合成氨装置一段转化炉的安全性分析

合成氨装置一段转化炉的安全性分析

一段转化炉是齐鲁石化公司第二化肥处理装置的重要设备。由于近年来天然气的需求不足，我们于1996年3月开始改造期间的天然气（柴油）气油系统。此外，为了补充天然气、砖瓦气等内部供应原料，增加了缓冲气和其他燃料。1999年4月，剩余油被燃烧并重新排列。由于其易于化、高压、低运行环境差等原因，出现了多次泄漏和燃烧，这对设备的正常运行和操作人员的安全构成了威胁。为确保一段炉安稳运行,特对一段炉的危险性进行分析,并提出防范措施,以避免事故的发生。1煤尾上下输气、下集气、上集气流程来自油田的天然气经过除尘、压缩及脱硫后,与压力4.0MPa的过热蒸汽,按水碳比为3.55混合后去一段炉对流段第1组预热,使温度升高到510℃,然后分成10路进入10根进气支管,又通过炉内10排共400根转化管猪尾管由上而下进入转化管,依靠顶部220个烧嘴燃烧天然气和弛放气外部供热,进行甲烷转化反应,使甲烷含量降到8.4%(Vol%)。转化气汇集于下集气管进入上升管,气体由下而上流动时进一步被加热,从顶部出来进入上集气管后进入二段炉。流程简图如图1所示。一段转化炉分辐射段和对流段两部分。为了回收热量,在对流段先后有原料预热器、空气预热器、蒸汽过热器、烟道气废热锅炉、锅炉给水预热器、燃料气预热器、辅锅空气预热器,使能量回收率在90%左右,为保证一段炉的热负荷,还设有烟道烧嘴10个,过热段烧嘴18个。2.1生产火灾危险性分类一段转化炉的原料为天然气,其主要成分是由低分子量烷烃组成的混合物,90%以上是甲烷。甲烷无毒,但对人有窒息作用。甲烷的沸点为-161.5℃,爆炸极限5.3%～15%,自燃点为537℃,生产火灾危险性分类为甲类,与空气的混合物易发生着火爆炸。近几年来,由于天然气供应严重不足,造成一段转化炉使用的燃料种类繁多,不仅有天然气、弛放气、瓦斯气等,而且有柴油和抽余油,它们都是易燃易爆的物质。因此,在生产中易发生火灾、爆炸事故。2.2转化反应过程一段转化炉是合成氨装置的关键设备,通过它将原料与水蒸气反应生成氢、一氧化碳、二氧化碳。转化反应的方程式为:CH4+H2O=CO+3H2-206.29kJ/molCH4+2H2O=CO2+4H2-163.7kJ/mol由于转化反应是一个体积增大的吸热反应,为了达到反应温度,在一段炉中利用火嘴加热,使转化温度达到834℃,炉膛温度达1036℃,在转化反应过程中,如水碳比控制不稳将造成转化炉管结碳而局部超温烧坏炉管;另外,由于目前原料气量不足,且经常波动,一段炉燃料油与天然气切换频繁,改造后炉顶温度由60℃上升到90℃,因此客观上造成维护量大、易发生着火事故。31.转换器中常见事故现象的分析和处理措施3.1事故发生1一段炉顶烧嘴漏气着火,一段炉顶有火光和烟雾。3.1.1瓦斯气的制备一段转化炉使用的燃料气有天然气、弛放气、瓦斯气等都是易燃易爆的物质;工艺参数为高温、高压;设备复杂,管线、法兰多,易发生泄漏及局部过热。3.1.2加强对进行灭火的护护(1)确认是哪一排哪一个火嘴着火后,立即关闭对应的火嘴考克阀,关闭着火嘴相应的切断阀。若着火范围较大,应用灭火器熄灭,若灭不掉,应接氮气或蒸汽吹灭并关闭相应考克阀及切断阀,并做好漏点记录,以便及时处理。(2)注意事项:及早处理泄漏,防止事故扩大,处理过程中要注意安全,防止烧、烫伤。3.2事故2出现一段炉管排油气压差高报,相应的蒸汽调节阀不正常关小,一段炉顶黑烟密布。3.2.1抽余油易蒸发,易发生油火事故(1)一段转化炉烧嘴于1996年3月改为油气两用烧嘴,由于天然气不足,且经常波动,一段炉燃料抽余油与天然气切换频繁。(2)抽余油易蒸发、易燃易爆,极易发生漏油着火事故。(3)改造后炉顶温度上升了30℃,造成维护量大、易发生着火事故。3.2.2燃料及炉气压力(1)确认是哪一排着火后,总控关闭对应的柴油遥控阀,相应的燃料气遥控阀开到50%左右,提高相临排的烧嘴燃料量,检查、调节系统燃料气压力、一段炉燃料气压力、快锅燃料气压力及一段炉炉温等相关参数。现场关闭着火排相应的柴油遥控HC阀的前后球阀,关闭各柴油烧嘴柴油考克阀,三通球阀打到吹扫位置,关闭雾化蒸汽考克阀,开启燃料天然气考克阀,靠长明灯和炉内高温点燃气烧嘴,做好漏点记录,以便及时处理。(2)油切气时,通知控制室根据温度情况调节燃料量。(3)对漏油排烧嘴进行蒸汽、氮气吹扫后,进行处理。(4)注意事项:处理泄漏时,应注意人身安全,防止烧、烫伤。3.3引风机出口温度和火口温度,低变压力,低变压力一段转化炉膛负压升高,难以维持,炉膛温度很高,引风机入口温度及过热段内的换热器出口温度升高,裂管周围一片火焰,看不清炉管和火嘴,转化工序下游装置高、低变压力降低。3.3.1化碳过程转化(1)天然气与水蒸气在一段转化炉反应生成氢、一氧化碳、二氧化碳,使用的原料易燃易爆,并且种类繁多。在转化反应过程中,如水碳比控制不稳将造成转化炉管结碳而局部超温烧坏炉管。(2)炉管老化蠕变、炉管上有黑斑、系统压力过高、炉膛超温操作等。3.3.2炉炉管破裂应及时通知狱(1)发现一段转化炉膛负压升高,难以维持,炉膛温度很高,引风机入口温度及过热段内的换热器出口温度升高应迅速通知班长并去现场确认一段炉炉管破裂状况。(2)迅速通知厂调度室、车间领导及厂领导。(3)班长立即下达命令进行全装置的手动“A”级停车处理。(4)停车后一段转化炉降温,N2置换,泄压,准备抢修。(5)注意事项:停车过程中一定要果断及时、谨慎小心,防止事故扩大,造成其它炉管损坏。4采取预防措施4.1改进的工艺和操作4.1.1降低烧敞背压工艺危险性的措施从1999年5月开始,我们与岳阳燃烧器厂合作进行一段炉油枪的改造,通过多次试验获得了成功,烧嘴背压由1.0～1.2MPa,降至0.4～0.6MPa,从而改善了运行条件,减少了工艺危险性。4.1.2降低操作难度从2000年1月开始,一段炉油枪的雾化蒸汽改用空气,从而使雾化效果大大提高,尤其是使一段炉的环境温度由90℃降到70℃,从而使操作难度及着火的危险性大大降低。4.1.3炉油枪切换操作原来,点一排火嘴需要一个一个地点,易造成人员伤害,从2000年4月开始,进行了一段炉油枪切换的优化操作,先把油枪装上,然后通雾化空气试漏,确认不漏后开油阀及考克阀,然后通油和调整,从而大大减少了着火伤人的可能性。4.2引风机的运行维护4.2.1严格按规定控制温度、压力、流量等工艺指标。4.2.2做好维护保养,确保阀门、仪表完好;确保引风机等运转可靠;确保原料气、燃料气等管线无泄漏。4.3执行设备运行维护制度4.3.1建立关键装置要害部位安全监控网络,明确职能处室、车间领导、技术人员、操作人员的安全职责,重点强化直接作业环节的监督检查。4.3.2建立安全监控档案,严格执行设备检验维护制度,及时处理设备问题。4.3.3强化现场安全检查,车间领导每天两次进行检查,包括对工艺设备运行情况及车间技术人员和操作人员的巡检情况进行检查。当班班长对一段炉每两小时进行一次检查,转化岗位操作人员对一段炉每一小时进行一次检查,发现问题及时处理、汇报。4.3.4在易发生事故的一段炉顶设置了安全监控电视、可燃气体报警仪,以加强对现场的监视,及时发现异常情况。4.3.5强化事故演练,组织岗位职工和技术人员编写事故预想方案,并利用安全学习时间进行演练,提高了岗位职工的反事故能力。4.4加强炉顶氮、蒸汽管线临时接头接种,强化炉顶水管接头4.4.1一段炉顶放置充足的灭火器材和防火衣,以备急用。4.4.2炉顶氮、蒸汽管线临时接头要接好胶管,增设临时水管接头,以备紧急灭火用。4.4.3消防队完善一段炉灭火作战方案,定期组织演练。4.