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1、尿素合成塔防爆炸技术改造及安全使用管理摘 要：本文有针对性地对水溶液全循环工艺的尿素合成塔防爆炸事故的安全整改措施进行了介绍，并总结了安全使用管理方面的方法，旨在通过技术和管理创新确保尿素企业安全生产的可靠性。1前言国内中小尿素企业中，河北迁安、山东鲁西等水溶液全循环工艺尿素装置中的尿素合成塔曾发生过断裂性爆炸事故，给企业造成了人员伤亡和严重的经济损失，对周边的环境造成了不同程度的污染，令全国氮肥行业震惊，也引起了许多尿素企业的高度重视。四川美丰采用上述工艺的尿素生产装置共有四套，其中1315万吨/年三套，8万吨/年装置一套。针对可能发生尿塔爆炸的潜在危险，公司总部、德阳及绵阳两分公司主管生产
2、、技术、安全的负责人和部门高度重视，结合学习国家质量监督检验检疫总局国质检特函（2005）689号文关于进一步加强尿素合成塔生产使用检验工作的通知（以下简称通知）和济南市人民政府平阴鲁西化工第三化肥厂有限公司“321”尿素合成塔爆炸事故调查组“321”尿素合成塔爆炸事故调查报告（以下简称报告）1，并通过技术研讨，生产总结等方式，对四川美丰水溶液全循环工艺的尿塔防爆炸和安全使用提出了行之有效的配套技术改造方案，对安全使用管理方面制定了必要的措施。以通过技术和管理的创新来保证尿素装置安全生产的可靠性。下面笔者结合四川美丰采取的方法和措施，谈谈尿塔防爆炸的技术改造及安全使用管理。2技术改造措施2.1
3、 检漏系统改造目前，国内在用尿塔的检漏载气基本都是低压蒸汽，检查是否有泄漏都是采集冷凝水样进行含氨量的人工分析判断。根据报告分析，蒸汽进入包扎层后其中的K+、Na+将对层板产生应力腐蚀， NH3进入也会使层板产生应力腐蚀。而为了调整锅炉炉水PH值，一般厂家都在锅炉给水处理时加入氨水或磷酸三钠等，蒸汽中不免含较高的钠离子或氨，从介质上具备了使尿塔层板出现应力腐蚀的条件。为了杜绝隐患，我们对所有在用的尿塔进行检漏系统改造:（1）检漏介质的更换增设PSA制氮装置，专供尿素用氮气，将低压蒸汽检漏，改为纯度用99.9%以上的氮气检漏。（2）分析方法将检漏气体导入透明的装有酚酞溶液的有机玻璃箱中，便于随时
4、巡检观察，定期更换溶液。同时，保持原来的人工分析频次不变。当自动分析系统技术成熟、性价比合理时，改为检漏气体的氨含量自动在线分析。（3）完善检漏系统的配管将尿塔设计的所有检漏管均接入检漏系统便于监控。目前，大多数厂家为了检修的方便，尿塔人孔及大盖上的检漏管均未接入检漏系统，这对尿塔的安全监测是极为不利的。2.2 原料气处理水溶液全循环尿素生产装置工艺设计上没有CO2脱氢装置，在正常生产中CO2气体始终会带入约1.0%左右的氢气，系统加入的防腐空气中的O2也一并进入了尿塔，这就使尿塔气相空间存在化学爆炸的可能2。因此，需对进入尿塔前的CO2进行脱氢处理。（1）在CO2进入尿塔前进行脱氢处理，该项
5、工艺在我公司德阳分公司日产1000吨CO2汽提尿素装置中使用效果良好3。因此，在其它的水溶液全循环尿素生产装置中，全部增加CO2脱氢装置。（2）对CO2压缩机五段进行无油润滑改造，尽量减少进入尿塔的润滑油，提高尿素质量，减少尿塔内可能因为润滑油引起的燃烧等事故可能性。2.3 出口管线原设计的尿塔出口管线的材质为00Cr17Ni14Mo2(316L)，其出口第一截止阀与尿塔出口之间有一个高压弯头（如图一）。在生产中，尿塔出口管阀组振动较大并引起塔体振动，存在严重的潜在安全危险，反复加固效果不明显。且该段管线及管件腐蚀也较为严重，使用寿命不长，尤其是P4阀的进口大小头，使用中减薄严重（如图一所示）
6、。为了解决存在的问题，我们进行了原因分析：塔顶管阀组振动主要是由于尿塔出口第一截止阀安装位置不合理，出口管径在尿素生产能力加大后偏小。管件减薄严重的主要原因是316L材质耐尿素腐蚀性能相对较差。因此，我们对尿塔出口管线进行了改造：（1）0Cr17Mn13Mo2N(A4)钢属于以锰、氮代镍的奥氏体铁素体双相不锈钢,属我国上世纪六十年代研制成功，具有良好的常温力学性能及可焊性,经固溶处理后有较好的耐晶间腐蚀性能，在高温高压缺氧及尿素介质中耐腐蚀性能良好4。因此将尿塔出口到P4阀进口的所有管件材质全部由316L改为A4钢锻件。（2）取消尿塔出口到第一截止阀之间的弯头，改为第一截止阀直接通过短节与尿塔
7、出口联接，减少一个弯头，降低管路阻力（如图二）。（3）根据尿塔出口接管规格，将尿塔出口到P4阀进口的所有管件的公称压力从PN22.0调整为PN32.0。并将P4阀的公称直径加大一个规格。通过上述改造，明显减小了尿塔的振动，延长了出口管线及管件的使用寿命。3. 安全使用管理3.1 日常操作及维护管理要确保尿塔的安全，必须严格按规程进行操作及维护。四川美丰多年来严格控制和考核各项工艺指标，保证了尿塔的安全运行：（1）严格控制操作温度和压力，确保加氧量在0.5%左右，控制CO2纯度在98.5%以上。对氧含量和CO2纯度进行监控分析，其频率由车间每2小时、分厂每2天，分公司每周分析一次。每天进行检漏气
8、体中氨含量分析，同时不定期进行液氨的纯度分析。（2）加强成品中的Ni含量分析，形成分厂每天、分公司每周一次的二级分析制度。（3）安装电子巡检系统，确保操作、维护人员的定点、定时巡检。便于及时发现和处理问题，保证生产的安全。（4）在DCS系统中原设计的超压报警基础上，增设自动紧急停车功能。尿塔设计的操作压力为19.6Mpa ,一般控制在19.5Mpa，当压力达到20.0Mpa时报警提示，达到21.0Mpa尿素系统即自动紧急停车。（5）加强P4阀的管理。 P4阀极易出现阀杆被尿素结晶卡住、折断及阀芯冲刷腐蚀严重等故障而影响尿素的正常生产。我们采取定期检测更换阀内组件及阀体，改造阀杆结构等办法，杜绝
9、了阀杆被尿素结晶卡住的现象并推广运用到所有调节阀中。通过加强P4阀的管理和改造，近年来从未因P4阀对尿素生产造成过影响。（6）在生产中，我们发现当一甲泵运行频率超过40HZ（即负荷超过80%）时，尤其是单台一甲泵运行时，在很短的时间内就会出现其管件或焊接接头裂纹泄漏现象。经分析是在腐蚀性较强的尿素甲铵液介质、过高的交变的工作应力（一甲泵运行频率过高）同时作用下，产生腐蚀疲劳裂纹最终穿透管壁而产生泄漏。因此，我们根据生产负荷的变化，严格控制每台一甲泵的运行频率不得超过40HZ，防止一甲泵出口到尿塔进口的管件及焊接接头影响尿素的安全生产5。（7）每年进行一次尿塔及其管线的接地电阻测试。3.2 设备
10、档案管理我们建立了分公司、分厂、车间的尿塔分级设备档案，尿塔使用中的工艺操作档案，形成了完善的尿塔档案资料。（1）按特种设备安全监察条例和压力容器安全监察规程要求，收集完善尿塔资料。包括竣工图、质量证明书、合格证、水压试验及无损检验报告，水质分析、材质复验报告等。（2）安装质量检验报告、使用证。（3）定期检验报告、修理报告，氨渗漏试验、水压试验报告。进出口管线、管件、安全附件的定期检验报告。（4）水压试验方案、氨渗漏试验方案、尿塔升温升压方案及每次升温曲线记录。（5）尿塔整体情况评估记录。（6）CO2纯度、液氨纯度、成品中的Ni含量、检漏气体中的NH3含量分析记录等。（7）内外部检修及设备事故
11、记录。（8）与设备制作厂家的相关交涉记录。（9）尿塔及其管线接地电阻测试记录。3.3 设备检验及检修尿塔使用条件恶劣，介质腐蚀性强。近年来，四川美丰各分公司在每次的年度大修中检验尿塔时，都会发现不少的问题，2005年绵阳分公司一分厂1400mm尿塔就在检验中发现了下列缺陷：(1)内部缺陷：上下封头带极堆焊层有腐蚀136处，深度2.0mm左右；塔盘支耳角焊缝有针孔3处，深度大于2mm；支耳与衬里层焊缝咬边1处；液氨接管内壁裂纹4条，长度58mm。(2)外部缺陷：全部纵、环焊缝及其两侧各100mm范围母材经MT（磁粉探伤）检查，发现上部球形封头6处、筒体外层层板31处表面裂纹，均不在筒体的纵、环焊
12、缝上。因此，尿塔的检验及检修方面都需采取不同于其它压力容器的方法。（1）每年进行一次内部及其进出口管线、管件的彻底检验，每两年进行一次外部拆开保温层彻底检验。热电偶每年、压力表每半年检验一次。其它安全附件按规定检验。（2）尿塔的修理由制造厂家进行，严格按要求进行修理方案编制、审核和报特种设备安全监察部门批准，修复完成后出具修理报告。修复后经检验单位和当地特检所检验合格。衬里凡有焊接及打磨处均作钝化清洗处理合格。（3）确保检验及检修中使用的工具符合要求，防止污染衬里。同时，防止在塔盘装拆过程中对衬里的碰撞损伤。保证清洗用水、检验溶剂等的氯离子含量小于25.0ppm。对衬里、塔盘、更换的螺栓、补焊
13、焊缝等都进行铁素体测定。（4）尿塔液氨进口管内壁产生裂纹较为普遍。四川美丰在近几年的尿塔检验中均发现在液氨入口接管内壁表面上存在轴向浅表裂纹，深度分别为2.0mm和1.0mm，长度达到58mm。而CO2和一甲液（氨基甲酸铵）入口接管及焊缝却一次也没有发现过裂纹。为了分析产生裂纹的原因，我们进行了液氨接管及尿塔球形封头的温度测定和液氨接管内外壁温差应力计算，认为主要是因为在生产中液氨入塔温度较低，使入塔部分液氨接管内外壁温差较大，导致其内壁环向应力过大，在较大的环向拉伸应力的长期作用下产生的6。因此我们将液氨入塔温度控制在工艺指标的高限，并每年对尿塔的液氨接管进行重点检查。（5）严格按规程进行每
14、年一度的氨渗漏试验和检修后的系统水压试验。虽然通知要求不进行氨渗漏试验，但我们了解了多种检验方法包括氦检漏等，目前均不适于尿塔的现场检漏。从方便、适用、准确性等方面来看，氨渗漏仍是较好的方法。为保证氨渗漏的安全可靠、不对设备产生危害，在试验中，我们采取了下列措施：A、检漏前加强对尿塔检漏系统的清洗和氮气置换工作，确保其中的水汽、氧等置换干净。B、控制检漏过程中检漏系统内压力不大于0.05Mpa。C、控制检漏用的指示剂、脱盐水等的氯离子含量不大于25.0ppm。D、检漏后用氮气彻底置换，直到出口气体中检测不出氨为止。E、大盖也按规定进行氨渗漏试验。4. 结语通过加强安全管理，四川美丰四套水溶液全
15、循环尿素生产装置安全稳定运行至今。我们的体会是：有针对性地实施CO2原料气脱氢和检漏系统改造等技术改造措施，加强尿塔的日常操作维护、检验检修和档案管理，对尿塔使用寿命的增长，生产中的安全稳定运行会起到很好的促进作用。参考文献：1、济南市人民政府平阴鲁西化工第三化肥厂有限公司“3.21”尿素合成塔爆炸事故调查组“3.21”尿素合成塔爆炸事故调查报告中国化工报2006年6月19日第七版。2、沈华民尿素合成的安全化肥设计2005年8月第43卷第4期。3、周泉水、童刚、刘兴强尿素生产中脱氢技术的应用总结氮肥与甲醇2006年5月第1卷第3期。4、潘家祯主编全国压力容器标准化技术委员会审订压力容器材料实用手册碳钢及合金钢化学工业出版社工业装备与信息工程出版中心2000年7月。5、蒋太郁 廖定友一甲泵出口Mo2Ti管件及焊接接头裂纹原因分析和解决措施全国化工合成氨设计技术中心站2003年技术交流会论文资料集2003年11月。6、周泉水、廖定友在用尿素合成塔液氨接管裂纹原因分析中国特种设备安全（原中国锅炉压力容器安全）2006年第8期。
