合成氨裝置夏季安全運行措施

郜慧勇

(山西晉煤天源化工有限公司，山西 高平 048400)

合成氨工業(yè)是現(xiàn)代化工工業(yè)的基礎，是農業(yè)肥料和化工原料的主要來源。最初的合成氨工業(yè)誕生于二十世紀初期，主要為軍事工業(yè)服務，而到第一次世界大戰(zhàn)后期，合成氨工業(yè)開始轉向民用生產，而第二次世界大戰(zhàn)后，隨著合成氨工業(yè)技術的快速發(fā)展，各類合成氨產品在民用領域和軍用領域都占有舉足輕重的地位。

合成氨工藝的主要反應歷程為N2和H2反應生成NH3，這個反應是一個可逆反應，為了提高反應的轉化率、提高反應速度，工業(yè)上的合成氨反應是在高溫、高壓下進行的。而在反應全過程，不能有空氣、硫化物、碳化物和重金屬的混入，如果混有雜質很容易造成生產效率的下降和催化劑的中毒，更為嚴重的是容易發(fā)生安全事故。合成氨工業(yè)的原料來源多樣，目前世界范圍內用于合成氨工業(yè)的原料主要有焦炭、煤、焦爐氣、天然氣、石腦油、重油等。天然氣作為天然氣原料具有運輸方便、能耗低、投資小等天然優(yōu)勢，是合成氨工業(yè)的理想原料，美國等發(fā)達國家天然氣儲量充足，主要用天然氣進行合成氨生產。而天然氣儲備匱乏的國家則注重使用石腦油為原料進行生產，石腦油作為生產原料可以使用與天然氣相同的生產工藝和裝備，在技術上不存在困難，但是石腦油由于價格相比天然氣不具備優(yōu)勢，所有生產成本較高。我國在礦產資源上煤炭儲量較大，而天然氣和石油儲量較小，所以我國合成氨工業(yè)尤其是中小型合成氨工業(yè)主要以焦炭和煤為主要原料，但是隨著我國合成氨工業(yè)水平的提升和環(huán)境治理力度的加大，我國的合成氨工業(yè)也逐步開始用天然氣為原料。以煤和焦炭為主要原料的合成氨工藝主要在我國中小型合成氨企業(yè)以及位于煤炭產區(qū)合成氨企業(yè)。以煤和焦炭為原料的合成氨工藝主要分為造氣、凈化、壓縮和合成四個階段，主要采用的是哈伯-博施流程以及在此基礎上的改進方法。區(qū)別于天然氣、石腦油和重油為原料的工藝方法，哈伯-博施工藝流程在制備上工藝步驟較少，設備較為簡單。比如山西晉煤天源化工有限公司采用的工藝：固定床間歇造氣，半水煤氣先經壓縮機壓縮后經過脫硫、脫碳，然后經過壓縮機二次提壓進入合成氨工段。

合成氨工藝原料本身就具有一定的危險性，均是易燃、易爆的危險氣體，而反應過程中均是在高溫高壓中進行，整個反應全過程對操作者的安全意識都有極高的要求。作為反應產物，無論是液態(tài)氨水還是農業(yè)肥料，本身都具有毒性，特別是氨肥還屬于易爆物質，這對于產品的儲存和運輸都提出了較高的要求。而在合成氨生產全過程，生產者必須保證合成過程中的設備處于安全的狀態(tài)，否則極易出現(xiàn)生產事故。

1 合成氨工藝中的危險源

在各類合成氨生產企業(yè)中，面對的最大危險源是企業(yè)從生產原料、中間產物和最后的產品都包括了大量易燃、易爆和有毒化學品。最開始的原料氣的制備過程中，以天然氣作為原料的合成氨工藝中，天然氣作為一種極易燃燒和爆炸的氣體原料，其本身就具有較高的危險性。而以水煤氣為生產原料的合成氨企業(yè)，水煤氣的主要成分是CO和H2，兩者都是易燃易爆氣體，而CO則具有一定的毒性，如發(fā)生泄漏則危害生產人員的生命安全。天然氣、CO、H2如果泄漏到空氣中，達到一定的密度，遇到明火就會發(fā)生爆炸。而合成氨工藝在生產過程中還會產生H2S、NH3等產品。H2S在空氣中遇到明火也會發(fā)生爆炸，遇到氧化劑時發(fā)生劇烈反應，發(fā)生爆炸。H2S本身的爆炸極限也非常低，進一步增加的生產的風險。H2S爆炸后產生SO2，具有極大的毒性，危害程度極高。氨氣作為合成氨工業(yè)的產品在企業(yè)內必然大量存放，氨氣本身具有刺激性的惡臭味，當空氣中存在17%的氨氣時則可以發(fā)生爆炸。氨氣泄漏則會造成大面積的污染和中毒。夏天天氣炎熱，這些本身容易氣化的各類氣體更容易泄漏出來，給企業(yè)的生產帶來了一定的安全隱患。

在合成氨裝置的運行過程中，由于全過程均是在高溫高壓下反應，無論是機械故障還是混入空氣也都極易發(fā)生爆炸事故。工業(yè)合成氨的主要工藝步驟分為：造氣、半水煤氣脫硫、壓縮工段、變換工段、變換氣脫硫工段、碳化工段、脫碳工段、雙甲工段和最后的氨合成工段。從最初的造氣工段開始，反應爐內溫度就高達500 ℃左右，整個反應歷程都是在高溫和高壓下進行的。在高溫高壓下，氣體爆炸極限不再遵守常壓下的數據，一旦有空氣混入就極易發(fā)生爆炸事故。在1999年三明化工總廠合成氨裝置吸入空氣后發(fā)生爆炸，造成人員傷亡和重大財產損失。同時高溫高壓氣體在進行反應或者管道運輸時，由于本身壓力較高極易發(fā)生泄漏，一旦遇到明火則易發(fā)生爆炸。2009年日本昭田川崎工廠合成氨裝置發(fā)生泄漏進而引發(fā)爆炸并同時引發(fā)大火，造成17人死亡，63人受傷的重大事故。夏天降水多，空氣濕度較高，各種設備管路在潮濕的環(huán)境下極易發(fā)生腐蝕進而發(fā)生泄漏事故，所以一定要加強巡檢，防止事故的發(fā)生。

在合成氨反應過程中，要嚴格按照生產規(guī)程進行生產，防止人為造成的設備超壓而引起爆炸，同時對于設備的閥門、法蘭盤要嚴格操作，頻繁巡檢，防止因為操作不到位或者設備老化發(fā)生的生產事故。在合成氨生產過程中，所涉及的反應設備眾多，各類閥門數量眾多。在日常的生產活動中，設備操作的復雜極易造成工人操作上的失誤進而引發(fā)事故。尤其是在夏季，炎熱的天氣往往使得操作人員困頓不堪，極容易造成各類事故。2016年河南晉開化工投資控股集團有限公司壓縮工段一個進氣口壓蓋泄漏，泄漏的為H2和N2混合物，引發(fā)火災。部門閥門的開關錯誤還可以使得高壓氣體竄入其他反應器，造成事故。

夏季氣溫較高，加之各類機械設備運動部件摩擦產生高溫極易造成潤滑油、液壓油等設備油料氣化而發(fā)生機械事故。在夏季企業(yè)內各種儲罐內的化工產品更易揮發(fā)，揮發(fā)達到一定濃度則易造成爆燃事故。夏季雨水較多，雨水和濕潤的空氣容易在空氣壓縮機入口過濾器上凝結，進而導致空氣壓縮機吸氣困難而造成事故。

2 合成氨工藝中的危險防控措施

對于合成氨工藝中的危險防控，首先應對上崗工人進行系統(tǒng)的安全培訓。合成氨工業(yè)本身具有較高的危險性，其原料、工藝、產品都具有一定的危險性，必須對生產一線工人進行系統(tǒng)的安全生產培訓。在培訓過程中，還應針對夏季生產的實際情況，進行有針對的講解。我國目前合成氨工業(yè)從業(yè)人員知識涵養(yǎng)層次不齊，既有高學歷的專業(yè)人才，也有學歷稍差的普通從業(yè)者。即使是高學歷人才，在學校也缺少針對合成氨的系統(tǒng)安全教育，所以必須在企業(yè)內建立起系統(tǒng)的安全教育措施，提高所有職工的安全意識。在日常的生產活動中，應嚴格執(zhí)行企業(yè)內的安全生產規(guī)定制度，保證所有操作都在安全制度的框架下執(zhí)行。

其次，應提高企業(yè)的自動化安全監(jiān)控水平。目前，我國大部分的合成氨企業(yè)的生產自動化水平較之以前有了很大程度的提高，但是目前的企業(yè)生產自動化控制主要集中在對于主反應器的控制上，而對于各級管路、儲罐、閥門的控制還存在缺陷，沒有實現(xiàn)完全的自動化。我國的企業(yè)內自動化安全監(jiān)控系統(tǒng)還處于建設階段，很多企業(yè)的安全監(jiān)控仍然以人力為主，無法對生產的安全情況進行全方位的監(jiān)控。應建立起覆蓋整個生產流程的自動化生產系統(tǒng)和安全監(jiān)控系統(tǒng)，對反應的溫度、壓力、原料輸送情況、設備運轉情況、儲罐的儲存情況、廠區(qū)內危險氣體的含量等數據進行全方位的監(jiān)控，提前發(fā)現(xiàn)各類人為操作上的失誤，保證廠區(qū)的安全平穩(wěn)運行。在造氣工段要嚴格防止空氣混入原料氣而引起的爆炸事故，在反應設備內放置氧氣測量裝置，一旦發(fā)生異常，立刻停車處理。在凈化工段，應設置必要的液封、止逆裝置，防止下游氣體倒流。為防止可燃氣體進入空氣，應在所有敏感部位放置在線可燃氣體監(jiān)測報警器，一旦發(fā)生泄漏，馬上進行處理。

再次，應加強企業(yè)的安全管理水平，對于反應釜、高壓設備等危險源做到定期巡檢，把危險因素都控制在可控范圍之內。對于安全檢測警報器，應定期巡檢，保證警報器的正常運行。同時，針對夏季的特點，對于容易銹蝕的部位應加強巡檢，防止因為銹蝕而產生的安全事故。

3 結語

合成氨工業(yè)是危險源較多的行業(yè)，為了保證生產的順利進行，必須提高企業(yè)的安全意識，加強人員培訓，做好定時安檢工作，保證生產的順利進行。