一、重點部位及設備
(一)重點部位
1.轉化系統
轉化系統由二段轉化爐、二段轉化爐、廢熱鍋爐以及燃料燃燒、煙氣廢熱回收設備組成。高溫設備集中,一段爐爐膛高達1300℃,二段爐出口950℃,廢熱鍋爐產生IOMPa(表)高壓蒸汽。設備內為易燃、易爆氣體,壓力達4MPa(表)。
轉化系統是裝置中的高溫區,其特點是高溫、高壓、易燃、易爆、有毒。若發生超溫,易造成設備損壞,工藝氣體泄漏,而引發重大火災,爆炸事故。
2.合成系統
合成系統由合成塔、水加熱器、熱交換器、冷交換器、水冷器、氨冷器、氨分離器等高壓設備組成。是裝置中高壓設備集中的區域。設備壓力等級一般為20~25MPa(表)。設備內工藝介質為H2、N2、NH3等。
由于壓力高,設備發生泄漏,易造成火災、中毒、爆炸事故。如設備存在缺陷或產生氫脆、產生裂紋,在發生物理爆炸的同時,還可發生化學爆炸,往往造成災難性的后果。
(二)重點設備
1.一段轉化爐
一段轉化爐承擔著將原料烴類與蒸汽發生反應制取原料氣的任務。其操作、運行是否正常影響到整個裝置的安全運行,是裝置中結構復雜,操作條件苛刻的關鍵設備。一段轉化爐曲輻射段、對流段及燃料系統組成。輻射段一般有幾百根轉化爐管,爐管內裝填催化劑,烴類與水蒸氣在爐管內反應。爐管外用燃料氣(油)燃燒形成的火焰直接加熱,爐管外壁溫度高達900-950℃,爐管內壓力為4MPa(表),運行條件比較苛刻。對流段為有效回收熱能,采傭多種工藝物料與煙氣換熱,換熱方式較復雜。一段轉化爐在生產中,如發生催化劑中毒、結碳,水碳比失調,燃料系統故障、爐管超溫等都可造成事故。如發生設備損壞、泄漏還可引發重大火災、爆炸事故。
2.壓縮透平機組
合成氨裝置有合成氣壓縮機、氨氣壓縮機、工藝空氣壓縮機、原料氣壓縮機四大機組采用離心式多級壓縮機組,用蒸汽透平驅動。原料氣壓縮機壓縮氣體為天然氣或干氣,出口壓力4MPa(表);氨氣壓縮機壓縮氣氨,出口壓力1.6—1.8MPa(表);工藝空氣壓縮機壓縮空氣,出口壓力4MPa(表);最重要的是合成氣壓縮機,壓縮氣體為H2、N2氣體,出口壓力—般為20—25MPa(表),采用10MPa(表)高壓蒸汽透平驅動,轉速可達11000r/min,被稱為合成氨裝置的“心臟”。
大機組一般在高溫、高壓、高轉速下運行,密封、潤滑條件要求高,調節控制系統復雜。運行中如發生喘振、氣體帶液、軸瓦磨損、密封損壞、軸位移高等都可造成機組故障。由于結構復雜,維護保養、檢修安裝要求高。如維護不當,檢修安裝未達到精度標準,也容易發生設備故障。而四大機組均為單系列運行,無備用機組,任何一臺機組的停機,都可造成全裝置停車。而且泄漏出來的NH3、H2、N2,原料氣還可造成重大的火災、爆炸、中毒事故。
3.合成塔
合成塔是裝置的主要設備,氫氣與氮氣在合成塔內反應生成氨。合成塔是高溫、高壓設備,工作壓力20~25MPa(表),反應溫度500℃左右。由承受高壓的外殼及承受高溫的內件組成。內件由熱交換器及觸煤筐組成,觸煤筐內充填合成觸煤,內件結構比較復雜。
合成塔運行中,如發生觸煤中毒、觸煤超溫、入塔H2/N2比失調等,可造成裝置運行正常或停車。塔內件如壓差過大,可引起內件變形,而造成重大設備事故。
氮氣、氫氣在高溫、高壓下會對金屬材料發生滲氮、氫脆脫碳腐蝕。外殼發生超溫,是十分危險的,可使設備材料遭受破壞,造成災難性的后果。???
二、危險因素分析及其防范措施
合成氨裝置采用的原料、燃料、過程產物及產品大多為甲類、乙類火災危險性物質,其中還有有毒物質,操作又在高溫、高壓下進行。其生產特點為:高溫、高壓、易燃、易爆易中毒。由于主要設備為單系列,因而設備一旦發生故障,往往會造成全裝置停車。故障處理不當,甚至造成重大事故發生。???
(一)裝置事故統計分析???
我國70年代引進的大型合成氨裝置,在生產初期曾頻繁發生事故。自1977年至1979年三年間,十一套裝置曾發生人身傷亡事故43次,重大停車事故307次。停車事故中以設備事故最多,停車次數為199次,占事故總數的64.82%。詳見表7—5。???
設備重大停車事故共199次,按設備類別分,見表7—6。
其中,主要設備發生重大停車事故54次,以合成氣壓縮機發生停車事故最多,為30次。詳見表7—7。