惰性气体洗涤器增设防爆空间的改进

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1、第十五届全国尿素厂年会论文资料集 惰性气体洗涤器增设防爆空间的改进 李虹 ( 川化集团有限责任公司成都市6 1 0 3 0 1 ) 1 3 0 O概述 在水溶液全循环法尿素装置中，为回收中压系统尾气中的氨，设置了惰性气体洗涤器。 传统流程中惰性气体洗涤器的设备结构形式和介质的流向如图l 所示。 在尿素生产过程中，原料二氧化碳气体和液氨中均含有一定数量的氢、氮及其他可燃性 气体。为了设备防腐蚀需要，原料二氧化碳气体和中压分解加热器进口尿液中尚加入了适量 的空气。这些气体经中压分解后都以气相带出，经中压吸收和气相氨的冷凝，洗涤后的惰性 气体中氢、氧、甲烷等组分含量增加而形成爆炸性气体，一旦遇到外界

2、的某些引爆因素，就 有可能发生爆炸。因此，为了生产安全，要求惰性气体洗涤器出口尾气中氧含量小于5 。 在实际生产中，惰性气体洗涤器出口尾气组成达到爆炸极限是常有的事，国内外厂家也 曾多次发生过爆炸事故，造成设备损坏和人身伤亡。为了保证在惰性气体洗涤器出口尾气发 生爆炸时设备和人身的安全，设计院为水溶液全循环法尿素装置设计了带内防爆装置的惰性 气体洗涤器，较好的解决了爆炸问题，其设备结构和介质的流向如图2 所示。 图l 传统惰性气体洗涤器结构形式和介质流向图2 带内防爆装置惰性气体洗涤器结构形式和介质流向 中、小型尿素装置惰性气体洗涤器防爆装置有关数据如表1 所示。 表l 惰性气体洗涤器内防爆装

3、置数据 膜片直径膜片厚度泄压面积爆炸空间泄压比爆破压力爆炸压力 项目 ( m 2 1 0 0m 3 ) ( 口a )( M 口a )( m m )( m m )( e m 2 )( m 3 ) 中型装置 5 0 0O 88 9 7O 1 1 6 86 9 92 0 54 2 8 小型装置 3 5 00 44 3 10 0 7 1 56 0 32 0 54 5 0 从投产多年的某中型尿素装置和近l O 年来陆续投产的小型尿素装置来看，惰性气体洗 第十五届全国尿素厂年会论文资料集 涤器的防爆装置对保证安全生产起到了一定的作用，但仍不尽人意。生产实践证明，在安装 过程中，由于压紧螺栓力不均匀，造成不

4、锈钢法兰环对铝制爆破板密封压力不均匀，爆破板 密封面变形，在爆破板凸球面与安装结合面的结合处产生裂纹，造成爆破板损坏：由于铝制 爆破板仅有O 4 和0 8H u n 厚，在系统开车或系统操作不稳定时，频繁的交变载荷，加速了 爆破板的折断损坏，尾气中氨含量增加。为了维持生产，众多尿素装置中均增设了氨冷凝器 A 至氨冷凝器B 的近路管线，一旦爆破板损坏，就将惰性气体洗涤器防爆段甩掉运行。此 时若中压尾气发生爆炸，后果极其严重，因此有必要对惰性气体洗涤器防爆装置进行改造， 以适应安全生产和降低氨耗的需要。 1 新型爆破板的开发与应用 笔者经过长期研制，开发出一种新型爆破板，解 决了爆破后能够及时恢复

5、防爆和密封能力的关键问 题，并已在中、小型尿素装置中得到了广泛的运用。 经过对新型爆破板充分的理论计算，以小型尿素 装置中D g 3 5m m 的爆破板设计计算为例，得知只需 1 8k P a 压差就可保证爆破板的防爆和密封功能，而这 一点在实际生产中很容易做到。为了验证计算的可靠 性，制作如图3 所示的实验装置。图3 新型防爆试验装置 在实验时先使阀2 、阀3 处于全关状态，从阀1 通入压缩空气。当表l 指示达1 0 0I ( P a 时全关阀l ，全开阀3 将下部压缩空气排净，逐渐打开阀2 直到表1 指示达5 0 、4 0 、3 0 、2 0 k P a 都能保持在4 8 小时以上爆破板不

6、发生泄漏；当阀2 打开，表l 指示在1 8l ( P a 时仍能保 持在2 4h 以上爆破板不发生泄漏。当表1 指示在1 5k P a 时，爆破板开始发生泄漏。如此反 复实验多次，实验数据如表2 。中、小型尿素装置原设计与新改进防爆装置数据如表3 。 表2 试验数据 序号 123456 压力指不( 1 ( P a ) 5 04 03 22 01 81 5 保压时间( h ) 4 8 4 8 4 8 4 8 2 5 开始泄漏 表3 原设计与改进后的防爆装置数据 膜片直径膜片厚度泄压面积爆炸空间泄压比爆破压力爆炸压力 项目 ( m m )( m m )( c m 2 )( m 3 )( m ，1

7、0 0m 3 )( 癣a )( h 伊a ) 中型原设计 5 0 00 88 9 7O 1 1 6 86 9 92 0 54 3 8 装置改进后5 0 0 ，9 4 20 。1 1 6 8l l O 81 7 54 0 8 小型原设计 3 5 00 44 3 l0 0 7 1 56 0 - 32 0 54 0 5 装置改进后3 1 0 5 3 50 0 7 1 57 4 81 7 54 0 8 2新型防爆空间 早期投产的水溶液全循环法尿素装置中惰性气体洗涤器均无内防爆装置，虽然采用了诸 如尾气组分惰性化、静电接地等防爆措旋，但爆炸的危险性仍然存在。虽然可以通过更换为 带内防爆装置的惰性气体洗涤

8、器来保证安全，避免设备损坏和人身伤亡事故的发生，但投资 太大，同时传统的铝制爆破板使用效果欠佳。为此笔者认为采用新型防爆装置增设防爆空间 是一个较好的办法。 第十五届全国尿素厂年会论文资料集 1 3 2 某省化工公司分别有两套原设计能力均为1 4 0 t d 的尿素装置，其中l 套惰性气体洗涤器 无防爆装置，存在着较大的安全隐患。受该公司委托，笔者为其设计了配套的新型防爆空间。 惰性气体洗涤器新型防爆空间结构形式和介质流向如图4 所示，与原有惰性气体洗涤器 连接如图5 所示。 由氨水泵送来的稀氨水和氨冷凝器B 来的含氨尾气进入惰性气体洗涤器下段管间鼓泡 吸收，气液混合物由新增管线进入新型防爆空

9、间。液相由新增管线进入原有管线入中压吸收 塔，气相由新增管线进入原有管线经调节阀减压后入尾气吸收塔。氨冷凝器A 出口气相经 新型防爆空间上部后入氨冷凝器B 。保留了原有管线，通过阀门可以很方便的切换，一旦出 现由于某种原因引起防爆和密封功能失效，不至于影响装置生产。 氨气入口 氨水出口 墚 、- - 一 L 氨气出口 尾气出口 气液混合物入口 图4 惰性气体洗涤器新型防爆空间 结构形式和介质流向 氯气入口 氨气出口 图5 新增防爆空间流程图 3新型防爆空间的容积计算 防爆空间的容积大小与爆炸气体容积，爆炸后气体的容积变化和防爆空间允许压力升高 的幅度有关，其值的大小通常采用下式计算： v n

10、e = 罟V e 爆炸气体容积变化系数F 爆炸气体容积变化系数是表示气体爆炸后保护空间压力升高的幅度，其值的大小与防爆 空间的容积成反比并和设计压力成正比；即K 值越大，设计压力越高，所需的防爆容积则 越小。从结构尺寸上的合理性及用材的经济性综合考虑，取K = I - 3 。 防爆空间容积v e 防爆空间容积指发生爆炸一侧爆炸性气体的有效容积，此值的大小直接决定了爆炸的能 量，在设计中要尽量减少v e 。对于图3 所示的结构，爆炸空间的容积指溢流堰上部气相空 间和出口气相管的容积，据计算其值为0 0 5 m 3 。 将上述数值带入计算公式得： V n e = 7 0 1 2 6 5 8 2 1

11、 3 1 3 1 0 0 5 - - 0 9 5 立方米 ( 下转第11 3 页) 第十五届全国尿素厂年会论文资料集 而其余缸做功正常。此时可将泵的泵体付线迅速打开，然后关闭，如介质气化不严重，则打 量可以恢复。此时若向缸体处浇冷却水也是有效白g _ 办法。若均不奏效，也可向泵内冲部分冷 凝液吸收气化介质，使打量恢复。具体操作是开启高压冲洗水泵加压2 0M Pa 以上，冲至泵 出口，然后开泵体副线，让部分介质随高压冲洗水回流至泵进口循环吸收气化介质，当关闭 副线后打量恢复则立即关高压冲洗水，防止入塔水量过多影响合成塔操作。 造成一甲泵不打量的原因有以下几点；( 1 ) 一甲液浓度偏高：( 2

12、) 中压压力大幅下降； ( 3 ) 一甲液温度大幅波动；( 4 ) 一甲泵进口管路部分堵塞；( 5 ) 保温蒸汽压力过高加热下 液管内一甲液导致气化。 4 如何从操作上防止一甲泵不打量 知道了一甲泵不打量的原因，在操作中就有了防止一甲泵不打量的方法。首先保持一甲 液的浓度稳定，这样既可保证合成塔正常，又能保证一甲泵打量正常。另外在操作上尽量减 小一吸塔下液温度波动，否则流过高温甲铵液后的管道再流入低温甲铵液，管道对低温甲铵 液起到加热作用，当温度高于该甲铵液沸点时，就会部分气化造成一甲泵不打量。另外在夏 季或气温较高地区，一吸塔下液管线伴管保温完全可以停掉，防止伴温对管道内物料起加热 作用，另

13、外下液管散热可起到适当降低甲铵液的温度，提高一甲泵进口过冷度的作用( 但也 应注意保温情况，防止因散热过多产生结晶) 。还有一种现象应值得注意，当温度或浓度波 动造成一甲泵不打量、一吸塔液位高时，在1 1m 平面进行排放以维持一吸塔液位时，还应 适当在一甲泵向碳铵槽排放，防止在一吸塔下液管内气化介质不能排出造成一甲泵长时间不 打量。当一甲泵不打量时，冷却泵的缸体是防止一甲液气化的有效办法，但决不能冷却进口 管道，这样会有进口堵塞的可能。若一甲泵试泵合格，而投入系统后即不打量此时应多考虑 进口不畅的原因。 总之，一甲泵打量不好原因很多，工艺因素影响较多。应根据当时工况首先排除工艺原因， 既要考虑

14、系统的全循环，也要防止在不明原因的情况下盲目倒泵和检修，造成不必要的浪费。 ( 上接第1 3 2 页) 保护空间的容积大于O 9 5m 3 ，当气体爆炸时，防爆空间的压力将小于2 2M P a ，没达到 保护空间的设计压力，因而设备是安全的。 4结束语 惰性气体洗涤器新型防爆装置，首套用户使用至今已有十余年，用户已遍及全国3 0 余 套装置，均取得了满意的效果，保证了安全生产，降低了消耗，减轻了劳动强度，节省了维 护费用，深受用户欢迎。 生产实践证明，新型防爆装置安全可靠，具有以下优点：由于敢铝制材料为不锈钢，且 有足够的强度：使用特殊的密封材料，既有足够的弹性，又能耐氨等介质的腐蚀；新型防爆 装置在爆炸消除后可自动复位，并能保证爆破板有足够的密封性能，以利爆破板的反复使甩； 在实际生产中可将出口尾气中氨含量降至较低值运行，有利于降低消耗。 采用增设新型防爆装置的防爆空间，可以用较少的投资来保证设备和人身的安全，对于 中型尿素装置而言，按每吨尿素降低氨耗1 0 0 0g 计，不到半年就可收回全部投资，具有较 好的效益。