三聚氰胺反應器泄漏的監控與防范

福建三明化工有限責任公司 林孝謀

三聚氰胺反應器泄漏的監控與防范

福建三明化工有限責任公司 林孝謀

我公司三聚氰胺反應器于2010年2月20日9:26發生泄漏,在后面停車處理過程出現熔鹽回流管被燒穿的事故。本文對過程現象進行歸納,文中分析了事故原因,并提出相應監控與防范措施。

三聚氰胺反應器監控與防范措施

引言

我公司三聚氰胺生產裝置,采用意大利歐洲技術工程公司高壓法三聚氰胺生產技術,同樣生產裝置在國內有多套。自2000年國內引進該技術以來,裝置的核心設備——三聚氰胺反應器,曾先后在中原大化、川化、三明化工發生過不同程度的泄漏及損壞。三胺反應器泄漏不僅造成重大經濟損失,同時也給生產帶來較大安全隱患。

我公司三聚氰胺反應器于2010年2月20日9:26發生泄漏,在后面停車處理過程出現熔鹽回流管被燒穿的事故。

由于三胺反應器在各單位出現泄漏的情況不盡相同,采取的處理措施也不一樣,我們在處理事故時也沒有現成的例子可借鑒。本人覺得有必要對此次發生的泄漏情況進行分析總結,與廣大同行共同探討,為類似問題再發生時能及時有效處理、并將損失降到最低提供參考借鑒。

一、三胺反應器的作用

三胺反應器主體材質為哈氏合金C-276,其內件采用雙套管結構,管內走載熱體熔鹽,管間走反應介質。其作用是在8.0 M Pa壓力、380℃溫度條件下,將尿素首先分解成異氰酸和氨,然后異氰酸三聚(即環化)成三聚氰酸,三聚氰酸再與氨作用而酰胺化生成三聚氰胺。整個反應過程為吸熱反應,所需熱量通過載熱體熔鹽供給。

二、三聚氰胺反應器泄漏現象

我公司三聚氰胺反應器于2010年2月20日9:26發生泄漏,在反應器出現泄漏后,熔鹽槽防爆板發生爆破,防爆板爆破后,聞到熔鹽覆蓋氣有刺鼻的氨味,同時看到覆蓋氣中含有大量的水蒸氣。隨后我們立即采取將尿素退出反應器、反應器進行升華處理的措施。但后續對熔鹽覆蓋氣氨含量跟蹤分析顯示,氨含量越來越少。為進一步確認反應器是否真泄漏,我們重新投尿素入反應器。2010年2月20日19:12,尿素重新投入反應器,2月21日11:30在對覆蓋氣作氨含量分析時,氨含量達1500mg/m3,判定反應器泄漏,將反應器徹底退出,檢修處理。

(1)熔鹽槽覆蓋氣氨組分分析數據(表1)

表1 熔鹽覆蓋氣氨含量分析數據

(2)熔鹽組分分析,NaNO2含量下降、Na2CO3含量上升。我公司三聚氰胺裝置于2009年12月安排系統大修,大修后于2010年1月2日開車。系統大修期間對熔鹽進行了更換,更換后熔鹽組分見表2中2010年1月1日分析數據,2010年2月20日三聚氰胺反應器泄漏后,對熔鹽組分進行分析,NaNO2含量下降, Na2CO3含量上升。反應器檢修期間,我們對熔鹽又進行了更換,更換后的熔鹽組成見表2中2010年3月11日分析數據。

表2 熔鹽組分分析記錄

(3)熔鹽泵功率下降。2010年2月20日三聚氰胺反應器泄漏后,熔鹽泵功率下降,在將尿素退出、反應器進行升華處理過程中,熔鹽泵功率又緩慢上升,見圖1。

圖1 2月20日熔鹽泵功率示意

圖2 2月21日熔鹽泵功率示意

2010年2月21日三聚氰胺反應器再次泄漏,熔鹽泵功率下降,我們再次將尿素退出、反應器進行升華處理,但此次熔鹽泵功率維持在98.78 kW,見圖2。熔鹽送不上反應器,反應器在進氨量380 kg/h條件下,溫度維持不了,無法進行正常升華。后在對反應器管束進行檢修時,發現反應器熔鹽雙套管內有Na2CO3結晶。

(4)熔鹽與氨等還原介質反應。由于熔鹽無法送上反應器,在熔鹽退出反應器后,未及時對反應器進行卸壓處理,導致泄漏到熔鹽側的氨等還原介質與殘留在回流管上的熔鹽發生反應,致使回流管溫度(TI-1127)上升,見圖3,最后熔鹽回流管被燒穿。

圖3 回流管溫度(T1-1127)上升情況

三、事故原因分析

(1)熔鹽與反應側泄漏的還原性物質反應。熔鹽由NaNO3、KNO3、NaNO2三種物質按7%、53%、40%比例混合而成。NaNO3、KNO3、NaNO2均為強氧化劑,遇還原性物質會發生氧化還原反應。而從反應介質側泄漏到熔鹽側的主要還原性物質為含有氮負離子的物質(主要物質有NH3、尿素、三聚氰胺等),與熔鹽反應后生成N2、H2O與堿,生成的堿與反應介質側泄漏出的CO2反應,生成Na2CO3和H2O。

以NaNO2氧化劑為例,與還原性物質NH3、尿素、三聚氰胺的反應表示如下:

(2)熔鹽泵功率下降。熔鹽泵功率下降原因有二:①在泄漏前期,泄漏到熔鹽側的還原性介質,與熔鹽反應生成的Na2CO3較少,不足以堵塞熔鹽流通通道,此階段主要是受NH3、N2等氣體影響,造成氣阻,致使熔鹽送不上反應器。②隨著泄漏時間的延長,泄漏的介質與熔鹽反應生成的Na2CO3越來越多,Na2CO3熔點為851℃,在雙套管內結晶,堵塞熔鹽流通通道,致使熔鹽送不上反應器。

四、監控與防范措施

(1)簡單也最有效的監控措施是,定期對熔鹽覆蓋氣進行氨組分分析(我司目前每班分析一次)。正常時熔鹽覆蓋氣不含氨,若分析熔鹽覆蓋氣中含氨,應立即加大分析頻次,并確認是否是反應器泄漏。當然,若能對熔鹽覆蓋氣安裝在線氨組分分析儀則更好,可進行不間斷監控。

(2)定期對熔鹽作Na2CO3、Na2O、NaNO2含量分析(我司目前每半個月跟蹤分析一次)。若反應器出現泄漏,則熔鹽中NaNO2含量下降、Na2CO3含量上升。

五、反應器發生泄漏后的處理措施

(1)一旦確定反應器反應介質漏到熔鹽側,應果斷將尿素退出反應器(尿素退出后,反應介質中將沒有新的CO2產生,同時介質中的CO2含量將逐漸減少),此時由于泄漏量較小,生成的Na2CO3少,還能夠進行升華。在升華過程應密切關注反應器各點溫度、壓力,熔鹽系統各點溫度,熔鹽泵軸功率等各參數是否有異常變化;同時增加對熔鹽覆蓋氣氨組分的分析。

(2)一旦反應器泄漏加大,熔鹽無法送入反應器,反應器無法正常升華,應及時將熔鹽退出反應器、停熔鹽泵,并加大N2量進行隔絕;同時對反應器卸壓,采取固化處理。否則大量反應介質與熔鹽一起流回熔鹽槽,氨等還原性介質與熔鹽充分接觸,會使反應加劇,導致著火甚至爆炸事故發生。

六、結束語

由于本文是基于我司三胺反應器微小泄漏處理情況的總結,是本人的一點見解,僅供參考,不能代替三胺反應器其他泄漏情況的處理。

[1]大連理工大學無機化學教研室,無機化學,2002.5 (2)

[2]王箴.化工辭典,1992.7

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