尿素裝置高壓洗滌器安全運(yùn)行淺析

摘 要：分析尿素裝置高壓洗滌器發(fā)生的事故，提出尿素裝置高壓洗滌器安全運(yùn)行管理措施，提高設(shè)備運(yùn)行安全性。

關(guān)鍵詞：高壓洗滌器;防爆筒;運(yùn)行管理

0 前言

高壓甲銨洗滌器是尿素CO2 汽提工藝中四臺高壓設(shè)備之一，其作用是利用甲銨溶液在高壓條件下吸收來自從成塔氣相中的NH3和CO2。如圖1所示，其上部為填料洗滌吸收段和球形防爆空間、下部為列管換熱段和氣體分布器。填料吸收段在防爆空間內(nèi)部，填料洗滌段筒體上開6個(gè)深2mm的槽，代替爆破板起防爆作用。球形防爆空間作用是在防爆筒爆炸沖擊破裂后，球形空間中來自合成塔的非爆炸性氣體與之混合，起到緩沖和息爆作用，防止事故擴(kuò)大。下部列管段為浸沒式換熱器，來自合成塔的氣相經(jīng)球形空間進(jìn)入氣體分布器，與經(jīng)過洗滌段來的稀甲銨液一起并流進(jìn)入列管，殼側(cè)冷卻介質(zhì)是高壓調(diào)溫水。

1 案例分析

案例一：某尿素裝置在封塔36h后開車，投料后高壓甲銨洗滌器調(diào)溫水一直沒有出現(xiàn)溫差，高壓系統(tǒng)壓力上漲較快，通過現(xiàn)場排查發(fā)現(xiàn)氣相循環(huán)管線法蘭溫度偏低，判斷此管線出現(xiàn)結(jié)晶堵塞，防爆筒在高壓差下已經(jīng)破裂。為確認(rèn)防爆筒已破裂，提高調(diào)水溫度至140℃，并對此管線打水確認(rèn)后，二次投料，系統(tǒng)還是出現(xiàn)上述異?，F(xiàn)象。拆開上下封頭后發(fā)現(xiàn)防爆筒由內(nèi)向外發(fā)生破裂。通過防爆筒體破裂方向分析，破裂原因是內(nèi)部壓力高于防爆空間壓力造成，可能在封塔或投料期間發(fā)生閃爆。

案例二：某尿素裝置因合成氨裝置停車，尿素裝置高壓封塔，由于停車過程中蒸汽緊張，高壓調(diào)溫水溫度下降較快，最低為91℃。在次日系統(tǒng)投料過程中，發(fā)現(xiàn)高壓系統(tǒng)壓力上漲較快，且高壓洗滌器無熱量交換，高調(diào)水進(jìn)出口無溫差。通過分析判定是高壓洗滌器防爆筒破裂，來自合成的氣相未經(jīng)過列管換熱，直接走短路進(jìn)入上部洗滌段。停止投料后，進(jìn)行排塔、置換、降溫后，打開高壓洗滌器上下封頭、球形空間人孔后發(fā)現(xiàn)防爆筒產(chǎn)生由外向內(nèi)變形，焊縫破裂。

案例三：某大型尿素裝置在正常生產(chǎn)中，發(fā)現(xiàn)高壓調(diào)溫水中有氨味，經(jīng)過分析氨濃度達(dá)0.3%，未在其中檢測出尿素，懷疑是高壓洗滌器換熱段有泄漏。工藝人員對高調(diào)水進(jìn)行排放置換，氨濃度下降后停止置換，通過連續(xù)取樣分析對比，計(jì)算出平均泄漏量，較小，判斷泄漏為焊縫或列管出現(xiàn)裂紋。一周后裝置停車檢修，對換熱段進(jìn)行氨滲漏、氦滲漏和渦流檢測，最終確認(rèn)有27根換熱列管有泄漏，對泄漏列管進(jìn)行堵管處理。開車后發(fā)現(xiàn)仍存在少量泄漏，監(jiān)控運(yùn)行至裝置大修，大修期間更換全部列管，將列管材質(zhì)由316L更換為更高等級的25-22-2不銹鋼。

以上三個(gè)案例是尿素高壓洗滌器發(fā)生的常見典型事故，一是防爆筒因尾氣爆炸引起爆裂，二是因內(nèi)外介質(zhì)壓差增大，擠破防爆筒，三是因列管、焊接處因腐蝕造成列管、焊縫泄漏。

防爆筒因爆炸引起爆裂，主要是因?yàn)槲矚鈫栴}未引起足夠的重視。一般情況下，原料CO2氣中含H2體積分?jǐn)?shù)在0.6%～1.0%，如果在進(jìn)入高壓系統(tǒng)前沒有有效的脫氫，這部分氫氣直接進(jìn)入高壓合成系統(tǒng)，最終進(jìn)入尾氣系統(tǒng)，在這里NH3大部分被吸收后，尾氣組分就有可能進(jìn)入爆炸極限，在靜電引發(fā)下發(fā)生爆炸。

防爆筒因外力造成破裂，主要是由于防爆筒內(nèi)外壓差增大，導(dǎo)致擠壓變形、撐破防爆筒導(dǎo)爆槽。因防爆筒設(shè)計(jì)上是為了在筒內(nèi)發(fā)生爆炸時(shí)能夠快速釋放能量，防爆筒是不能承受壓差的。如果列管、中心降液管、氣相循環(huán)管線等，任何一處因甲銨結(jié)晶堵塞，都會(huì)造成防爆筒內(nèi)外壓差增大，導(dǎo)致其變形甚至破裂。

列管泄漏主要原因是管板焊接處、列管本身因腐蝕減薄，以及應(yīng)力腐蝕造成列管出現(xiàn)裂紋等。高溫高壓的甲銨溶液具有較強(qiáng)的腐蝕性，如果管板角焊縫焊接質(zhì)量及材質(zhì)達(dá)不到要求，運(yùn)行過程中因高壓差就會(huì)發(fā)生泄漏。另外，因殼側(cè)高調(diào)水（蒸汽冷凝液）中氯離子濃度超標(biāo)，列管在高溫、高壓工況下發(fā)生應(yīng)力腐蝕、產(chǎn)生裂紋，也會(huì)導(dǎo)致工藝介質(zhì)漏入蒸汽冷凝液系統(tǒng)中。

因以上事故的發(fā)生，都會(huì)導(dǎo)致裝置較長時(shí)間停產(chǎn)檢修，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。下面從設(shè)備本質(zhì)安全，運(yùn)行維護(hù)安全的角度對高壓甲銨洗滌器安全運(yùn)行進(jìn)行分析。

2 高壓甲銨洗滌器安全運(yùn)行管理措施

2.1 本質(zhì)安全

本質(zhì)安全是指設(shè)備、設(shè)施或技術(shù)工藝含有內(nèi)在的、能夠從根本上防止發(fā)生事故的功能，從本質(zhì)上實(shí)現(xiàn)安全化，從根本上消除事故發(fā)生的可能性，從而達(dá)到預(yù)防事故發(fā)生的目的。

應(yīng)用二氧化碳脫氫技術(shù)就是從源頭上消除高壓洗滌器尾氣達(dá)到爆炸區(qū)域的可能。在一定的溫度壓力下，使用脫氫催化劑將原料氣中的氫氣等具有爆炸性的氣體脫除，出氣中殘余氫氣體積含量小于50ppm。使尿素裝置高壓洗滌器尾氣成分始終在爆炸極限之外，即從本質(zhì)上保證了運(yùn)行安全。脫氫裝置可設(shè)在CO2壓縮機(jī)段間，也可設(shè)在CO2壓縮機(jī)的末段，具體位置配置根據(jù)裝置的實(shí)際情況而定。

目前國產(chǎn)脫氫催化劑使用壽命3年左右，能夠滿足使用一個(gè)裝置大修周期，工藝條件較好的氣頭尿素裝置可安全使用6年以上，我廠脫氫催化劑使用周期都在6年以上。

2.2 運(yùn)行管理

高壓甲銨洗滌器事故大多是發(fā)生在裝置停車或開車過程中。停車后排放、沖洗置換不徹底會(huì)導(dǎo)致列管及管道結(jié)晶堵塞，同時(shí)開停車及封塔期間監(jiān)控措施執(zhí)行不到位也會(huì)引起事故的發(fā)生。所以一方面應(yīng)制定完善的裝置停開車及封塔管控措施，做到員工培訓(xùn)到位，防止發(fā)生結(jié)晶堵塞，如強(qiáng)化停車時(shí)對殘存甲銨液的排放操作，明確規(guī)定排放、沖洗的參數(shù)指標(biāo)變化趨勢;另一方面要充分汲取同類型裝置事故教訓(xùn)，適當(dāng)增加監(jiān)控措施和手段，及時(shí)發(fā)現(xiàn)局部參數(shù)的變化，及時(shí)采取相應(yīng)的處理措施，如在易結(jié)晶部位增設(shè)溫度、壓力監(jiān)控，定期檢查管線暢通情況等。

為了防止因蒸汽冷凝液中進(jìn)入氯離子，列管發(fā)生應(yīng)力腐蝕。增設(shè)殼側(cè)高壓調(diào)溫水在線電導(dǎo)監(jiān)測儀，采取連續(xù)排放及增加分析頻率等措施，加強(qiáng)對殼側(cè)蒸汽冷凝液指標(biāo)的監(jiān)控。尤其是在裝置停車期間，蒸汽冷凝液系統(tǒng)壓力降低，與之換熱的循環(huán)水因換熱器泄漏易發(fā)生循環(huán)水漏入蒸汽冷凝液系統(tǒng)的情況，專門制定工藝措施，并加強(qiáng)對此類換熱器的泄漏檢查。

2.3 檢修管理

為了使設(shè)備恢復(fù)生產(chǎn)效能，延長設(shè)備使用周期，必須進(jìn)行定期的設(shè)備檢修、檢查。尤其是對于高壓甲銨洗滌器高溫、高壓、工藝介質(zhì)腐蝕性強(qiáng)的設(shè)備，應(yīng)制定科學(xué)全面的檢修方案，定期進(jìn)行全面的檢查，包括列管襯里側(cè)厚，焊縫探傷檢查，防爆筒完好情況檢查，必要時(shí)還需要進(jìn)行氨滲漏或氦滲漏監(jiān)測等。

3 結(jié)束語

高壓洗滌器是二氧化碳汽提尿素工藝中故障率較高的設(shè)備之一，其安全運(yùn)行是尿素裝置長周期運(yùn)行的保障。在日常生產(chǎn)管理中，仍需要不斷的加深對設(shè)備運(yùn)行特點(diǎn)的了解和掌握，持續(xù)完善監(jiān)控手段，優(yōu)化管控措施，從根本上避免設(shè)備事故發(fā)生。

作者簡介：

劉平（1980- ），男，漢族，籍貫：四川渠縣，工程師，大學(xué)本科，主要從事尿素生產(chǎn)管理工作。