合成氨裝置夏季安全運(yùn)行措施

郜慧勇

(山西晉煤天源化工有限公司，山西 高平 048400)

合成氨工業(yè)是現(xiàn)代化工工業(yè)的基礎(chǔ)，是農(nóng)業(yè)肥料和化工原料的主要來源。最初的合成氨工業(yè)誕生于二十世紀(jì)初期，主要為軍事工業(yè)服務(wù)，而到第一次世界大戰(zhàn)后期，合成氨工業(yè)開始轉(zhuǎn)向民用生產(chǎn)，而第二次世界大戰(zhàn)后，隨著合成氨工業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展，各類合成氨產(chǎn)品在民用領(lǐng)域和軍用領(lǐng)域都占有舉足輕重的地位。

合成氨工藝的主要反應(yīng)歷程為N2和H2反應(yīng)生成NH3，這個反應(yīng)是一個可逆反應(yīng)，為了提高反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率、提高反應(yīng)速度，工業(yè)上的合成氨反應(yīng)是在高溫、高壓下進(jìn)行的。而在反應(yīng)全過程，不能有空氣、硫化物、碳化物和重金屬的混入，如果混有雜質(zhì)很容易造成生產(chǎn)效率的下降和催化劑的中毒，更為嚴(yán)重的是容易發(fā)生安全事故。合成氨工業(yè)的原料來源多樣，目前世界范圍內(nèi)用于合成氨工業(yè)的原料主要有焦炭、煤、焦?fàn)t氣、天然氣、石腦油、重油等。天然氣作為天然氣原料具有運(yùn)輸方便、能耗低、投資小等天然優(yōu)勢，是合成氨工業(yè)的理想原料，美國等發(fā)達(dá)國家天然氣儲量充足，主要用天然氣進(jìn)行合成氨生產(chǎn)。而天然氣儲備匱乏的國家則注重使用石腦油為原料進(jìn)行生產(chǎn)，石腦油作為生產(chǎn)原料可以使用與天然氣相同的生產(chǎn)工藝和裝備，在技術(shù)上不存在困難，但是石腦油由于價格相比天然氣不具備優(yōu)勢，所有生產(chǎn)成本較高。我國在礦產(chǎn)資源上煤炭儲量較大，而天然氣和石油儲量較小，所以我國合成氨工業(yè)尤其是中小型合成氨工業(yè)主要以焦炭和煤為主要原料，但是隨著我國合成氨工業(yè)水平的提升和環(huán)境治理力度的加大，我國的合成氨工業(yè)也逐步開始用天然氣為原料。以煤和焦炭為主要原料的合成氨工藝主要在我國中小型合成氨企業(yè)以及位于煤炭產(chǎn)區(qū)合成氨企業(yè)。以煤和焦炭為原料的合成氨工藝主要分為造氣、凈化、壓縮和合成四個階段，主要采用的是哈伯-博施流程以及在此基礎(chǔ)上的改進(jìn)方法。區(qū)別于天然氣、石腦油和重油為原料的工藝方法，哈伯-博施工藝流程在制備上工藝步驟較少，設(shè)備較為簡單。比如山西晉煤天源化工有限公司采用的工藝：固定床間歇造氣，半水煤氣先經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后經(jīng)過脫硫、脫碳，然后經(jīng)過壓縮機(jī)二次提壓進(jìn)入合成氨工段。

合成氨工藝原料本身就具有一定的危險性，均是易燃、易爆的危險氣體，而反應(yīng)過程中均是在高溫高壓中進(jìn)行，整個反應(yīng)全過程對操作者的安全意識都有極高的要求。作為反應(yīng)產(chǎn)物，無論是液態(tài)氨水還是農(nóng)業(yè)肥料，本身都具有毒性，特別是氨肥還屬于易爆物質(zhì)，這對于產(chǎn)品的儲存和運(yùn)輸都提出了較高的要求。而在合成氨生產(chǎn)全過程，生產(chǎn)者必須保證合成過程中的設(shè)備處于安全的狀態(tài)，否則極易出現(xiàn)生產(chǎn)事故。

1 合成氨工藝中的危險源

在各類合成氨生產(chǎn)企業(yè)中，面對的最大危險源是企業(yè)從生產(chǎn)原料、中間產(chǎn)物和最后的產(chǎn)品都包括了大量易燃、易爆和有毒化學(xué)品。最開始的原料氣的制備過程中，以天然氣作為原料的合成氨工藝中，天然氣作為一種極易燃燒和爆炸的氣體原料，其本身就具有較高的危險性。而以水煤氣為生產(chǎn)原料的合成氨企業(yè)，水煤氣的主要成分是CO和H2，兩者都是易燃易爆氣體，而CO則具有一定的毒性，如發(fā)生泄漏則危害生產(chǎn)人員的生命安全。天然氣、CO、H2如果泄漏到空氣中，達(dá)到一定的密度，遇到明火就會發(fā)生爆炸。而合成氨工藝在生產(chǎn)過程中還會產(chǎn)生H2S、NH3等產(chǎn)品。H2S在空氣中遇到明火也會發(fā)生爆炸，遇到氧化劑時發(fā)生劇烈反應(yīng)，發(fā)生爆炸。H2S本身的爆炸極限也非常低，進(jìn)一步增加的生產(chǎn)的風(fēng)險。H2S爆炸后產(chǎn)生SO2，具有極大的毒性，危害程度極高。氨氣作為合成氨工業(yè)的產(chǎn)品在企業(yè)內(nèi)必然大量存放，氨氣本身具有刺激性的惡臭味，當(dāng)空氣中存在17%的氨氣時則可以發(fā)生爆炸。氨氣泄漏則會造成大面積的污染和中毒。夏天天氣炎熱，這些本身容易氣化的各類氣體更容易泄漏出來，給企業(yè)的生產(chǎn)帶來了一定的安全隱患。

在合成氨裝置的運(yùn)行過程中，由于全過程均是在高溫高壓下反應(yīng)，無論是機(jī)械故障還是混入空氣也都極易發(fā)生爆炸事故。工業(yè)合成氨的主要工藝步驟分為：造氣、半水煤氣脫硫、壓縮工段、變換工段、變換氣脫硫工段、碳化工段、脫碳工段、雙甲工段和最后的氨合成工段。從最初的造氣工段開始，反應(yīng)爐內(nèi)溫度就高達(dá)500 ℃左右，整個反應(yīng)歷程都是在高溫和高壓下進(jìn)行的。在高溫高壓下，氣體爆炸極限不再遵守常壓下的數(shù)據(jù)，一旦有空氣混入就極易發(fā)生爆炸事故。在1999年三明化工總廠合成氨裝置吸入空氣后發(fā)生爆炸，造成人員傷亡和重大財產(chǎn)損失。同時高溫高壓氣體在進(jìn)行反應(yīng)或者管道運(yùn)輸時，由于本身壓力較高極易發(fā)生泄漏，一旦遇到明火則易發(fā)生爆炸。2009年日本昭田川崎工廠合成氨裝置發(fā)生泄漏進(jìn)而引發(fā)爆炸并同時引發(fā)大火，造成17人死亡，63人受傷的重大事故。夏天降水多，空氣濕度較高，各種設(shè)備管路在潮濕的環(huán)境下極易發(fā)生腐蝕進(jìn)而發(fā)生泄漏事故，所以一定要加強(qiáng)巡檢，防止事故的發(fā)生。

在合成氨反應(yīng)過程中，要嚴(yán)格按照生產(chǎn)規(guī)程進(jìn)行生產(chǎn)，防止人為造成的設(shè)備超壓而引起爆炸，同時對于設(shè)備的閥門、法蘭盤要嚴(yán)格操作，頻繁巡檢，防止因?yàn)椴僮鞑坏轿换蛘咴O(shè)備老化發(fā)生的生產(chǎn)事故。在合成氨生產(chǎn)過程中，所涉及的反應(yīng)設(shè)備眾多，各類閥門數(shù)量眾多。在日常的生產(chǎn)活動中，設(shè)備操作的復(fù)雜極易造成工人操作上的失誤進(jìn)而引發(fā)事故。尤其是在夏季，炎熱的天氣往往使得操作人員困頓不堪，極容易造成各類事故。2016年河南晉開化工投資控股集團(tuán)有限公司壓縮工段一個進(jìn)氣口壓蓋泄漏，泄漏的為H2和N2混合物，引發(fā)火災(zāi)。部門閥門的開關(guān)錯誤還可以使得高壓氣體竄入其他反應(yīng)器，造成事故。

夏季氣溫較高，加之各類機(jī)械設(shè)備運(yùn)動部件摩擦產(chǎn)生高溫極易造成潤滑油、液壓油等設(shè)備油料氣化而發(fā)生機(jī)械事故。在夏季企業(yè)內(nèi)各種儲罐內(nèi)的化工產(chǎn)品更易揮發(fā)，揮發(fā)達(dá)到一定濃度則易造成爆燃事故。夏季雨水較多，雨水和濕潤的空氣容易在空氣壓縮機(jī)入口過濾器上凝結(jié)，進(jìn)而導(dǎo)致空氣壓縮機(jī)吸氣困難而造成事故。

2 合成氨工藝中的危險防控措施

對于合成氨工藝中的危險防控，首先應(yīng)對上崗工人進(jìn)行系統(tǒng)的安全培訓(xùn)。合成氨工業(yè)本身具有較高的危險性，其原料、工藝、產(chǎn)品都具有一定的危險性，必須對生產(chǎn)一線工人進(jìn)行系統(tǒng)的安全生產(chǎn)培訓(xùn)。在培訓(xùn)過程中，還應(yīng)針對夏季生產(chǎn)的實(shí)際情況，進(jìn)行有針對的講解。我國目前合成氨工業(yè)從業(yè)人員知識涵養(yǎng)層次不齊，既有高學(xué)歷的專業(yè)人才，也有學(xué)歷稍差的普通從業(yè)者。即使是高學(xué)歷人才，在學(xué)校也缺少針對合成氨的系統(tǒng)安全教育，所以必須在企業(yè)內(nèi)建立起系統(tǒng)的安全教育措施，提高所有職工的安全意識。在日常的生產(chǎn)活動中，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行企業(yè)內(nèi)的安全生產(chǎn)規(guī)定制度，保證所有操作都在安全制度的框架下執(zhí)行。

其次，應(yīng)提高企業(yè)的自動化安全監(jiān)控水平。目前，我國大部分的合成氨企業(yè)的生產(chǎn)自動化水平較之以前有了很大程度的提高，但是目前的企業(yè)生產(chǎn)自動化控制主要集中在對于主反應(yīng)器的控制上，而對于各級管路、儲罐、閥門的控制還存在缺陷，沒有實(shí)現(xiàn)完全的自動化。我國的企業(yè)內(nèi)自動化安全監(jiān)控系統(tǒng)還處于建設(shè)階段，很多企業(yè)的安全監(jiān)控仍然以人力為主，無法對生產(chǎn)的安全情況進(jìn)行全方位的監(jiān)控。應(yīng)建立起覆蓋整個生產(chǎn)流程的自動化生產(chǎn)系統(tǒng)和安全監(jiān)控系統(tǒng)，對反應(yīng)的溫度、壓力、原料輸送情況、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況、儲罐的儲存情況、廠區(qū)內(nèi)危險氣體的含量等數(shù)據(jù)進(jìn)行全方位的監(jiān)控，提前發(fā)現(xiàn)各類人為操作上的失誤，保證廠區(qū)的安全平穩(wěn)運(yùn)行。在造氣工段要嚴(yán)格防止空氣混入原料氣而引起的爆炸事故，在反應(yīng)設(shè)備內(nèi)放置氧氣測量裝置，一旦發(fā)生異常，立刻停車處理。在凈化工段，應(yīng)設(shè)置必要的液封、止逆裝置，防止下游氣體倒流。為防止可燃?xì)怏w進(jìn)入空氣，應(yīng)在所有敏感部位放置在線可燃?xì)怏w監(jiān)測報警器，一旦發(fā)生泄漏，馬上進(jìn)行處理。

再次，應(yīng)加強(qiáng)企業(yè)的安全管理水平，對于反應(yīng)釜、高壓設(shè)備等危險源做到定期巡檢，把危險因素都控制在可控范圍之內(nèi)。對于安全檢測警報器，應(yīng)定期巡檢，保證警報器的正常運(yùn)行。同時，針對夏季的特點(diǎn)，對于容易銹蝕的部位應(yīng)加強(qiáng)巡檢，防止因?yàn)殇P蝕而產(chǎn)生的安全事故。

3 結(jié)語

合成氨工業(yè)是危險源較多的行業(yè)，為了保證生產(chǎn)的順利進(jìn)行，必須提高企業(yè)的安全意識，加強(qiáng)人員培訓(xùn)，做好定時安檢工作，保證生產(chǎn)的順利進(jìn)行。