氨區設備改造與安全運行

劉 翔，劉兆俊

（1.國電蓬萊發電有限分公司，山東蓬萊 265601；2.中國石化集團勝利石油管理局有限公司勝利發電廠，山東東營 257087）

1 勝利發電廠氨區概況

勝利發電廠裝機總容量170 MW，5 臺燃煤機組脫硝使用的氨氣全部來自該廠的氨區，氨區2012年底建設完成并投入運行，主要設備參數見表1。另外還有2 臺卸氨鶴管、液氨管線等附屬設備和消防設施。

該廠氨區日常儲量按液氨儲罐容積的50%計算，液氨儲存量約195 m3，采用加壓液化方式儲存。液氨是一種高度危險化學品，其事故危害重、影響范圍大，該廠氨區屬于重大危險源，氨區運行狀況直接關系到機組煙氣達標排放和電廠的安全生產。氨區經過一段時間運行，發現部分設備運行不穩定，系統內雜質無法定期排出，氨區無備用供氨管路，液氨儲罐之間無倒罐系統，因此需要對氨區的現狀進行研究和改進。

表1 氨區系統主要設備相關參數

2 氨區運行中存在的問題及改進

2.1 氨的性質與防護

液氨又名無水氨，為無色氣體，有刺激性惡臭味，分子式NH3，分子量17.03，相對密度0.77 g/L；熔點-77.7，沸點-33.35，自燃點651.11，氨氣對眼、呼吸道粘膜有強烈刺激和腐蝕作用，可導致人體呼吸困難、昏迷、休克甚至死亡，其短時間接觸容許濃度30 mg/m3，即刻致死濃度3500 mg/m3；氣態氨氣和空氣混合物的爆炸極限濃度是16%25%。其防護措施是盡量避免氨與身體直接接觸，在有可能泄漏的氨氣工作現場要佩戴能過濾氨的面罩、防護服及正壓式呼吸器等，并做好防爆措施。

2.2 存在的問題分析與解決辦法

2.2.1 問題現象描述

2016年2月以來，氨區出現供氨壓力不足、不穩定，不能滿足機組需求，在設備檢修期間，發現供氨調節閥內有沉積物，經清理投入后，運行一周又出現供氨不足現象，再次打開調節閥和管道檢查清理，堵塞物與上次情況相同，此現象曾反復出現。

2.2.2 原因分析與對策

氨區設備投入運行3年多未出現堵塞現象，2016年初春頻繁出現此現象，堵塞部位大都在氨區供氨調節閥及其出口手動門或蒸發器入口濾網等節流部位，經深入分析，制定應對措施。

（1）對供氨調節閥內的沉積物進行定性分析。沉積物外觀上觀察絕大部分為白色粉末狀物質，如圖1、圖2 所示，遇到空氣迅速氧化為褐色，并逐步升華，沉積物融入水后為黑色液體。對沉積物進行化驗經分析，主要成分為氨基甲酸銨，還有氧化鐵及少量系統殘留雜質。

（2）從整個氨區系統分析。該廠進入的液氨每次都進行質量檢驗，氨含量99.8%，各項指標均符合要求，排除從外界進入氨系統雜質的可能；從堵塞的位置分析，是在供氨調節閥門后至液氨蒸發器前的低壓管路段上，在堵塞部位及其后段的管道外壁有結冰現象，說明此段管道內的液氨有蒸發吸熱現象，導致管道外壁結冰。

圖1 供氨調節閥堵塞

圖2 沉積物在空氣中氧化

（3）氨基甲酸銨形成。氨基甲酸銨形成的條件是在低壓、低溫和遇有二氧化碳氣體可直接合成氨基甲酸銨。2016年初，為了盡量減少液氨泵運行時間，采用靠液氨儲罐自身壓力進行供氨的方式，即壓力為0.851.25 MPa，并且把自力式減壓閥開度調至最大值，供氨調節閥后的壓力在0.45 MPa 左右。根據液氨壓力與溫度的關系可知，液氨壓力為0.357 MPa、0.432 MPa 和0.519 MPa，對應的蒸發溫度分別為-5、0和5，該廠氨區2、3月份環境溫度為（-26），致使氨區供氨管路內的液氨蒸發，同時在設備檢修后或卸氨過程中沒有采用氮氣置換，系統中存有二氧化碳，于是便生成了氨基甲酸銨，而氨基甲酸銨是一種強腐蝕性介質，對設備產生化學腐蝕，最終生成供氨調節閥內的沉積物。

（4）預防措施。根據液氨壓力與溫度的關系，首先提高供氨管道壓力，調整自力式減壓閥，提高供氨調節閥至蒸發器入口管路段的壓力在0.7 MPa 以上，同時啟用液氨泵，基本消除了供氨管路閥門堵塞現象。

2.3 氨區設備系統改造

初步解決了供氨管路堵塞問題后，為了保證氨區設備定期檢修維護，提高設備本質安全可靠性，對氨區設備系統進行改造。

2.3.1 改造原因

一是氨區3 臺液氨儲罐出口共用一根供氨母管，無備用管路，設備檢修維護時需要停止供氨；二是3 臺液氨儲罐之間無倒罐系統，若某一液氨儲罐發生泄漏，無法將泄漏罐體中的液氨倒至另外的儲罐內，需增加液氨儲罐之間的倒罐系統。

2.3.2 改造方案的選擇與實施

依據安全環保標準，結合生產現場實際情況，研究制定設備改造方案。

方案1：淤利用液氨儲罐底部的備用出口法蘭，增加一路液氨儲罐至液氨蒸發器的備用管路系統，通過閥門控制實現2 條供氨管路互為備用，圖3 為氨區增加備用管路和倒灌系統。圖中虛線為增加的管道和閥門，原主路供氨管道為：B，C 液氨儲罐新增加的Y 形過濾器B，C 液氨泵原供氨調節閥B，C 液氨蒸發槽自力式減壓閥氨氣緩沖罐；增加的輔助供氨管道為：A 液氨儲罐新增加的Y 形過濾器A 液氨泵新增供氨調節閥A 液氨蒸發槽自力式減壓閥氨氣緩沖罐；于增設倒罐系統。自卸氨壓縮機出口至液氨儲罐的新增氣相管線，將A，B，C 液氨儲罐頂部備用氣相法蘭口與壓縮機氣相出口連接，通過閥門切換，氨氣經卸氨壓縮機可在任意兩臺液氨儲罐間形成壓差，液氨則通過原卸氨系統的液相管路實現倒罐功能。

圖3 氨區設備改造系統

方案2：不同于方案1 的是自液氨泵到蒸發器各自形成3套獨立的供氨系統，3 臺液氨泵與3 臺蒸發器實現一一對應，在蒸發器出口氨氣管線匯集至液氨緩沖罐的入口管道上。

方案1 與方案2 優缺點比較：若采用方案1，設備改動少，工作量小，3 臺液氨泵和3 臺蒸發器通過閥門切換可以實現都互為備用或共用（該廠通常運行1 臺液氨泵和2 臺蒸發器），缺點是主輔供氨管路之間的聯絡門必須保持良好的嚴密性，便于主輔供氨管路的檢修（該廠規定該聯絡門只有在主輔供氨管道隔離系統方可使用）；若采用方案2，設備改動相對較大，日常運行需要2 套系統，運行操作量增加。綜合考量，選擇方案1 實施設備改造。

2.3.3 完善設備改造及優化操作措施

在實施設備改造期間，綜合考慮并全面優化了氨區設備系統，提升本質安全水平。

（1）原液氨儲罐出口管道由D20 mm 碳鋼管更換為不銹鋼管道，碳鋼截止閥更換為不銹鋼截止閥。

（2）在主輔兩路供氨管路中液氨泵的入口分別安裝一組藍式過濾器（兼用水沖洗管排水管），過濾精度300 目；液氨蒸發器出口分別增設排污管（兼用水沖洗管），可定期對液氨管道切換沖洗。

（3）因供氨系統的自力式減壓閥門運行中經常發生卡澀，對其進行更換，并增加自力式減壓閥旁路系統，便于自力式減壓閥的檢修。

（4）優化檢修管理。在設備系統檢修后使用氮氣吹掃，清除管道中的積水和空氣（二氧化碳），減少對設備管路的腐蝕，同時在卸氨前對液氨槽車與卸氨鶴管之間的連接管道進行氮氣吹掃，避免空氣被帶入液氨儲罐體內。

3 事故的預防與預警

氨區的安全穩定運行，關系到環保和區域的人身安全，當液氨發生泄漏后，總的處理原則是在保障人身安全前提下，在第一時間采取措施對泄漏點進行隔絕，快速有效地消除泄漏點，最大限度地減少對環境的污染，保障人身安全，因此需要具備以下預防處置能力。

（1）在第一時間到達現場隔絕系統的人員要熟悉氨的性能，熟練掌握現場設備系統以及個體防護技能，并定期參加氨區事故預案演練。

（2）若氨區運行中發生泄漏，要及時發現并隔離泄漏點，因此氨區值班人員必須認真履行崗位職責，氨區泄漏報警及聯動設備系統靈活好用，氨區各功能區域要有相對獨立的水幕、噴淋設施及液氨回收池、中和池，發生液氨泄漏時，能夠隨時隔離、稀釋、中和、回收。

（3）氨區設備系統要定期檢驗，保證液氨儲罐一次門之前的罐體和閥門管道不發生泄漏，同時還要具備一旦發生泄漏點的臨時處置辦法，比如可以臨時使用打卡子或木塞等辦法進行暫時封堵處理。

（4）氨區設備系統要具備倒灌功能。液氨管體一旦發生泄漏又無法及時消除漏點時，應立即采取倒灌措施。

（5）對液氨槽車卸氨過程要求。驗收氨罐槽車各種檢驗合格證齊全，定期實驗槽車上的緊急切斷閥靈活好用；槽車卸氨操作期間，嚴格執行相關規定，比如卸氨期間的液氨槽車與鶴管之間必須采取硬連接方式，液氨槽車卸氨時，應按指定位置停車，發動機熄火，并采取溜車制動措施，連接好接地線。卸車過程中嚴禁啟動車輛，押運員、罐區卸車人員不得擅自離開操作崗位，服裝符合要求，正壓呼吸器、消防設施齊全，卸氨流速控制在規定范圍內，氨區無明火作業，如必須在上述地點進行焊接或點火的工作，應事先經過氨氣含量測定，證實工作區域內空氣中含氨量2.510-5。

4 結論與建議

通過對設備運行中出現的問題進行分析研究，落實改進措施及設備改造方案，消除了氨區運行中的隱患，確保氨區安全穩定運行；因設備改造受場地和資金的制約，還存在著一些不足，比如在倒灌過程中，需要通過卸氨壓縮機給已泄漏的液氨儲罐加壓，漏點泄漏量會增大，若有合適的場地，建議采用低位事故備用液氨儲罐，發生故障的液氨儲罐靠液體靜壓流入備用液氨儲罐中，更利于事故的處置。