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1、天然气低压合成甲醇装置危险有害因素辨识与分析天然气低压合成甲醇装置危险有害因素辨识与分析袁淑芳福建泉州黎明职业大学现代科技高速发展的今天,由于装置的大型化,过程的自动化,一旦发生事故,后果相当严重.如果能够通过事先对设计,安装,试车,开车,停车,正常运行,检修等阶段的危险,有害因素进行辨识,分析,找出生产全过程中可能存在的危险,危害,然后研究相应的安全对策措施,从而可以大大提高生产过程和系统的安全性.本文拟对巴州东辰工程规模为9万t/a甲醇的天然气低压合成甲醇装置进行危险有害因素辨识与分析.一,物质危险有害因素辨识天然气低压合成甲醇装置采用天然气加压蒸汽转化制气,低压合成甲醇的工艺技术路线生产
2、甲醇.生产和储存过程中涉及的物料主要有天然气,氢气,一氧化碳,二氧化碳,硫化氢,甲醇,氮气等,可能产生的副产物有甲醚,丙醇,异丁醇等.物料的主要安全特性及在装置中的分布见表1.表1物料安全特性及分布一览表序号名称爆炸极限%(v/v)火灾危险分类毒性危害分级中国MAC(mg/m)主要分布备注l甲醇6.736田B50甲醇合成,精馏,罐区产品2天然气田脱硫,压缩,转化原料3氢气4.174.2田转化,压缩,合成,PSA中间产品4一氧化碳l2.574乙30转化,压缩,甲醇合成中间产品5二氧化碳窒息性气体18000转化,压缩,甲醇合成中间产品6硫化氢444田10脱硫中间产品7氮气窒息性气体制氮中间产品8甲
3、醚3.427田B50甲醇合成,精馏副产物9乙醇2.Ol4田B2o0甲醇合成,精馏副产物lO异丁醇1.7一lO.6田B甲醇精馏副产物ll氢氧化钠腐蚀性甲醇精馏调酸12乙胺3.5一l4.0田l8烟气回收吸收剂由表1可知,物料多为可燃,易燃,易爆,有毒的气体和液体,并且物料在加工过程中又大多处于高温,高压的环境,发生泄漏时就可能酿成火灾,爆炸,中毒等事故.二,生产过程危险有害因素分析1.正常运行时危险有害因素分析天然气低压合成甲醇装置由转化,压缩,合成及精馏等工序组成,并配套有变压吸附(PSA)制氢,脱盐水,循环水站及空压氮气站,火炬系统等辅助生产设施,以及主控制室,配电室,锅炉房,办公楼等公用工程
4、.(1)转化工序危险性分析转化工序由脱硫槽,蒸汽转化炉,废热锅炉,烟气废热回收等设备组成.高温设备集中,转化炉炉膛温度高达1100qC,炉出口温度820oC,废热锅炉产生3.8MPa中压蒸汽.设备内工艺气体为天然气,氢气,一氧化碳,二氧化碳等,压力达2.6MPa.此工序的特点是高温,中压,易燃,易爆,有毒.若设备发生超温,易造成设备损坏,工艺气体泄漏,而引发重大火灾,爆炸,中毒事故.蒸汽转化炉是甲醇装置的关键设备,本装置采用顶烧炉,燃烧器全部装在炉顶,内有炉管,其特点是每一根炉管就是一个转化反应器,管内充满着高温,易燃,易爆的转化气.转化炉操作条件苛刻,且反应温差大,下部反应温度高达820oC
5、,上部温度高达500oC,如果炉管温度控制不好,燃烧不均匀,容易造成局部过热.炉温超高会使催化剂结焦,炉管寿命缩短,超温严重时,发生炉管爆炸事故.另外,若天然气脱硫达不到工艺要求,所含硫化物超标则会使催化剂中毒失效;水碳比控制不当(失调),致使催化剂中毒结炭,造成部分炉管表面过热,严重的则会使炉管烧穿.转化气中含有氢气,在整个生产过程中,操作温度高,压力大,长期运行中可能会因氢腐蚀穿孔而导致事故.此外,由于流量不足,局部超温也可引起爆管;热膨胀过大时,猪尾管与集合管也可能拉裂.生产中如果出现燃料气管线泄漏,点火操作不当等情况将可能导致转化炉发生爆炸,因此火灾,爆炸危险程度非常高.废热锅炉是装置
6、主要的压力容器.汽包液位,蒸汽压力易受转化工艺温度的影响而大幅度波动,且滞后时间长,不宜调节.液位过低时,易造成干锅,有发生爆炸的危险;液位过高时,进炉蒸汽带水而使催化剂水解;压力波动时,则?12?CHEMICALSAFETY&ENVIRONMENT会影响进转化炉的蒸汽量和原料量,使得装置不能平稳运行.(2)压缩工序危险性分析本工序主要分为原料气压缩,合成气压缩及循环气压缩3部分,共用3组压缩机,分别为天然气压缩机,CO压缩机,联合压缩机,均为往复式压缩机.原料气,合成气大多属于易燃,易爆,有毒气体.它们经压缩机加压后,压力得到提高,火灾危险性增大.如泄漏压力为5.34MPa的气体1i
7、n,在常压下,体积则增加到约500m,瞬间与空气混合就可形成爆炸性混合气体.如遇有气体泄漏时的气流冲击火花等点火源,立即就会产生爆炸燃烧.由于压力高,难以扑救且极易造成连续反应.往复压缩机为强迫交变应力运转的设备,交变应力的作用下运动的各部件极易发生机械故障.如连杆螺栓不断承受交变应力的作用,产生材质疲劳断裂,气缸与机身之间的连接紧固件断裂等.机械故障或生产操作事故往往在几秒之内发生.如在向合成工段送气过程中,末段出口压力如不注意控制,就会呈直线上升,造成系统超压.气缸一旦发生液击,轻者打坏活塞,缸盖,处理稍慢事故将进一步扩大,前一段压力就要憋高而产生爆炸危险.由于压缩机的往复运动,造成出口气
8、体管道按转速周期振动,如果管道系统设计或操作不当,容易产生气柱共振,而发生疲劳破裂.加之管道集中,地沟易积水,对管道的外腐蚀也比较严重.实际生产中,多数管道在有明显泄漏后或发生火灾爆炸后才被发觉.可燃气体(特别是含氢气介质)的往复压缩机人口不允许出现负压:人口不畅有可能造成压缩机上游管系负压状态,一旦发生内漏,空气进入压缩机极易造成内部爆炸.压缩机组由于润滑油及控制油储存量较大,压力也高.润滑油大多采用矿物润滑油,它是一种可燃物,如发生泄漏,渗到高温蒸汽管线上,也可造成火灾.此外,压缩机是旋转设备,转动速度高,结构复杂,露出的仅是联轴器部分,若其护罩缺损,可能碰伤缠绕巡检人员,造成人员伤害.(
9、3)合成工序危险性分析合成系统由合成塔,中压蒸汽汽包,热交换器,水冷器,粗甲醇分离器等压力设备组成.甲醇合成反应压力约为5.3MPa,人塔温度约为225,设备内工艺介质为氢气,一氧化碳,二氧化碳,甲醇等易燃,易爆气体.由于压力高,设备发生泄漏,易造成火灾,爆炸,中毒事故,在发生物理爆炸时,还可能发生化学爆炸,往往造成灾难性后果.进入合成工段的氢含量较高,氢的爆炸极限为4.O%742%,爆炸浓度范围较宽.如果压力混合气从设备中泄漏出来,即便数量不多,也极易与空气混合形成爆炸性混合气体.同时高压氢气泄漏时,由于流速大,与设备剧烈摩擦产生的高温和静电即能B1起爆炸.合成反应是强烈的放热反应,必须在反
10、应过程中不断地将热量移走,反应才能正常进行.在物料流动受到影响或压缩机发生故障时,系统热平衡将被破坏,反应生成热大量积聚使反应温度超高,严重的会造成催化剂严重结焦而失去活性,甚至破坏设备结构,使反应器壁过热,发生裂纹,严重时将引起物料大量泄漏,同时还能加速钢材的高温氢腐蚀,氢在高温高压下对碳钢设备具有较强的渗透能力,氢气腐蚀使金属变脆,机械强度减弱,增大设备发生物理性爆炸和次生火灾的可能性.由于甲醇合成在高压(5.3MPa)下进行,而甲醇精馏是在常压下进行,在生产过程中二者的结合部位就成为特殊的高压一低压一常压的连接部位,存在着高压串低压,低压串常压的危险性.高压串低压容易引起爆炸的部位是放醇
11、管线和粗甲醇贮槽.由于副反应生成的高级脂肪醇蜡状物易堵塞管线,当放醇时,易引起超压爆炸.当放醇不通畅时,不能随意提高压力冲掉腊状物堵塞,否则一旦憋压会造成放醇管线(低压管线)爆破,进而使高压气体直窜贮槽引起贮槽爆震或爆炸.此外,甲醇分离器,闪蒸槽可能由于热作用,腐蚀,材质等原因,在设备的进出口焊口处,法兰,阀门,管线接口等处可能发生泄漏,遇明火便会发生火灾爆炸事故.(4)精馏工序危险性分析本工序主要设备包括预蒸馏塔,主蒸馏塔及回流槽.塔器材质及加工方法均有严格要求,但长期工作有可能因热应力,腐蚀等因素而产生裂纹,穿孔,导致介质渗漏,可能造成火灾爆炸,中毒事故.除塔器本体外,其附件,密封件缺陷,
12、也可B1起渗漏,工艺操作不当,倒错流程,可能引起系统失控,超温超压而发生外泄,甚至导致爆炸.甲醇的闪点为11(闭杯法),其爆炸极限为6%36%,最小点火能量为0.21mJ.甲醇副反应生成的一些有机杂质如:醚,高级醇类,其闪点与甲醇相仿,加上这些有机物均极易挥发,因此,只要有泄漏,当蒸汽与空气相混合,由于蒸汽温度已经超过闪点,立即闪燃而失火.其次,由于甲醇是良好的溶剂,对一些填料如橡胶,塑料类起一定的溶解作用,造成密封泄漏而引起失火.通常甲醇合成部位由于高压操作,对密封的要求比较高,不易泄漏.但精馏操作容易泄漏,因此也容易失火.通常容易失火的部位是精馏塔各处填料密封性能下降导致泄漏而引起.另外,
13、塔顶水封无水或缺水造成有机蒸汽由放空管外漏大气也极易引起失火.甲醇精馏装置用氢氧化钠液调节pH值,减少有机酸对系统的腐蚀,在生产过程中若泄漏,如泵机体,阀,法兰等处泄漏,人员防护不当而接触,会对作业人员造成化学性灼伤.此外,碱液在装卸,配制过程中发生泄漏,也会造成灼伤.(5)辅助设施与公用工程危险性分析氢回收(PSA)危险性分析氢回收采用变压吸附(PSA)分离工艺.变压吸附分离为间歇操作,对于每个吸附床来讲,在高压下吸附,在低压下解吸.因此,吸附床受交变压力作用,易造成疲劳损伤.此外,装置内程控阀多,动作频繁,如阀门切换不及时,易造成设备或管线超压.由于氢气具有易燃,易爆的特性,设备损坏发生泄
14、漏易造成火灾,爆炸事故.甲醇罐区危险性分析储存的甲醇,粗甲醇等都是易燃易爆物质,储罐可能因材质不合格,腐蚀,应力变形,焊接质量差,密封不良,操作不当等原因发生泄漏,遇火源即会发生火灾爆炸事故;系eHEMICALSAFETY&ENVIRONMENT?13?统内的各种阀门可能因垫片破损或材质缺陷而产生泄漏,泄漏的甲醇遇火源可引发火灾爆炸事故.工艺操作中违反操作规程,倒错流程,有可能导致物料的互窜,跑,冒,巡检时查液位不及时准确或液位计失真,都有可能使甲醇泄漏,形成火灾爆炸,中毒事故隐患;检修作业中动火制度不严,安全措施不力,系统吹扫或置换不彻底等违章行为均可能引发火灾爆炸事故.此外,人员在
15、罐区等火灾爆炸危险区吸烟或使用非防爆工具,当遇到有甲醇泄漏达到爆炸极限时,也可引发火灾爆炸事故.火炬系统危险性分析火炬燃烧要保持火焰的稳定性.由于火炬排故系统是不间断排放,量的波动很大,当气体速度很低,气流量较小时,火焰焰峰有可能回入竖管内部燃烧而发生回火,甚至可能在竖管顶部发生空气的返混,在竖管中形成爆炸混合物而爆炸.气量小时也容易造成火炬熄灭,气量大时容易发生脱火,造成火炬熄灭.火炬熄灭会使大量易燃易爆,有毒,有腐蚀的气体外溢,扩散,不仅会造成人员伤亡,污染环境,甚至严重的会导致爆炸,火灾.在装置开停工吹扫时,向火炬系统排放混有大量空气的可燃气体;火炬系统停工检修时,大量空气进入系统,开工时又没有用氮气吹扫;或者火炬密封不好吸入空气时,火炬也容易发生爆炸事故.如果排放气体带液或在输送过程中产生的凝液未及时除去带入
