢催化剂的正常使用。

（3）防止形成爆炸组成

由于混合气体中NH3含量对爆炸区域影响较大，NH3含量增加，爆炸范围缩小；反之，爆炸范围扩大。因此在生产中控制好高压洗涤器的洗NH3程度，就可使尾气处于爆炸范围外。

在高压系统开车出料时，减氨过早，如汽提塔未带上负荷，其壳侧高压蒸汽压力P I C 9 0 4未提起就减氨，致使尾气氨含量下降，由于惰气总量不变，故氢气含量相对上升；低压汽包压力降低过早，使高压甲铵冷凝器内NH3、C O2过度冷凝，减少了合成塔出气量，进入高洗后形成可爆气体；甲铵泵打水过早过多，过早停高调水夹套蒸汽，或高调水温降低，使高压洗涤器内气体冷凝量加大，出气进入爆炸范围。

预防措施 控制高压洗涤器内混合气体中氢和氧的浓度，使之处于爆炸范围之外。主要是对高压洗涤器操作温度的控制，控制了温度也就是控制了气体中氨的浓度，温度高气体中氨含量就高，氢和氧的浓度也相应低，爆炸范围缩小；反之，温度低氢和氧则高，爆炸范围扩大。所以，严格按照工艺指标要求的温度操作，控制好高压洗涤器的洗NH3程度，就可使尾气处于爆炸范围外。生产中加强高调水温度控制，保证高压洗涤器下液温度不小于1 5 5℃，高压洗涤器惰气排放温度要大于1 2 0℃，减负荷时要及时提高高调水温度。

正常生产时，通过调节高调水温度不低于1 1 0℃，调节高压甲铵泵的加水量与负荷相适应来严格控制高压洗涤器出液温度不低于1 5 5℃，就可使尾气组成处于爆炸范围外。

封塔保温保压期间，特别是在停蒸汽的情况下，一般要求尿素排塔停车。如果不能，则高压气相部分要保持流通，避免高压洗涤器气相阀HV 2 0 2全部关闭，控制高调水温不低于1 2 5℃，防止系统中的NH3、C O2充分冷凝吸收，气体中的O2、H2浓度升高，形成爆炸性气体。

投料时，控制高调水温不低于1 2 5℃，要提高出料时合成液的温度，并使之尽快达到正常。如果出液温度较低，在合成液显示液位后，可短时间增大排放量，使高压洗涤器压力降低，使混合气体爆炸范围缩小。如此温度低于1 5 0℃，洗涤器尾气就可能进入燃爆区，此时一遇火源或静电就会出现尾气燃爆。而引起洗涤器出液温度突然下降的根本原因是出料时合成液温度低，与之平衡的合成气中NH3和C O2含量减少，在洗涤器尾气排放量不变的情况下，洗涤器内吸收的NH3和C O2减少，甲铵生成反应热随之减少，其出液温度下降。虽然系统出料时易造成洗涤器尾气燃爆，但如果操作得当，完全可以避免。

停车封塔过程中HV 2 2 0 2要始终要留2%的开度，不关死HV 2 2 0 2切断阀，冲洗HV 2 2 0 2前后应适量；开车过程中，应开大HV 2 2 0 2，保证高洗尾气不进入爆炸范围；C O2中氢≥1%不能投料开车；出料时保证高调水温度T R 2 2 0 7不低于1 2 5℃，停车封塔期间T R 2 2 0 7不低于1 2 0℃；开车时，甲铵泵投入系统前及时开HV 2 2 0 2；出料后，减氨不要减得过快，一定要在高压汽包压力提上去后，再逐渐降低；出料后，不要过快过早降低汽包压力，要等汽提塔带上负荷，大量物料由此返回，高压洗涤器工作稳定，高调水温差大于8℃时，再降低压汽包压力与该负荷相对应。

3.2.2 助燃物

为了设备和管道的防腐，需向原料C O2气体中添加空气（O2），C O2汽提法空气添加量为C O2混合气体的3%～4%（使氧含量为0.6%～0.8%）。

预防措施 严格控制C O2气体中的氧含量。在满足设备、管道防腐需要的情况下，尽量减少空气（O2）的加入量，正常生产时要控制加氧指标在低限（0.6%）。

3.2.3 点火源

（1）冲击

工艺设备和管道在安装和维修过程中，会残留焊瘤、焊渣、砂粒，高压洗涤器鲍尔环填料吸附的结炭层脱落碎屑，这类固体粒子与气体一起高速流动，在弯头、缩口等变向处冲击壁面，其动能转变为热量成为点火源。

预防措施 工艺设备和管道在安装和维修完毕后要清理吹扫干净内部杂物。

（2）静电

气体在设备和管道内高速流动与壁面摩擦即产生静电，静电会积聚在尖端和孤立体上（例如阀芯，两端导电不好的管段等），当这些孤立带电体附近的电场强度超过气体的破坏电场强度时，即产生某种放电现象。

设备、管道等接地措施效果不好，造成高压洗涤器内静电积聚，静电在可燃气体中产生放电现象（如果静电接地效果好，会及时导出），电能转化成为热能从而使可燃性气体的温度上升或进入系统的油聚积达到自燃，而引起爆炸。

预防措施 建立良好的接地系统，防止静电积聚。并定期检验接地系统，有无损坏，螺丝是否松动，并要掌握接地电阻的变化情况，使接地系统始终保持完好状态。其次，要防止油进入系统。

4 高压洗涤器防爆筒体日常操作常见问题

（1）如在升温钝化时发现高压洗涤器下液温度大于合成塔气相温度，则说明高压洗涤器进口管堵塞，应立即处理，以免压破防爆板。

（2）在用C O2进行系统升压时，应缓慢增加压力，不能过快。

（3）在投料过程中应注意高压洗涤器气相阀HP V 2 2 0 2不能猛开猛关。

（4）C O2不能提前退出系统，那样会使高压洗涤器内部二氧化碳浓度低，生成甲铵液后NH3过剩。

（5）在停车冲洗高压洗涤器时，控制好高压洗涤器尾气排放阀HP V 2 2 0 2。具体操作为，在用甲铵泵冲洗高压洗涤器时，高压洗涤器尾气排放阀HP V 2 2 0 2开度大于1 5%，防止NH3、C O2被充分吸收，防爆筒内可燃气体（H2、O2）浓度急剧增加，达到爆炸极限。

（6）停车时中压蒸汽压力波动大，高调水提温速度过慢，NH3、C O2被充分冷凝，会增加可燃气体浓度；或者高调水温度低，造成高压洗涤器列管结晶堵塞。具体操作为，在停车前打开高调水夹套蒸汽阀，提高调水进液温度至1 2 5℃。停车后高压洗涤器内热负荷减小，通过加热方法维持高调水温度在高限，防止高调水温度低，高压洗涤器内过度吸收冷凝或结晶堵塞。

（7）在停车时高压洗涤器一定要排放冲洗干净并彻底排放积液。具体操作为，停车时首先打开高压洗涤器排放阀，排放高压洗涤器内部甲铵液，然后一台甲铵泵打循环，另一甲铵泵打水至高压洗涤器。同时，液氨退出系统，用冲洗水泵冲洗氨管线。此操作维持1 5m i n。甲铵泵与氨管线冲洗同时停止，目的是让冲洗高压洗涤器的水通过高压喷射器带离高压洗涤器，同时也冲洗了甲铵泵出口管线、高压洗涤器下液管线、高压喷射器出口管线。注意高压洗涤器下液管线两个温度点T R 2 2 0 5、T R 2 2 1 5和高压喷射器出口管线温度点T R 2 2 1 4，是否同步、同趋势变化。由此可判断高压洗涤器相关管线是否畅通。最后通过排放双阀间导淋排出的是气，说明高压洗涤器内部积液排净。高压系统停车后，合成塔仍有从溶液中释放出来的气体进入高压洗涤器。如果设备中有积液，容易使其浓度提高而结晶堵塞列管。（在甲铵泵向高压洗涤器打水和冲洗水泵冲洗氨管线时，蒸汽冷凝液泵的其他用户停止使用冷凝液。因为蒸汽冷凝液用量过大，将影响甲铵泵和冲洗水泵入口冷凝液的压力，如果入口压力低影响到泵的打量，最终影响到冲洗效果。）

（8）封塔过程中控制好高压洗涤器尾气排放阀HP V 2 2 0 2开度。具体操作为，在封塔过程中高压洗涤器尾气排放阀HP V 2 2 0 2开度在2%～5%，严禁HP V 2 2 0 2全部关闭，防止系统中的NH3、C O2被充分冷凝吸收，气体中H2与O2的浓度增高，形成爆炸性气体，H2含量进入爆炸极限范围。投料开车打开HV 2 2 0 2时，由于开阀过快或气体摩擦导致起火引爆气体。

（9）排塔过程中高压洗涤器尾气排放阀HP V 2 2 0 2大幅度打开，会使高压洗涤器防爆筒内的气体形成高速流体，高速流体产生静电引起爆炸。

5 结 语

采用荷兰斯塔米卡邦公司专利技术的二氧化碳汽提法尿素工艺在生产中虽然在开停车或运行过程中存在高压洗涤器爆炸的危险，但只要思想上提高认识，加强管理，严格执行各项规程和工艺指标，加强对操作人员乃至管理人员的业务培训，提高操作技能和准确分析判断事故的能力，采取正确的防范措施，高压洗涤器的爆炸问题还是可以避免的。