化工裝置安全穩(wěn)定運行措施總結(jié)

李久明（中煤焦化控股有限責(zé)任公司,北京100011）

現(xiàn)代大型合成氨裝置是目前工業(yè)龐大復(fù)雜的代表裝置之一，工藝管線絕大部分為高溫、高壓管道。利用焦?fàn)t煤氣經(jīng)脫硫、富氧催化轉(zhuǎn)化、變換、甲烷轉(zhuǎn)化、MDEA脫碳和氨合成等工藝生產(chǎn)合成氨的各單元工程具有易燃、易爆、有毒有害的顯著特征，結(jié)合實際運行經(jīng)驗，總結(jié)了必要措施預(yù)控不安全狀態(tài)，為保障新項目長期穩(wěn)定運行提供參考。

1 設(shè)計管理

化工設(shè)備的設(shè)計要根據(jù)工藝條件、設(shè)計要求、地質(zhì)氣象條件和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，在給定資源條件下達到最優(yōu)設(shè)計。一方面化工裝置的正常運行需要有一定的操作彈性和適應(yīng)性，當(dāng)外部的物料流量、成分等和內(nèi)部變化如腐蝕、結(jié)垢等發(fā)生時，設(shè)備能夠適應(yīng)變化的操作條件，例如化工反應(yīng)裝置和消音裝置。另一方面應(yīng)合理選擇設(shè)備材料，換熱器用鋼材應(yīng)考慮操作壓力、溫度、介質(zhì)腐蝕性等進行選材，其中碳鋼在低壓、弱腐蝕性環(huán)境較不銹鋼更加經(jīng)濟合理，不銹鋼作為腐蝕性強、耐熱和耐低溫用鋼表現(xiàn)比較優(yōu)秀。合理的選材能夠避免換熱管腐蝕穿孔，防止循環(huán)水系統(tǒng)污染、水質(zhì)超標(biāo)。

變換冷凝液是由水煤氣、天然氣制備甲醇或合成氨原料氣過程中，通過變換反應(yīng)、冷卻后形成的工藝廢水，其中含有一定量的CO2、NH3、COD和BOD等環(huán)境污染物。由于變換氣中含有13%的CO2、23%的H2O和一定量的NH3，在冷卻器中發(fā)生冷凝，其中NH3-N含量1200mg/L，碳酸氫根含量3511mg/L，電導(dǎo)率3788us/cm，會對脫碳貧液換熱器、變換氣水冷器、凈化氣冷卻器，甲烷化水冷器、凈化氣壓縮機水冷器造成腐蝕。腐蝕原因一方面是碳鋼換熱管在冷凝氣、液不斷沖刷下，發(fā)生沖刷腐蝕和垢下電化學(xué)腐蝕，另一方面由于管板間介質(zhì)的溫度差而產(chǎn)生熱應(yīng)力腐蝕[1-4]。將上述設(shè)備全部更換為耐腐蝕的304不銹鋼，重新安裝投入使用后未再發(fā)生設(shè)備故障，定期進行檢修、清洗、測厚是保證設(shè)備安全運行的有效措施之一。

2 控制工藝指標(biāo)保持正常

化工生產(chǎn)系統(tǒng)物料溫度、壓力、流量的劇烈波動會引起物料超溫、超壓、相變，超出設(shè)備使用條件，進而影響正常生產(chǎn)安全。要求化工管理人員掌握物料的物理、化學(xué)和熱力學(xué)性質(zhì)，提高操作手冊的編制水平，規(guī)范化工操作行為，來保證生產(chǎn)系統(tǒng)安全穩(wěn)定。首先操作手冊要清晰、直觀、言簡意賅的說明危險化學(xué)品的性質(zhì)和特征，主要控制指標(biāo)符合運行實際，對操作工日常工藝管理具有指導(dǎo)價值；其次操作人員應(yīng)熟知本車間的生產(chǎn)過程及原理、設(shè)備結(jié)構(gòu)、性能、生產(chǎn)控制方法及生產(chǎn)中不正?，F(xiàn)象的判斷和故障處理，嚴(yán)格執(zhí)行經(jīng)審批的操作規(guī)程和檢修規(guī)程，及時處理生產(chǎn)中的不正常現(xiàn)象或事故。

煤氣、富氧空氣與中壓過熱蒸汽在聯(lián)鎖比例控制下進入自熱式轉(zhuǎn)化爐，通過催化劑催化發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)，混合氣中的甲烷被轉(zhuǎn)化為H2和CO，副產(chǎn)中壓蒸汽主要用于自用和下游車間使用，因此各蒸汽用戶相互關(guān)聯(lián)，運行是否穩(wěn)定相互影響。當(dāng)下游尿素車間開車時，需消耗大量中壓蒸汽，導(dǎo)致焦?fàn)t氣轉(zhuǎn)化工段蒸汽壓力急劇下降。煤氣每小時流量在白班和夜班也有差別，最高相差11%。實際運行結(jié)果表明上述兩種情況都對轉(zhuǎn)化爐穩(wěn)態(tài)運行和轉(zhuǎn)化效果產(chǎn)生負(fù)面影響。因此，開車過程應(yīng)掌握公用物料供求情況，有效組織均衡穩(wěn)定生產(chǎn)，保持各項工藝指標(biāo)平穩(wěn)，緩慢開啟中壓蒸汽管網(wǎng)閥門進入其它用戶界區(qū)，同時監(jiān)控壓力波動。當(dāng)蒸汽需求減少時，適當(dāng)開啟放空閥，穩(wěn)定壓力，防止超壓，平緩調(diào)整各項指標(biāo)。過量的無法消耗的煤氣轉(zhuǎn)送發(fā)電，以減小負(fù)荷變動幅度，確保裝置平穩(wěn)運行。

3 控制設(shè)備和備件質(zhì)量

一些關(guān)鍵設(shè)備、材料的質(zhì)量關(guān)系到系統(tǒng)能否達到規(guī)定負(fù)荷和能否穩(wěn)定運行，對這類物資廠家的設(shè)計資質(zhì)、供貨能力、業(yè)績和市場信譽等綜合評定，擇優(yōu)選定知名供應(yīng)商。泵設(shè)備的工作性能受到多方面因素影響，外部因素包括進口狀態(tài)、壓力波動、緩沖容積大小等，內(nèi)部因素包括缸徑、轉(zhuǎn)速、行程、填料和氣閥漏氣、活塞環(huán)磨損等都會影響容積效率和實際排量，容積效率越低，實際排量越低。柱塞泵彈簧是其零部件之一，工作中承受交變載荷，如發(fā)生折斷或彈力降低時會導(dǎo)致泵體異響或震動，影響其安全可靠性。通常每3個月對進出口閥組進行一次檢查，如出現(xiàn)故障須進行更換。因此備件質(zhì)量的優(yōu)劣關(guān)系到設(shè)備運行持續(xù)時間和檢修的頻率[5]。

4 把好安裝質(zhì)量關(guān)

管道、換熱器的安裝場地和焊接質(zhì)量對以后穩(wěn)定運行影響較大，其中砂石堆積堵塞是換熱器容易實效的原因之一。氨合成水冷器用于冷卻氣氨，每年進行一次設(shè)備檢查，以便掌握殼體封頭厚度、內(nèi)部構(gòu)件腐蝕情況。運行2年冷卻效果逐漸降低，設(shè)備內(nèi)部腐蝕和堵塞嚴(yán)重。為了減少換熱設(shè)備堵塞，除嚴(yán)格控制水質(zhì)指標(biāo)，減少金屬表面腐蝕之外，還應(yīng)在管道和設(shè)備安裝施工前做好場地準(zhǔn)備，以防砂石泥土進入水循環(huán)系統(tǒng)和累及其它設(shè)備。通常管道焊接前應(yīng)做焊接工藝評定，確定適用的焊接方法。焊件組對前應(yīng)將坡口及其內(nèi)外側(cè)表面不小于20mm范圍內(nèi)的雜質(zhì)、污物、毛刺和鍍鋅層等清理干凈，并不允許有裂紋和夾層等缺陷存在。焊接完成后立即去除渣皮、飛濺物，進行焊縫外觀檢查，發(fā)現(xiàn)缺陷后消除、修補，盡可能減少焊縫高度不夠、不飽滿、氣孔、夾渣等缺陷[6-7]。

5 結(jié)語

氨是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)獲得氮元素的主要途徑，合成氨工業(yè)將依然在更加嚴(yán)苛的環(huán)境控制下繼續(xù)發(fā)展[8]。因此其高溫高壓裝置的安全不容忽視，從起始階段的設(shè)計、選型、備件采購，到安裝階段的質(zhì)量管理和運行階段的工藝指標(biāo)控制來實現(xiàn)裝置的穩(wěn)定安全運行。

[1]張英龍.200kt/a合成氨氣體凈化裝置存在的問題及處理[J].中氮肥.2013,(2):12-14.

[2]江鎮(zhèn)海.大型合成氨裝置中的高溫氫腐蝕及防護[J].腐蝕與防護.2008,29(3):170.

[3]施徐,李云祥.自制消音器降低蒸汽排放噪音[J].燃料與化工.2010,41(6):26.

[4]噪聲控制新技術(shù)與消聲器設(shè)計選用及質(zhì)量檢驗規(guī)范實用手冊[M].北方工業(yè)出版社.2006.

[5]李國威,張強,張輝.噴油煤漿泵柱塞彈簧的可靠性設(shè)計研究[J].煤炭工程,2008,(2)82-84.

[6]楊振國.核電裝置換熱器傳熱鈦管的失效分析及其解決對策.第十二屆中國體視學(xué)與圖像分析學(xué)術(shù)會議論文集,2008,44-52.

[7]張昌平,趙成林.工業(yè)金屬管道工程施工中監(jiān)理質(zhì)量控制[J].北方釩鈦,2011,(1):45-47.

[8]劉化章.合成氨工業(yè):過去、現(xiàn)在和未來—合成氨工業(yè)創(chuàng)立100周年回顧、啟迪和挑戰(zhàn).化工進展,2013,32(9):1995-2005.