2023年《安全管理论文》之探讨安全水封在合成氨装置脱硫工序中的应用.docx

探讨平安水封在合成氨装置脱硫工序中的应用   　  摘  要  在合成氨生产操作过程中，始终存在着高温、高压、易燃、易爆、易中毒等危险危害因素，同时，因生产工艺流程长、连续性强，设备长期承受高温和高压，还有内部介质的冲刷、渗透和外部环境的腐蚀等因素影响，各类事故发生率比较高，尤其是火灾、爆炸和重大设备事故经常发生。文章简述了合成氨脱硫工序工艺流程、分析危险辨识，平安水封的计算，以及设置平安水封后所产生的效益。　　 关键词  平安  水封  合成氨  脱硫  应用　　 在合成氨装置中，脱硫是一道重要的工序，其主要作用是脱除半水煤气中的硫化氢，脱硫后的半水煤气送往压缩工段，在该工序中，有一个核心设备为罗茨风机，该风机不能进行反转，假设反转，那么会损坏罗茨机，造成重大生产平安事故。在生产过程中，因压缩机跳停导致罗茨风机出口超压跳停反转的事故时有发生，如2022年9月6日，一合成氨厂因供电线路受雷击，低压局部跳电，压缩机、2#、3#、4#罗茨风机等设备跳停，压缩机跳停后，由于1#、5#罗茨风机未跳，继续向后送气，在风机加压过程中，出口压力猛升，而跳停的罗茨风机由于惯性还随电机一起转动，此时风机出口压力不断升高，迫使跳停后的，2#风机转子反转导致整台风机损坏，直接经济损失16万元。2023年3月20日，同样有一台萝茨风机受雷击反转导致损坏报废损失14万元。本文就是结合笔者工作实际，针对脱硫工序罗茨风机反转事故，作简略的探讨。　　 1 脱硫工艺流程简述　　 在合成氨装置中，湿式脱硫工序的主要工艺流程如以下图：　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 主流程：来自气柜的温度约40℃、压力约2.0Kpa的半水煤气，首先进入静电除焦油器水封，从水封处来的半水煤气进入静电除焦油器底部，在此除去所含的局部粉尘、煤焦油等杂质，从静电除焦油器顶部出来除去局部含尘和焦油量的半水煤气进入静电除焦油器出口水封，来出自静电除焦油器水封的35℃、1.67kPa左右的半水煤气进入清洗冷却塔下段，与来自清洗冷却塔上段的与冷却水逆流接触换热，被冷却至35℃以下，随后进入罗茨鼓风机加压，加压后半水煤气温度约80℃，压力约为50Kpa，然后送入脱硫塔底部，从下向上通过填料层，并与塔顶喷淋下来的脱硫液逆流接触脱除硫化氢，从脱硫塔上部出来的硫化氢含量小于70mg/Nm3的半水煤气进入清洗冷却塔上段，用冷却水洗去其中夹带的雾沫后，送去压缩工段。　　 脱硫液流程：脱硫液从贫液泵打入脱硫塔，与来自罗茨风机的半水煤气在填料层逆流接触后进入富液槽，富液经富液泵打入再生槽进行再生，再生后脱硫液的进入贫液槽循环使用。　　 水流程：来自外工段的循环水进入清洗冷去塔上段，与脱硫后的半水煤气在填料层中逆流接触进行冷却，然后进入清洗塔下段与来自静电除焦的半水煤气逆流接触洗涤然后送到外工段。　　 2 危险性辨识　　 在以上流程中，主要核心设备室罗茨风机，罗茨风机有一个最大的特性，就是不能产生反转，假设产生反转，就会导致转子损坏、机壳破裂、联轴器破碎飞出等严重设备事故，在以上事故中，影响最大的就是机壳破裂，半水煤气大量外泄，极易产生爆炸，中毒等事故，严重时产生机毁人亡的惨痛事故。但是上述工艺中，罗茨风机出口压力达50Kpa，进口仅为1.6Kpa左右，压差达48.4Kpa，而罗茨风机出口半水煤气是送到压缩工序的，假设压缩机出现跳停，那么很容易导致罗茨风机出口压力超高，罗茨风机电流超高跳停导致罗茨风机反转，出现损坏设备的现象；针对此现象，该装置在设计时罗茨风机出口设置了止逆阀，但是存在一个问题，因为半水煤气中含有很大一局部的煤焦油是静电除焦不能完全除去的，此煤焦油极易把止逆阀粘死，使之失去作用，最终无法起到止逆的作用，因此效果也不是十清楚显。　　 那么如何才能使在压缩机跳停的时候有效的保护罗茨风机呢？那就是在清洗塔冷却塔上下段设置平安水封，设置后的脱硫工艺流程如下：　　 　　　在上图中，用粗实线标的就为平安内水封，在压缩机跳停时，压力超过平安内水封压力，就会使平安水封冲破，高压段的半水煤气大量泄到低压段的设备管道中去，这样既保护了罗茨风机，又不至于半水煤气大量外溢，得到了两全其美的结果。　　 3 脱硫平安水封的计算　　 平安水封需要多大管径、需要多高才能有效地起到保护作用，以年产8万吨合成为例来进行计算，年产8万吨合成氨，半水煤气流量大约是41000Nm3/h，脱硫选用L93WD型罗茨风机，该风机出口压力最高为50Kpa，设计流量为230 m3/min 。　　 水封管径的计算：　　   半水煤气流量:41000Nm3/h　　           煤气流速为:15m/s　　           管径=｛（（半水煤气流量/3600）×流速）/3.14｝1/2　　               = 2×｛（（41000/3600）×15）/3.14｝1/2　　               =0.9834m　　 根据以上计算，水封管径为1000mm。　　 水封高度的计算：　　 ：水封冲破压力为50Kpa（罗茨风机最高出口压力），水比重为1　　 根据P=ρgh　　 水封高度H=P/（g×ρ)　　             =50/（9.8×1）　　             =5.1m 　　 根据以上计算，水封高度为5.1m；　　     通过以上计算，年产8万吨合成氨，要使脱硫内水封有效起到保护作用，水封管径为DN1000，水封高度为5.1m，但是，仅仅计算水封管径和高度就能满足要求了吗，笔者认为除了以上参数满足要求外，脱硫内水封设置还有几个关键点需要注意:　　 （1）清洗冷却塔下段液位控制不能超过水封的高度，否那么容易造成水封高度过高不能有效起到保护罗茨风机的效果；　　 （2）为防止水封液位过低，上水阀必须随时翻开，水封水必须保持溢流；　　 （3）在倒风机或开风机时操作要特别注意稳定，否那么，容易压力瞬间过高水封冲破导致产生不必要的事故；　　 （4）该水封不易清理，也不容易观察到水封状况，因此水封加水的设置最好是用干净的工艺水，以减少堵塞的风险。　　 （5）为在压缩机跳停后快速回复生产，水封加水可以适当加大，一般加水管用DN100管径即可，加满溢流后关小阀门，或者是加水水封用DN100管径，溢流加水用DN50管径。　　    只要设备、工艺满足计算要求，在管理和操作上又满足了以上要求，脱硫内水封就可以有效地起到平安保护作用。　　 4 内水封设置后带来的经济效益和平安效益　　 在脱硫工序的罗茨风机设置平安水封后，可带来以下经济效益和平安效益：　　 （1）一台罗茨风机以20万元计算，每年跳停几率一次，每次损坏罗茨一台，每年可节约人民币20万元。　　 （2）可以防止因压缩机跳停或导致罗茨风机损坏事故，在小氮肥生产中，压缩机跳停后，大量煤气无法输送，会导致罗茨风机出口压力大幅度上涨，极易产生罗茨风机跳停、叶轮返转损坏罗茨风机事故，设置平安水封后，出口压力一上涨水封冲破，可使大量煤气从高压侧泄到低压侧，从而防止了罗茨风机损坏事故；　　 （3）可以起到平安阀的作用，众所周知，下合成氨特点是高温高压、易燃易爆，压力不超标是必须遵守的原那么，平安水封就好比是平安阀一样可以起到预防的作用。　　 5  结束语　　 “平安第一、预防为主、综合治理〞是我国的平安生产方针，在预防中，做到设备、工艺的本质平安、消除物的不平安因素是平安工作的重点之一，在小氮肥生产中尤为如此，虽然，水封的设置是比较小的一个小小的改动，但是对平安工作来讲，就是需要这种创新，从这点来讲，就小小的改动，更表达“以人为本〞的平安理念，切实保护作业人员的生命平安，将产生更大的经济效益和社会效益。　　 　 　 参考文献　　 　 　 1  张金钟主编.化肥企业平安技术管理.北京：化学工出版社，1991　　 2  杨春升、韩福顺编著.中小型合成氨厂生产操作问答(第二版).北京：化学工业出版社，2022　　 3  张子锋主编.合成氨生产技术.北京：化学工业出版社，2023