氨區(qū)設(shè)備改造與安全運(yùn)行

劉 翔，劉兆俊

（1.國電蓬萊發(fā)電有限分公司，山東蓬萊 265601；2.中國石化集團(tuán)勝利石油管理局有限公司勝利發(fā)電廠，山東東營 257087）

1 勝利發(fā)電廠氨區(qū)概況

勝利發(fā)電廠裝機(jī)總?cè)萘?70 MW，5 臺燃煤機(jī)組脫硝使用的氨氣全部來自該廠的氨區(qū)，氨區(qū)2012年底建設(shè)完成并投入運(yùn)行，主要設(shè)備參數(shù)見表1。另外還有2 臺卸氨鶴管、液氨管線等附屬設(shè)備和消防設(shè)施。

該廠氨區(qū)日常儲量按液氨儲罐容積的50%計(jì)算，液氨儲存量約195 m3，采用加壓液化方式儲存。液氨是一種高度危險(xiǎn)化學(xué)品，其事故危害重、影響范圍大，該廠氨區(qū)屬于重大危險(xiǎn)源，氨區(qū)運(yùn)行狀況直接關(guān)系到機(jī)組煙氣達(dá)標(biāo)排放和電廠的安全生產(chǎn)。氨區(qū)經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)部分設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定，系統(tǒng)內(nèi)雜質(zhì)無法定期排出，氨區(qū)無備用供氨管路，液氨儲罐之間無倒罐系統(tǒng)，因此需要對氨區(qū)的現(xiàn)狀進(jìn)行研究和改進(jìn)。

表1 氨區(qū)系統(tǒng)主要設(shè)備相關(guān)參數(shù)

2 氨區(qū)運(yùn)行中存在的問題及改進(jìn)

2.1 氨的性質(zhì)與防護(hù)

液氨又名無水氨，為無色氣體，有刺激性惡臭味，分子式NH3，分子量17.03，相對密度0.77 g/L；熔點(diǎn)-77.7，沸點(diǎn)-33.35，自燃點(diǎn)651.11，氨氣對眼、呼吸道粘膜有強(qiáng)烈刺激和腐蝕作用，可導(dǎo)致人體呼吸困難、昏迷、休克甚至死亡，其短時(shí)間接觸容許濃度30 mg/m3，即刻致死濃度3500 mg/m3；氣態(tài)氨氣和空氣混合物的爆炸極限濃度是16%25%。其防護(hù)措施是盡量避免氨與身體直接接觸，在有可能泄漏的氨氣工作現(xiàn)場要佩戴能過濾氨的面罩、防護(hù)服及正壓式呼吸器等，并做好防爆措施。

2.2 存在的問題分析與解決辦法

2.2.1 問題現(xiàn)象描述

2016年2月以來，氨區(qū)出現(xiàn)供氨壓力不足、不穩(wěn)定，不能滿足機(jī)組需求，在設(shè)備檢修期間，發(fā)現(xiàn)供氨調(diào)節(jié)閥內(nèi)有沉積物，經(jīng)清理投入后，運(yùn)行一周又出現(xiàn)供氨不足現(xiàn)象，再次打開調(diào)節(jié)閥和管道檢查清理，堵塞物與上次情況相同，此現(xiàn)象曾反復(fù)出現(xiàn)。

2.2.2 原因分析與對策

氨區(qū)設(shè)備投入運(yùn)行3年多未出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，2016年初春頻繁出現(xiàn)此現(xiàn)象，堵塞部位大都在氨區(qū)供氨調(diào)節(jié)閥及其出口手動(dòng)門或蒸發(fā)器入口濾網(wǎng)等節(jié)流部位，經(jīng)深入分析，制定應(yīng)對措施。

（1）對供氨調(diào)節(jié)閥內(nèi)的沉積物進(jìn)行定性分析。沉積物外觀上觀察絕大部分為白色粉末狀物質(zhì)，如圖1、圖2 所示，遇到空氣迅速氧化為褐色，并逐步升華，沉積物融入水后為黑色液體。對沉積物進(jìn)行化驗(yàn)經(jīng)分析，主要成分為氨基甲酸銨，還有氧化鐵及少量系統(tǒng)殘留雜質(zhì)。

（2）從整個(gè)氨區(qū)系統(tǒng)分析。該廠進(jìn)入的液氨每次都進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，氨含量99.8%，各項(xiàng)指標(biāo)均符合要求，排除從外界進(jìn)入氨系統(tǒng)雜質(zhì)的可能；從堵塞的位置分析，是在供氨調(diào)節(jié)閥門后至液氨蒸發(fā)器前的低壓管路段上，在堵塞部位及其后段的管道外壁有結(jié)冰現(xiàn)象，說明此段管道內(nèi)的液氨有蒸發(fā)吸熱現(xiàn)象，導(dǎo)致管道外壁結(jié)冰。

圖1 供氨調(diào)節(jié)閥堵塞

圖2 沉積物在空氣中氧化

（3）氨基甲酸銨形成。氨基甲酸銨形成的條件是在低壓、低溫和遇有二氧化碳?xì)怏w可直接合成氨基甲酸銨。2016年初，為了盡量減少液氨泵運(yùn)行時(shí)間，采用靠液氨儲罐自身壓力進(jìn)行供氨的方式，即壓力為0.851.25 MPa，并且把自力式減壓閥開度調(diào)至最大值，供氨調(diào)節(jié)閥后的壓力在0.45 MPa 左右。根據(jù)液氨壓力與溫度的關(guān)系可知，液氨壓力為0.357 MPa、0.432 MPa 和0.519 MPa，對應(yīng)的蒸發(fā)溫度分別為-5、0和5，該廠氨區(qū)2、3月份環(huán)境溫度為（-26），致使氨區(qū)供氨管路內(nèi)的液氨蒸發(fā)，同時(shí)在設(shè)備檢修后或卸氨過程中沒有采用氮?dú)庵脫Q，系統(tǒng)中存有二氧化碳，于是便生成了氨基甲酸銨，而氨基甲酸銨是一種強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)，對設(shè)備產(chǎn)生化學(xué)腐蝕，最終生成供氨調(diào)節(jié)閥內(nèi)的沉積物。

（4）預(yù)防措施。根據(jù)液氨壓力與溫度的關(guān)系，首先提高供氨管道壓力，調(diào)整自力式減壓閥，提高供氨調(diào)節(jié)閥至蒸發(fā)器入口管路段的壓力在0.7 MPa 以上，同時(shí)啟用液氨泵，基本消除了供氨管路閥門堵塞現(xiàn)象。

2.3 氨區(qū)設(shè)備系統(tǒng)改造

初步解決了供氨管路堵塞問題后，為了保證氨區(qū)設(shè)備定期檢修維護(hù)，提高設(shè)備本質(zhì)安全可靠性，對氨區(qū)設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行改造。

2.3.1 改造原因

一是氨區(qū)3 臺液氨儲罐出口共用一根供氨母管，無備用管路，設(shè)備檢修維護(hù)時(shí)需要停止供氨；二是3 臺液氨儲罐之間無倒罐系統(tǒng)，若某一液氨儲罐發(fā)生泄漏，無法將泄漏罐體中的液氨倒至另外的儲罐內(nèi)，需增加液氨儲罐之間的倒罐系統(tǒng)。

2.3.2 改造方案的選擇與實(shí)施

依據(jù)安全環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場實(shí)際情況，研究制定設(shè)備改造方案。

方案1：淤利用液氨儲罐底部的備用出口法蘭，增加一路液氨儲罐至液氨蒸發(fā)器的備用管路系統(tǒng)，通過閥門控制實(shí)現(xiàn)2 條供氨管路互為備用，圖3 為氨區(qū)增加備用管路和倒灌系統(tǒng)。圖中虛線為增加的管道和閥門，原主路供氨管道為：B，C 液氨儲罐新增加的Y 形過濾器B，C 液氨泵原供氨調(diào)節(jié)閥B，C 液氨蒸發(fā)槽自力式減壓閥氨氣緩沖罐；增加的輔助供氨管道為：A 液氨儲罐新增加的Y 形過濾器A 液氨泵新增供氨調(diào)節(jié)閥A 液氨蒸發(fā)槽自力式減壓閥氨氣緩沖罐；于增設(shè)倒罐系統(tǒng)。自卸氨壓縮機(jī)出口至液氨儲罐的新增氣相管線，將A，B，C 液氨儲罐頂部備用氣相法蘭口與壓縮機(jī)氣相出口連接，通過閥門切換，氨氣經(jīng)卸氨壓縮機(jī)可在任意兩臺液氨儲罐間形成壓差，液氨則通過原卸氨系統(tǒng)的液相管路實(shí)現(xiàn)倒罐功能。

圖3 氨區(qū)設(shè)備改造系統(tǒng)

方案2：不同于方案1 的是自液氨泵到蒸發(fā)器各自形成3套獨(dú)立的供氨系統(tǒng)，3 臺液氨泵與3 臺蒸發(fā)器實(shí)現(xiàn)一一對應(yīng)，在蒸發(fā)器出口氨氣管線匯集至液氨緩沖罐的入口管道上。

方案1 與方案2 優(yōu)缺點(diǎn)比較：若采用方案1，設(shè)備改動(dòng)少，工作量小，3 臺液氨泵和3 臺蒸發(fā)器通過閥門切換可以實(shí)現(xiàn)都互為備用或共用（該廠通常運(yùn)行1 臺液氨泵和2 臺蒸發(fā)器），缺點(diǎn)是主輔供氨管路之間的聯(lián)絡(luò)門必須保持良好的嚴(yán)密性，便于主輔供氨管路的檢修（該廠規(guī)定該聯(lián)絡(luò)門只有在主輔供氨管道隔離系統(tǒng)方可使用）；若采用方案2，設(shè)備改動(dòng)相對較大，日常運(yùn)行需要2 套系統(tǒng)，運(yùn)行操作量增加。綜合考量，選擇方案1 實(shí)施設(shè)備改造。

2.3.3 完善設(shè)備改造及優(yōu)化操作措施

在實(shí)施設(shè)備改造期間，綜合考慮并全面優(yōu)化了氨區(qū)設(shè)備系統(tǒng)，提升本質(zhì)安全水平。

（1）原液氨儲罐出口管道由D20 mm 碳鋼管更換為不銹鋼管道，碳鋼截止閥更換為不銹鋼截止閥。

（2）在主輔兩路供氨管路中液氨泵的入口分別安裝一組藍(lán)式過濾器（兼用水沖洗管排水管），過濾精度300 目；液氨蒸發(fā)器出口分別增設(shè)排污管（兼用水沖洗管），可定期對液氨管道切換沖洗。

（3）因供氨系統(tǒng)的自力式減壓閥門運(yùn)行中經(jīng)常發(fā)生卡澀，對其進(jìn)行更換，并增加自力式減壓閥旁路系統(tǒng)，便于自力式減壓閥的檢修。

（4）優(yōu)化檢修管理。在設(shè)備系統(tǒng)檢修后使用氮?dú)獯祾?，清除管道中的積水和空氣（二氧化碳），減少對設(shè)備管路的腐蝕，同時(shí)在卸氨前對液氨槽車與卸氨鶴管之間的連接管道進(jìn)行氮?dú)獯祾?，避免空氣被帶入液氨儲罐體內(nèi)。

3 事故的預(yù)防與預(yù)警

氨區(qū)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，關(guān)系到環(huán)保和區(qū)域的人身安全，當(dāng)液氨發(fā)生泄漏后，總的處理原則是在保障人身安全前提下，在第一時(shí)間采取措施對泄漏點(diǎn)進(jìn)行隔絕，快速有效地消除泄漏點(diǎn)，最大限度地減少對環(huán)境的污染，保障人身安全，因此需要具備以下預(yù)防處置能力。

（1）在第一時(shí)間到達(dá)現(xiàn)場隔絕系統(tǒng)的人員要熟悉氨的性能，熟練掌握現(xiàn)場設(shè)備系統(tǒng)以及個(gè)體防護(hù)技能，并定期參加氨區(qū)事故預(yù)案演練。

（2）若氨區(qū)運(yùn)行中發(fā)生泄漏，要及時(shí)發(fā)現(xiàn)并隔離泄漏點(diǎn)，因此氨區(qū)值班人員必須認(rèn)真履行崗位職責(zé)，氨區(qū)泄漏報(bào)警及聯(lián)動(dòng)設(shè)備系統(tǒng)靈活好用，氨區(qū)各功能區(qū)域要有相對獨(dú)立的水幕、噴淋設(shè)施及液氨回收池、中和池，發(fā)生液氨泄漏時(shí)，能夠隨時(shí)隔離、稀釋、中和、回收。

（3）氨區(qū)設(shè)備系統(tǒng)要定期檢驗(yàn)，保證液氨儲罐一次門之前的罐體和閥門管道不發(fā)生泄漏，同時(shí)還要具備一旦發(fā)生泄漏點(diǎn)的臨時(shí)處置辦法，比如可以臨時(shí)使用打卡子或木塞等辦法進(jìn)行暫時(shí)封堵處理。

（4）氨區(qū)設(shè)備系統(tǒng)要具備倒灌功能。液氨管體一旦發(fā)生泄漏又無法及時(shí)消除漏點(diǎn)時(shí)，應(yīng)立即采取倒灌措施。

（5）對液氨槽車卸氨過程要求。驗(yàn)收氨罐槽車各種檢驗(yàn)合格證齊全，定期實(shí)驗(yàn)槽車上的緊急切斷閥靈活好用；槽車卸氨操作期間，嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)規(guī)定，比如卸氨期間的液氨槽車與鶴管之間必須采取硬連接方式，液氨槽車卸氨時(shí)，應(yīng)按指定位置停車，發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，并采取溜車制動(dòng)措施，連接好接地線。卸車過程中嚴(yán)禁啟動(dòng)車輛，押運(yùn)員、罐區(qū)卸車人員不得擅自離開操作崗位，服裝符合要求，正壓呼吸器、消防設(shè)施齊全，卸氨流速控制在規(guī)定范圍內(nèi)，氨區(qū)無明火作業(yè)，如必須在上述地點(diǎn)進(jìn)行焊接或點(diǎn)火的工作，應(yīng)事先經(jīng)過氨氣含量測定，證實(shí)工作區(qū)域內(nèi)空氣中含氨量2.510-5。

4 結(jié)論與建議

通過對設(shè)備運(yùn)行中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析研究，落實(shí)改進(jìn)措施及設(shè)備改造方案，消除了氨區(qū)運(yùn)行中的隱患，確保氨區(qū)安全穩(wěn)定運(yùn)行；因設(shè)備改造受場地和資金的制約，還存在著一些不足，比如在倒灌過程中，需要通過卸氨壓縮機(jī)給已泄漏的液氨儲罐加壓，漏點(diǎn)泄漏量會增大，若有合適的場地，建議采用低位事故備用液氨儲罐，發(fā)生故障的液氨儲罐靠液體靜壓流入備用液氨儲罐中，更利于事故的處置。