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尿素裝置高壓洗滌器安全運(yùn)行淺析
摘要:分析尿素裝置高壓洗滌器發(fā)生的事故,提出尿素裝置高壓洗滌器安全運(yùn)行管理措施,提高設(shè)備運(yùn)行安全性。Key:高壓洗滌器;防爆筒;運(yùn)行管理0前言高壓甲銨洗滌器是尿素CO2汽提工藝中四臺(tái)高壓設(shè)備之一,其作用是利用甲銨溶液在高壓條件下吸收來(lái)自從成塔氣相中的NH3和CO2。如圖1所示,其上部為填料洗滌吸收段和球形防爆空間、下部為列管換熱段和氣體分布器。填料吸收段在防爆空間內(nèi)部,填料洗滌段筒體上開(kāi)6個(gè)深2mm的槽,代替爆破板起防爆作用。球形防爆空間作用是在防爆筒爆炸沖擊破裂后,球形空間中來(lái)自合成塔的非爆炸性氣體與之混合,起到緩沖和息爆作用,防止事故擴(kuò)大。下部列管段為浸沒(méi)式換熱器,來(lái)自合成塔的氣相經(jīng)球形空間進(jìn)入氣體分布器,與經(jīng)過(guò)洗滌段來(lái)的稀甲銨液一起并流進(jìn)入列管,殼側(cè)冷卻介質(zhì)是高壓調(diào)溫水。1案例分析案例一:某尿素裝置在封塔36h后開(kāi)車(chē),投料后高壓甲銨洗滌器調(diào)溫水一直沒(méi)有出現(xiàn)溫差,高壓系統(tǒng)壓力上漲較快,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)排查發(fā)現(xiàn)氣相循環(huán)管線法蘭溫度偏低,判斷此管線出現(xiàn)結(jié)晶堵塞,防爆筒在高壓差下已經(jīng)破裂。為確認(rèn)防爆筒已破裂,提高調(diào)水溫度至140℃,并對(duì)此管線打水確認(rèn)后,二次投料,系統(tǒng)還是出現(xiàn)上述異?,F(xiàn)象。拆開(kāi)上下封頭后發(fā)現(xiàn)防爆筒由內(nèi)向外發(fā)生破裂。通過(guò)防爆筒體破裂方向分析,破裂原因是內(nèi)部壓力高于防爆空間壓力造成,可能在封塔或投料期間發(fā)生閃爆。案例二:某尿素裝置因合成氨裝置停車(chē),尿素裝置高壓封塔,由于停車(chē)過(guò)程中蒸汽緊張,高壓調(diào)溫水溫度下降較快,最低為91℃。在次日系統(tǒng)投料過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)高壓系統(tǒng)壓力上漲較快,且高壓洗滌器無(wú)熱量交換,高調(diào)水進(jìn)出口無(wú)溫差。通過(guò)分析判定是高壓洗滌器防爆筒破裂,來(lái)自合成的氣相未經(jīng)過(guò)列管換熱,直接走短路進(jìn)入上部洗滌段。停止投料后,進(jìn)行排塔、置換、降溫后,打開(kāi)高壓洗滌器上下封頭、球形空間人孔后發(fā)現(xiàn)防爆筒產(chǎn)生由外向內(nèi)變形,焊縫破裂。案例三:某大型尿素裝置在正常生產(chǎn)中,發(fā)現(xiàn)高壓調(diào)溫水中有氨味,經(jīng)過(guò)分析氨濃度達(dá)0.3%,未在其中檢測(cè)出尿素,懷疑是高壓洗滌器換熱段有泄漏。工藝人員對(duì)高調(diào)水進(jìn)行排放置換,氨濃度下降后停止置換,通過(guò)連續(xù)取樣分析對(duì)比,計(jì)算出平均泄漏量,較小,判斷泄漏為焊縫或列管出現(xiàn)裂紋。一周后裝置停車(chē)檢修,對(duì)換熱段進(jìn)行氨滲漏、氦滲漏和渦流檢測(cè),最終確認(rèn)有27根換熱列管有泄漏,對(duì)泄漏列管進(jìn)行堵管處理。開(kāi)車(chē)后發(fā)現(xiàn)仍存在少量泄漏,監(jiān)控運(yùn)行至裝置大修,大修期間更換全部列管,將列管材質(zhì)由316L更換為更高等級(jí)的25-22-2不銹鋼。以上三個(gè)案例是尿素高壓洗滌器發(fā)生的常見(jiàn)典型事故,一是防爆筒因尾氣爆炸引起爆裂,二是因內(nèi)外介質(zhì)壓差增大,擠破防爆筒,三是因列管、焊接處因腐蝕造成列管、焊縫泄漏。防爆筒因爆炸引起爆裂,主要是因?yàn)槲矚鈫?wèn)題未引起足夠的重視。一般情況下,原料CO2氣中含H2體積分?jǐn)?shù)在0.6%~1.0%,如果在進(jìn)入高壓系統(tǒng)前沒(méi)有有效的脫氫,這部分氫氣直接進(jìn)入高壓合成系統(tǒng),最終進(jìn)入尾氣系統(tǒng),在這里NH3大部分被吸收后,尾氣組分就有可能進(jìn)入爆炸極限,在靜電引發(fā)下發(fā)生爆炸。防爆筒因外力造成破裂,主要是由于防爆筒內(nèi)外壓差增大,導(dǎo)致擠壓變形、撐破防爆筒導(dǎo)爆槽。因防爆筒設(shè)計(jì)上是為了在筒內(nèi)發(fā)生爆炸時(shí)能夠快速釋放能量,防爆筒是不能承受壓差的。如果列管、中心降液管、氣相循環(huán)管線等,任何一處因甲銨結(jié)晶堵塞,都會(huì)造成防爆筒內(nèi)外壓差增大,導(dǎo)致其變形甚至破裂。列管泄漏主要原因是管板焊接處、列管本身因腐蝕減薄,以及應(yīng)力腐蝕造成列管出現(xiàn)裂紋等。高溫高壓的甲銨溶液具有較強(qiáng)的腐蝕性,如果管板角焊縫焊接質(zhì)量及材質(zhì)達(dá)不到要求,運(yùn)行過(guò)程中因高壓差就會(huì)發(fā)生泄漏。另外,因殼側(cè)高調(diào)水(蒸汽冷凝液)中氯離子濃度超標(biāo),列管在高溫、高壓工況下發(fā)生應(yīng)力腐蝕、產(chǎn)生裂紋,也會(huì)導(dǎo)致工藝介質(zhì)漏入蒸汽冷凝液系統(tǒng)中。因以上事故的發(fā)生,都會(huì)導(dǎo)致裝置較長(zhǎng)時(shí)間停產(chǎn)檢修,造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。下面從設(shè)備本質(zhì)安全,運(yùn)行維護(hù)安全的角度對(duì)高壓甲銨洗滌器安全運(yùn)行進(jìn)行分析。2高壓甲銨洗滌器安全運(yùn)行管理措施2.1本質(zhì)安全本質(zhì)安全是指設(shè)備、設(shè)施或技術(shù)工藝含有內(nèi)在的、能夠從根本上防止發(fā)生事故的功能,從本質(zhì)上實(shí)現(xiàn)安全化,從根本上消除事故發(fā)生的可能性,從而達(dá)到預(yù)防事故發(fā)生的目的。應(yīng)用二氧化碳脫氫技術(shù)就是從源頭上消除高壓洗滌器尾氣達(dá)到爆炸區(qū)域的可能。在一定的溫度壓力下,使用脫氫催化劑將原料氣中的氫氣等具有爆炸性的氣體脫除,出氣中殘余氫氣體積含量小于50ppm。使尿素裝置高壓洗滌器尾氣成分始終在爆炸極限之外,即從本質(zhì)上保證了運(yùn)行安全。脫氫裝置可設(shè)在CO2壓縮機(jī)段間,也可設(shè)在CO2壓縮機(jī)的末段,具體位置配置根據(jù)裝置的實(shí)際情況而定。目前國(guó)產(chǎn)脫氫催化劑使用壽命3年左右,能夠滿足使用一個(gè)裝置大修周期,工藝條件較好的氣頭尿素裝置可安全使用6年以上,我廠脫氫催化劑使用周期都在6年以上。2.2運(yùn)行管理高壓甲銨洗滌器事故大多是發(fā)生在裝置停車(chē)或開(kāi)車(chē)過(guò)程中。停車(chē)后排放、沖洗置換不徹底會(huì)導(dǎo)致列管及管道結(jié)晶堵塞,同時(shí)開(kāi)停車(chē)及封塔期間監(jiān)控措施執(zhí)行不到位也會(huì)引起事故的發(fā)生。所以一方面應(yīng)制定完善的裝置停開(kāi)車(chē)及封塔管控措施,做到員工培訓(xùn)到位,防止發(fā)生結(jié)晶堵塞,如強(qiáng)化停車(chē)時(shí)對(duì)殘存甲銨液的排放操作,明確規(guī)定排放、沖洗的參數(shù)指標(biāo)變化趨勢(shì);另一方面要充分汲取同類型裝置事故教訓(xùn),適當(dāng)增加監(jiān)控措施和手段,及時(shí)發(fā)現(xiàn)局部參數(shù)的變化,及時(shí)采取相應(yīng)的處理措施,如在易結(jié)晶部位增設(shè)溫度、壓力監(jiān)控,定期檢查管線暢通情況等。為了防止因蒸汽冷凝液中進(jìn)入氯離子,列管發(fā)生應(yīng)力腐蝕。增設(shè)殼側(cè)高壓調(diào)溫水在線電導(dǎo)監(jiān)測(cè)儀,采取連續(xù)排放及增加分析頻率等措施,加強(qiáng)對(duì)殼側(cè)蒸汽冷凝液指標(biāo)的監(jiān)控。尤其是在裝置停車(chē)期間,蒸汽冷凝液系統(tǒng)壓力降低,與之換熱的循環(huán)水因換熱器泄漏易發(fā)生循環(huán)水漏入蒸汽冷凝液系統(tǒng)的情況,專門(mén)制定工藝措施,并加強(qiáng)對(duì)此類換熱器的泄漏檢查。2.3檢修管理為了使設(shè)備恢復(fù)生產(chǎn)效能,延長(zhǎng)設(shè)備使用周期,必須進(jìn)行定期的設(shè)備檢修、檢查。尤其是對(duì)于高壓甲銨洗滌器高溫、高壓、工藝介質(zhì)腐蝕性強(qiáng)的設(shè)備,應(yīng)制定科學(xué)全面的檢修方案,定期進(jìn)行全面的檢查,包括列管襯里側(cè)厚,焊縫探傷檢查,防爆筒完好情況檢查,必要時(shí)還需
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