合成氨装置夏季安全运行措施

2019-02-18 00:11郜慧勇
山西化工 2019年3期
关键词:合成氨工段发生爆炸

郜慧勇

(山西晋煤天源化工有限公司,山西 高平 048400)

合成氨工业是现代化工工业的基础,是农业肥料和化工原料的主要来源。最初的合成氨工业诞生于二十世纪初期,主要为军事工业服务,而到第一次世界大战后期,合成氨工业开始转向民用生产,而第二次世界大战后,随着合成氨工业技术的快速发展,各类合成氨产品在民用领域和军用领域都占有举足轻重的地位。

合成氨工艺的主要反应历程为N2和H2反应生成NH3,这个反应是一个可逆反应,为了提高反应的转化率、提高反应速度,工业上的合成氨反应是在高温、高压下进行的。而在反应全过程,不能有空气、硫化物、碳化物和重金属的混入,如果混有杂质很容易造成生产效率的下降和催化剂的中毒,更为严重的是容易发生安全事故。合成氨工业的原料来源多样,目前世界范围内用于合成氨工业的原料主要有焦炭、煤、焦炉气、天然气、石脑油、重油等。天然气作为天然气原料具有运输方便、能耗低、投资小等天然优势,是合成氨工业的理想原料,美国等发达国家天然气储量充足,主要用天然气进行合成氨生产。而天然气储备匮乏的国家则注重使用石脑油为原料进行生产,石脑油作为生产原料可以使用与天然气相同的生产工艺和装备,在技术上不存在困难,但是石脑油由于价格相比天然气不具备优势,所有生产成本较高。我国在矿产资源上煤炭储量较大,而天然气和石油储量较小,所以我国合成氨工业尤其是中小型合成氨工业主要以焦炭和煤为主要原料,但是随着我国合成氨工业水平的提升和环境治理力度的加大,我国的合成氨工业也逐步开始用天然气为原料。以煤和焦炭为主要原料的合成氨工艺主要在我国中小型合成氨企业以及位于煤炭产区合成氨企业。以煤和焦炭为原料的合成氨工艺主要分为造气、净化、压缩和合成四个阶段,主要采用的是哈伯-博施流程以及在此基础上的改进方法。区别于天然气、石脑油和重油为原料的工艺方法,哈伯-博施工艺流程在制备上工艺步骤较少,设备较为简单。比如山西晋煤天源化工有限公司采用的工艺:固定床间歇造气,半水煤气先经压缩机压缩后经过脱硫、脱碳,然后经过压缩机二次提压进入合成氨工段。

合成氨工艺原料本身就具有一定的危险性,均是易燃、易爆的危险气体,而反应过程中均是在高温高压中进行,整个反应全过程对操作者的安全意识都有极高的要求。作为反应产物,无论是液态氨水还是农业肥料,本身都具有毒性,特别是氨肥还属于易爆物质,这对于产品的储存和运输都提出了较高的要求。而在合成氨生产全过程,生产者必须保证合成过程中的设备处于安全的状态,否则极易出现生产事故。

1 合成氨工艺中的危险源

在各类合成氨生产企业中,面对的最大危险源是企业从生产原料、中间产物和最后的产品都包括了大量易燃、易爆和有毒化学品。最开始的原料气的制备过程中,以天然气作为原料的合成氨工艺中,天然气作为一种极易燃烧和爆炸的气体原料,其本身就具有较高的危险性。而以水煤气为生产原料的合成氨企业,水煤气的主要成分是CO和H2,两者都是易燃易爆气体,而CO则具有一定的毒性,如发生泄漏则危害生产人员的生命安全。天然气、CO、H2如果泄漏到空气中,达到一定的密度,遇到明火就会发生爆炸。而合成氨工艺在生产过程中还会产生H2S、NH3等产品。H2S在空气中遇到明火也会发生爆炸,遇到氧化剂时发生剧烈反应,发生爆炸。H2S本身的爆炸极限也非常低,进一步增加的生产的风险。H2S爆炸后产生SO2,具有极大的毒性,危害程度极高。氨气作为合成氨工业的产品在企业内必然大量存放,氨气本身具有刺激性的恶臭味,当空气中存在17%的氨气时则可以发生爆炸。氨气泄漏则会造成大面积的污染和中毒。夏天天气炎热,这些本身容易气化的各类气体更容易泄漏出来,给企业的生产带来了一定的安全隐患。

在合成氨装置的运行过程中,由于全过程均是在高温高压下反应,无论是机械故障还是混入空气也都极易发生爆炸事故。工业合成氨的主要工艺步骤分为:造气、半水煤气脱硫、压缩工段、变换工段、变换气脱硫工段、碳化工段、脱碳工段、双甲工段和最后的氨合成工段。从最初的造气工段开始,反应炉内温度就高达500 ℃左右,整个反应历程都是在高温和高压下进行的。在高温高压下,气体爆炸极限不再遵守常压下的数据,一旦有空气混入就极易发生爆炸事故。在1999年三明化工总厂合成氨装置吸入空气后发生爆炸,造成人员伤亡和重大财产损失。同时高温高压气体在进行反应或者管道运输时,由于本身压力较高极易发生泄漏,一旦遇到明火则易发生爆炸。2009年日本昭田川崎工厂合成氨装置发生泄漏进而引发爆炸并同时引发大火,造成17人死亡,63人受伤的重大事故。夏天降水多,空气湿度较高,各种设备管路在潮湿的环境下极易发生腐蚀进而发生泄漏事故,所以一定要加强巡检,防止事故的发生。

在合成氨反应过程中,要严格按照生产规程进行生产,防止人为造成的设备超压而引起爆炸,同时对于设备的阀门、法兰盘要严格操作,频繁巡检,防止因为操作不到位或者设备老化发生的生产事故。在合成氨生产过程中,所涉及的反应设备众多,各类阀门数量众多。在日常的生产活动中,设备操作的复杂极易造成工人操作上的失误进而引发事故。尤其是在夏季,炎热的天气往往使得操作人员困顿不堪,极容易造成各类事故。2016年河南晋开化工投资控股集团有限公司压缩工段一个进气口压盖泄漏,泄漏的为H2和N2混合物,引发火灾。部门阀门的开关错误还可以使得高压气体窜入其他反应器,造成事故。

夏季气温较高,加之各类机械设备运动部件摩擦产生高温极易造成润滑油、液压油等设备油料气化而发生机械事故。在夏季企业内各种储罐内的化工产品更易挥发,挥发达到一定浓度则易造成爆燃事故。夏季雨水较多,雨水和湿润的空气容易在空气压缩机入口过滤器上凝结,进而导致空气压缩机吸气困难而造成事故。

2 合成氨工艺中的危险防控措施

对于合成氨工艺中的危险防控,首先应对上岗工人进行系统的安全培训。合成氨工业本身具有较高的危险性,其原料、工艺、产品都具有一定的危险性,必须对生产一线工人进行系统的安全生产培训。在培训过程中,还应针对夏季生产的实际情况,进行有针对的讲解。我国目前合成氨工业从业人员知识涵养层次不齐,既有高学历的专业人才,也有学历稍差的普通从业者。即使是高学历人才,在学校也缺少针对合成氨的系统安全教育,所以必须在企业内建立起系统的安全教育措施,提高所有职工的安全意识。在日常的生产活动中,应严格执行企业内的安全生产规定制度,保证所有操作都在安全制度的框架下执行。

其次,应提高企业的自动化安全监控水平。目前,我国大部分的合成氨企业的生产自动化水平较之以前有了很大程度的提高,但是目前的企业生产自动化控制主要集中在对于主反应器的控制上,而对于各级管路、储罐、阀门的控制还存在缺陷,没有实现完全的自动化。我国的企业内自动化安全监控系统还处于建设阶段,很多企业的安全监控仍然以人力为主,无法对生产的安全情况进行全方位的监控。应建立起覆盖整个生产流程的自动化生产系统和安全监控系统,对反应的温度、压力、原料输送情况、设备运转情况、储罐的储存情况、厂区内危险气体的含量等数据进行全方位的监控,提前发现各类人为操作上的失误,保证厂区的安全平稳运行。在造气工段要严格防止空气混入原料气而引起的爆炸事故,在反应设备内放置氧气测量装置,一旦发生异常,立刻停车处理。在净化工段,应设置必要的液封、止逆装置,防止下游气体倒流。为防止可燃气体进入空气,应在所有敏感部位放置在线可燃气体监测报警器,一旦发生泄漏,马上进行处理。

再次,应加强企业的安全管理水平,对于反应釜、高压设备等危险源做到定期巡检,把危险因素都控制在可控范围之内。对于安全检测警报器,应定期巡检,保证警报器的正常运行。同时,针对夏季的特点,对于容易锈蚀的部位应加强巡检,防止因为锈蚀而产生的安全事故。

3 结语

合成氨工业是危险源较多的行业,为了保证生产的顺利进行,必须提高企业的安全意识,加强人员培训,做好定时安检工作,保证生产的顺利进行。

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