高壓洗滌器防爆筒體的防爆

任玉兵

（山西蘭花田悅化肥有限責(zé)任公司，山西陽城 0 4 8 1 0 2）

高壓洗滌器是荷蘭斯塔米卡邦二氧化碳汽提工藝尿素裝置的重要設(shè)備之一，它利用高壓甲銨泵送來的低壓吸收循環(huán)系統(tǒng)的甲銨溶液，在高壓狀態(tài)下吸收尿素合成塔氣相中的NH3和C O2，使NH3和C O2在高壓系統(tǒng)直接被吸收，返回高壓甲銨冷凝器，循環(huán)利用。它工作的好壞直接影響高、低壓，解吸水解系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和系統(tǒng)消耗，也決定著高壓系統(tǒng)能否安全運(yùn)行。

1 高壓洗滌器結(jié)構(gòu)及工作原理

荷蘭型廠高壓洗滌器主要由上部精餾吸收段、中部防爆空間、下部浸沒式列管冷凝器和底部氣體分布器組成，見圖1。

從高壓洗滌器結(jié)構(gòu)圖可以看出，高壓洗滌器分為五個部分，上部為填料洗滌段，中部為鼓泡段，下部為浸沒式列管冷凝段，球體部分為防爆空間和底部氣體分布器。合成塔來的合成氣，由球體上部N 1進(jìn)入防爆空間。球體中間是填料洗滌段筒體，填料洗滌段筒體上開6個深2mm的槽，代替爆破板起防爆作用；洗滌后的尾氣有爆炸的可能，一旦爆炸，防爆筒體就破裂，使爆炸后的高壓氣泄入合成氣體中。

防爆空間由一層隔板將冷凝后易形成爆炸性氣體的高濃度H2、O2與未經(jīng)冷凝的高濃度NH3、C O2相對安全氣體隔開，隔板上有6個導(dǎo)爆槽（防爆板），每個防爆板車有一道環(huán)形溝槽，規(guī)格為7mm×6 0 0mm×2mm（寬×高×厚），溝槽壁厚2mm，承受上下壓差約0.5MP a。萬一發(fā)生爆炸，則6個導(dǎo)爆槽首先爆破，兩種氣體混合稀釋，迅速脫離爆炸區(qū)，避免事故擴(kuò)大，破壞整個設(shè)備。

圖1 尿素高壓洗滌器結(jié)構(gòu)圖N 1—?dú)怏w入口；N 2—?dú)怏w出口；N 3—惰性氣體入口；N 4—惰性氣體出口；N 5—甲銨液入口；N 6—甲銨液出口；N 7—冷卻水入口；N 8—冷卻水出口；N 9—放空口；N 1 0—排液口；N 1 1—防爆膜接口；N 1 2—蒸汽進(jìn)口；N 1 3—冷卻液出口；N 1 4—放空口；N 1 5—人孔；N 1 6—溫度計(jì)口

防爆球體外有伴熱蒸汽管，防止物料低溫冷凝結(jié)晶。N 2為防爆空間合成氣出口，出N 2的合成氣，沿高壓洗滌器外管道從N 3進(jìn)入高壓洗滌器下部氣體分布器。甲銨泵送來的甲銨液，由頂部N 5進(jìn)入液體分布器，對出高壓洗滌器的尾氣進(jìn)行洗滌吸收。洗滌液經(jīng)循環(huán)漏斗口，沿中心循環(huán)管流至液封槽，溢流到高壓洗滌器底部，合成氣經(jīng)氣體分布器分散至甲銨液中，甲銨液與合成氣充分混合后，進(jìn)入冷卻列管中。在冷卻列管內(nèi)部分NH3與C O2被冷凝吸收，其反應(yīng)熱被殼側(cè)高調(diào)水帶走。列管內(nèi)是氣液共存，故其密度小于中心循環(huán)管內(nèi)的液體而自行循環(huán)。

然后，氣液混合物便從冷卻管上端進(jìn)到中部鼓泡段。在此，未被冷凝吸收的氣體分離出來，進(jìn)入鮑爾環(huán)填料段，與高壓甲銨泵送來的稀甲銨溶液逆向接觸，NH3和C O2繼續(xù)被吸收，剩余的氣體通過N 4和高壓洗滌器氣相閥減壓后送到低壓吸收塔，充分吸收后放空。吸收了NH3與C O2的濃甲銨液，從溢流套筒的頂端溢流至環(huán)隙，而后從管N 6送出；還有一部分則流入循環(huán)漏斗，與填料吸收段來的甲銨液匯合，沿中心循環(huán)管返回到高壓洗滌器底部，這樣，強(qiáng)化溶液循環(huán)，從而提高冷卻管的冷卻效果。

2 高壓洗滌器防爆筒體爆炸破裂的現(xiàn)象

總結(jié)各廠發(fā)生高壓洗滌器防爆筒體爆炸破裂的現(xiàn)象如下：高調(diào)水無溫差或溫差極小；同等負(fù)荷下高壓系統(tǒng)壓力升高，升高曲線為鋸齒形；甲銨泵送水仍暢通；高壓洗滌器出液出氣溫度上升；高洗出氣閥前后溫差縮?。坏蛪何账M液，進(jìn)出液溫差縮小，且壓力上升。

晉城某廠在2 0 1 1年1月1日凌晨5：0 0尿素系統(tǒng)封塔后開車。當(dāng)打開高壓洗滌器尾氣排放閥HV 2 2 0 2時，發(fā)現(xiàn)高壓洗滌器出氣溫度急劇上升，當(dāng)時判斷已經(jīng)出問題；為進(jìn)一步證明，系統(tǒng)投料開車后，發(fā)現(xiàn)高壓洗滌器無熱負(fù)荷，高調(diào)水進(jìn)、出無溫差，高壓洗滌器下液溫度和高壓洗滌器出氣溫度偏高。減負(fù)荷仍然無法維持。通過認(rèn)真分析，判斷是高壓洗滌器防爆筒體爆炸。停車排塔、置換、降溫后，拆開高壓洗滌器防爆球體人孔后發(fā)現(xiàn)，防爆筒體破裂，鮑爾環(huán)散落在球體內(nèi)。見圖2。

3 高壓洗滌器防爆筒體爆炸的原因及預(yù)防措施

高壓洗滌器爆炸一般發(fā)生在開停車階段和其他非正常生產(chǎn)狀態(tài)下（如短期停車、保溫保壓、減負(fù)操作，打水沖洗防堵等），高壓洗滌器爆炸可分為化學(xué)爆炸和物理爆炸。

高壓洗滌器防爆筒爆炸事故大體分兩種：一種是外爆炸型，另一種是內(nèi)壓型。外爆炸型是由于在高壓洗滌器防爆筒內(nèi)部有大量惰性氣體積存，由于靜電、撞擊、加熱等原因引起爆炸，是導(dǎo)爆槽向外破裂或變形（屬于化學(xué)爆炸）。內(nèi)爆炸型是由于高壓洗滌器列管和中心管堵塞，防爆筒外側(cè)與合成塔氣相連通，而防爆筒內(nèi)側(cè)與低壓系統(tǒng)連通，并通過下液管與高壓噴射器吸氣室連通；由于列管和中心管堵塞，在防爆筒內(nèi)側(cè)與低壓系統(tǒng)連通和高壓噴射器的抽吸作用下，防爆筒的內(nèi)外產(chǎn)生負(fù)壓差，將防爆筒壓破變形（屬于物理爆炸）。

圖2 防爆筒體破裂示意

3.1 防爆筒體物理爆炸原因及預(yù)防措施

（1）結(jié)晶堵塞管道、設(shè)備。高壓洗滌器結(jié)晶是非常危險的，如果處理不及時，防爆筒體有被壓破的危險。在停車（特別是斷電、斷蒸汽等）時，高壓洗滌器防爆球體到高壓洗滌器底部U型管經(jīng)常因排放不盡，引起結(jié)晶堵塞，造成防爆筒體內(nèi)外壓差增大，防爆筒體破裂爆炸；高壓洗滌器在運(yùn)行或開車過程中，也會因高調(diào)水溫度控制太低，列管內(nèi)甲銨逐漸結(jié)晶，使防爆筒體內(nèi)外壓差增大，引起爆炸。

預(yù)防措施 加強(qiáng)日常巡回檢查，確保高壓洗滌器排放閥門暢通。系統(tǒng)封塔操作過程中，控制好高調(diào)溫水溫度；封塔后，要及時打開高壓洗滌器排放閥門，確認(rèn)排凈后，再關(guān)閉閥門并沖洗管線。開車前須檢查確認(rèn)高壓洗滌器底部暢通無堵塞。正常生產(chǎn)時控制好高調(diào)水溫度。

（2）防爆筒體導(dǎo)爆槽因腐蝕減薄或加工缺陷，不能承受應(yīng)受壓差導(dǎo)致爆炸。導(dǎo)爆槽中央薄壁厚度僅為2mm，而尿素高壓設(shè)備的年腐蝕速率一般在0.0 3～0.0 5mm，故需要定期檢查。

預(yù)防措施 ①防爆板材質(zhì)宜選用2 5－2 2－2，加工時，防爆板溝槽宜采用圓弧過渡，避免應(yīng)力腐蝕；②停車排放后應(yīng)保證升溫鈍化質(zhì)量與時間；③開停車及生產(chǎn)中避免系統(tǒng)局部超溫，確保防腐空氣或添加的H2O2量，防止不銹鋼表面鈍化膜活化，加劇腐蝕；④ 當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時間達(dá)到或超過一年時，一旦停車檢修，應(yīng)對防爆板進(jìn)行檢查。

（3）開車和生產(chǎn)中系統(tǒng)升壓過快，高壓洗滌器氣相閥關(guān)閉過猛、C O2倒流、合成塔滿液、高調(diào)水泵跳車等原因使高壓系統(tǒng)壓力突升；或生產(chǎn)和停車時，高壓洗滌器氣相閥開啟幅度過大，卸壓過猛等造成防爆筒體內(nèi)外壓差過大，被壓破或拉裂（國內(nèi)絕大多數(shù)廠家高壓洗滌器防爆板破損均屬此類型）。

預(yù)防措施 嚴(yán)格控制高壓系統(tǒng)的升降壓速率在指標(biāo)內(nèi)（6MP a／h）。系統(tǒng)封塔操作過程中，應(yīng)采取分步緩慢關(guān)閉高壓壓力調(diào)節(jié)閥的操作方式，確保防爆板兩面受壓均衡。

3.2 防爆筒體化學(xué)爆炸原因及預(yù)防措施

可燃物、助燃物（氧化劑）和點(diǎn)火源是燃燒和爆炸的三個基本條件，統(tǒng)稱三要素。尿素生產(chǎn)過程存在化學(xué)爆炸三要素：可燃性氣體、助燃物、點(diǎn)火源。

3.2.1 可燃?xì)怏w

脫碳工序無論采用化學(xué)方法還是物理方法，送到尿素裝置的原料氣C O2中都含有H2、C O和CH4之類的可燃性氣體；送入尿素的液氨中也溶有H2、CH4之類的可燃性氣體。

預(yù)防措施

（1）嚴(yán)格控制好原料氨和C O2的純度

保證生產(chǎn)中有充足合格的氨和C O2。合成系統(tǒng)送往尿素的氨應(yīng)供充足，不得斷氨，不能使弛放氣竄入尿素系統(tǒng)，盡量使新鮮NH3通過球罐后再送尿素，嚴(yán)禁直接送氨。原料純度要求：C O2≥9 8.5%（體積分率，下同），N2≤0.4%，H2≤0.3%，總硫≤1×1 0－6；NH3≥9 9.8%、油≤1 0×1 0－6。

一旦C O2氣中H2含量超標(biāo)，生產(chǎn)中必須降低高壓洗滌器的冷凝程度，增大高壓系統(tǒng)氨碳比，增加高壓洗滌器的尾氣排放量，確保不發(fā)生爆炸。

（2）保證脫氫裝置運(yùn)行正常

脫氫催化劑在使用過程中易發(fā)生硫、C O、 NH3、油中毒，積炭，從而使催化劑失活，造成入塔氣體中H2含量增高，高壓洗滌器尾氣中H2含量增高，可能使尾氣組成進(jìn)入爆炸范圍內(nèi)。因此，要加強(qiáng)入合成塔C O2氣體中H2含量的分析，監(jiān)控催化劑的活性，失活后要及時更換；加強(qiáng)C O2壓縮機(jī)排油水；嚴(yán)格控制原料C O2氣體中硫、C O、NH3的進(jìn)入，保證脫氫催化劑的正常使用。

（3）防止形成爆炸組成

由于混合氣體中NH3含量對爆炸區(qū)域影響較大，NH3含量增加，爆炸范圍縮小；反之，爆炸范圍擴(kuò)大。因此在生產(chǎn)中控制好高壓洗滌器的洗NH3程度，就可使尾氣處于爆炸范圍外。

在高壓系統(tǒng)開車出料時，減氨過早，如汽提塔未帶上負(fù)荷，其殼側(cè)高壓蒸汽壓力P I C 9 0 4未提起就減氨，致使尾氣氨含量下降，由于惰氣總量不變，故氫氣含量相對上升；低壓汽包壓力降低過早，使高壓甲銨冷凝器內(nèi)NH3、C O2過度冷凝，減少了合成塔出氣量，進(jìn)入高洗后形成可爆氣體；甲銨泵打水過早過多，過早停高調(diào)水夾套蒸汽，或高調(diào)水溫降低，使高壓洗滌器內(nèi)氣體冷凝量加大，出氣進(jìn)入爆炸范圍。

預(yù)防措施 控制高壓洗滌器內(nèi)混合氣體中氫和氧的濃度，使之處于爆炸范圍之外。主要是對高壓洗滌器操作溫度的控制，控制了溫度也就是控制了氣體中氨的濃度，溫度高氣體中氨含量就高，氫和氧的濃度也相應(yīng)低，爆炸范圍縮??；反之，溫度低氫和氧則高，爆炸范圍擴(kuò)大。所以，嚴(yán)格按照工藝指標(biāo)要求的溫度操作，控制好高壓洗滌器的洗NH3程度，就可使尾氣處于爆炸范圍外。生產(chǎn)中加強(qiáng)高調(diào)水溫度控制，保證高壓洗滌器下液溫度不小于1 5 5℃，高壓洗滌器惰氣排放溫度要大于1 2 0℃，減負(fù)荷時要及時提高高調(diào)水溫度。

正常生產(chǎn)時，通過調(diào)節(jié)高調(diào)水溫度不低于1 1 0℃，調(diào)節(jié)高壓甲銨泵的加水量與負(fù)荷相適應(yīng)來嚴(yán)格控制高壓洗滌器出液溫度不低于1 5 5℃，就可使尾氣組成處于爆炸范圍外。

封塔保溫保壓期間，特別是在停蒸汽的情況下，一般要求尿素排塔停車。如果不能，則高壓氣相部分要保持流通，避免高壓洗滌器氣相閥HV 2 0 2全部關(guān)閉，控制高調(diào)水溫不低于1 2 5℃，防止系統(tǒng)中的NH3、C O2充分冷凝吸收，氣體中的O2、H2濃度升高，形成爆炸性氣體。

投料時，控制高調(diào)水溫不低于1 2 5℃，要提高出料時合成液的溫度，并使之盡快達(dá)到正常。如果出液溫度較低，在合成液顯示液位后，可短時間增大排放量，使高壓洗滌器壓力降低，使混合氣體爆炸范圍縮小。如此溫度低于1 5 0℃，洗滌器尾氣就可能進(jìn)入燃爆區(qū)，此時一遇火源或靜電就會出現(xiàn)尾氣燃爆。而引起洗滌器出液溫度突然下降的根本原因是出料時合成液溫度低，與之平衡的合成氣中NH3和C O2含量減少，在洗滌器尾氣排放量不變的情況下，洗滌器內(nèi)吸收的NH3和C O2減少，甲銨生成反應(yīng)熱隨之減少，其出液溫度下降。雖然系統(tǒng)出料時易造成洗滌器尾氣燃爆，但如果操作得當(dāng)，完全可以避免。

停車封塔過程中HV 2 2 0 2要始終要留2%的開度，不關(guān)死HV 2 2 0 2切斷閥，沖洗HV 2 2 0 2前后應(yīng)適量；開車過程中，應(yīng)開大HV 2 2 0 2，保證高洗尾氣不進(jìn)入爆炸范圍；C O2中氫≥1%不能投料開車；出料時保證高調(diào)水溫度T R 2 2 0 7不低于1 2 5℃，停車封塔期間T R 2 2 0 7不低于1 2 0℃；開車時，甲銨泵投入系統(tǒng)前及時開HV 2 2 0 2；出料后，減氨不要減得過快，一定要在高壓汽包壓力提上去后，再逐漸降低；出料后，不要過快過早降低汽包壓力，要等汽提塔帶上負(fù)荷，大量物料由此返回，高壓洗滌器工作穩(wěn)定，高調(diào)水溫差大于8℃時，再降低壓汽包壓力與該負(fù)荷相對應(yīng)。

3.2.2 助燃物

為了設(shè)備和管道的防腐，需向原料C O2氣體中添加空氣（O2），C O2汽提法空氣添加量為C O2混合氣體的3%～4%（使氧含量為0.6%～0.8%）。

預(yù)防措施 嚴(yán)格控制C O2氣體中的氧含量。在滿足設(shè)備、管道防腐需要的情況下，盡量減少空氣（O2）的加入量，正常生產(chǎn)時要控制加氧指標(biāo)在低限（0.6%）。

3.2.3 點(diǎn)火源

（1）沖擊

工藝設(shè)備和管道在安裝和維修過程中，會殘留焊瘤、焊渣、砂粒，高壓洗滌器鮑爾環(huán)填料吸附的結(jié)炭層脫落碎屑，這類固體粒子與氣體一起高速流動，在彎頭、縮口等變向處沖擊壁面，其動能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃砍蔀辄c(diǎn)火源。

預(yù)防措施 工藝設(shè)備和管道在安裝和維修完畢后要清理吹掃干凈內(nèi)部雜物。

（2）靜電

氣體在設(shè)備和管道內(nèi)高速流動與壁面摩擦即產(chǎn)生靜電，靜電會積聚在尖端和孤立體上（例如閥芯，兩端導(dǎo)電不好的管段等），當(dāng)這些孤立帶電體附近的電場強(qiáng)度超過氣體的破壞電場強(qiáng)度時，即產(chǎn)生某種放電現(xiàn)象。

設(shè)備、管道等接地措施效果不好，造成高壓洗滌器內(nèi)靜電積聚，靜電在可燃?xì)怏w中產(chǎn)生放電現(xiàn)象（如果靜電接地效果好，會及時導(dǎo)出），電能轉(zhuǎn)化成為熱能從而使可燃性氣體的溫度上升或進(jìn)入系統(tǒng)的油聚積達(dá)到自燃，而引起爆炸。

預(yù)防措施 建立良好的接地系統(tǒng)，防止靜電積聚。并定期檢驗(yàn)接地系統(tǒng)，有無損壞，螺絲是否松動，并要掌握接地電阻的變化情況，使接地系統(tǒng)始終保持完好狀態(tài)。其次，要防止油進(jìn)入系統(tǒng)。

4 高壓洗滌器防爆筒體日常操作常見問題

（1）如在升溫鈍化時發(fā)現(xiàn)高壓洗滌器下液溫度大于合成塔氣相溫度，則說明高壓洗滌器進(jìn)口管堵塞，應(yīng)立即處理，以免壓破防爆板。

（2）在用C O2進(jìn)行系統(tǒng)升壓時，應(yīng)緩慢增加壓力，不能過快。

（3）在投料過程中應(yīng)注意高壓洗滌器氣相閥HP V 2 2 0 2不能猛開猛關(guān)。

（4）C O2不能提前退出系統(tǒng)，那樣會使高壓洗滌器內(nèi)部二氧化碳濃度低，生成甲銨液后NH3過剩。

（5）在停車沖洗高壓洗滌器時，控制好高壓洗滌器尾氣排放閥HP V 2 2 0 2。具體操作為，在用甲銨泵沖洗高壓洗滌器時，高壓洗滌器尾氣排放閥HP V 2 2 0 2開度大于1 5%，防止NH3、C O2被充分吸收，防爆筒內(nèi)可燃?xì)怏w（H2、O2）濃度急劇增加，達(dá)到爆炸極限。

（6）停車時中壓蒸汽壓力波動大，高調(diào)水提溫速度過慢，NH3、C O2被充分冷凝，會增加可燃?xì)怏w濃度；或者高調(diào)水溫度低，造成高壓洗滌器列管結(jié)晶堵塞。具體操作為，在停車前打開高調(diào)水夾套蒸汽閥，提高調(diào)水進(jìn)液溫度至1 2 5℃。停車后高壓洗滌器內(nèi)熱負(fù)荷減小，通過加熱方法維持高調(diào)水溫度在高限，防止高調(diào)水溫度低，高壓洗滌器內(nèi)過度吸收冷凝或結(jié)晶堵塞。

（7）在停車時高壓洗滌器一定要排放沖洗干凈并徹底排放積液。具體操作為，停車時首先打開高壓洗滌器排放閥，排放高壓洗滌器內(nèi)部甲銨液，然后一臺甲銨泵打循環(huán)，另一甲銨泵打水至高壓洗滌器。同時，液氨退出系統(tǒng)，用沖洗水泵沖洗氨管線。此操作維持1 5m i n。甲銨泵與氨管線沖洗同時停止，目的是讓沖洗高壓洗滌器的水通過高壓噴射器帶離高壓洗滌器，同時也沖洗了甲銨泵出口管線、高壓洗滌器下液管線、高壓噴射器出口管線。注意高壓洗滌器下液管線兩個溫度點(diǎn)T R 2 2 0 5、T R 2 2 1 5和高壓噴射器出口管線溫度點(diǎn)T R 2 2 1 4，是否同步、同趨勢變化。由此可判斷高壓洗滌器相關(guān)管線是否暢通。最后通過排放雙閥間導(dǎo)淋排出的是氣，說明高壓洗滌器內(nèi)部積液排凈。高壓系統(tǒng)停車后，合成塔仍有從溶液中釋放出來的氣體進(jìn)入高壓洗滌器。如果設(shè)備中有積液，容易使其濃度提高而結(jié)晶堵塞列管。（在甲銨泵向高壓洗滌器打水和沖洗水泵沖洗氨管線時，蒸汽冷凝液泵的其他用戶停止使用冷凝液。因?yàn)檎羝淠河昧窟^大，將影響甲銨泵和沖洗水泵入口冷凝液的壓力，如果入口壓力低影響到泵的打量，最終影響到?jīng)_洗效果。）

（8）封塔過程中控制好高壓洗滌器尾氣排放閥HP V 2 2 0 2開度。具體操作為，在封塔過程中高壓洗滌器尾氣排放閥HP V 2 2 0 2開度在2%～5%，嚴(yán)禁HP V 2 2 0 2全部關(guān)閉，防止系統(tǒng)中的NH3、C O2被充分冷凝吸收，氣體中H2與O2的濃度增高，形成爆炸性氣體，H2含量進(jìn)入爆炸極限范圍。投料開車打開HV 2 2 0 2時，由于開閥過快或氣體摩擦導(dǎo)致起火引爆氣體。

（9）排塔過程中高壓洗滌器尾氣排放閥HP V 2 2 0 2大幅度打開，會使高壓洗滌器防爆筒內(nèi)的氣體形成高速流體，高速流體產(chǎn)生靜電引起爆炸。

5 結(jié) 語

采用荷蘭斯塔米卡邦公司專利技術(shù)的二氧化碳汽提法尿素工藝在生產(chǎn)中雖然在開停車或運(yùn)行過程中存在高壓洗滌器爆炸的危險，但只要思想上提高認(rèn)識，加強(qiáng)管理，嚴(yán)格執(zhí)行各項(xiàng)規(guī)程和工藝指標(biāo)，加強(qiáng)對操作人員乃至管理人員的業(yè)務(wù)培訓(xùn)，提高操作技能和準(zhǔn)確分析判斷事故的能力，采取正確的防范措施，高壓洗滌器的爆炸問題還是可以避免的。