岑森裕 蔣松江

(四川美豐梅塞爾氣體產(chǎn)品有限公司，四川綿陽，621000)

1 概述

某公司二氧化碳生產(chǎn)裝置的原料氣為氮肥生產(chǎn)企業(yè)合成氨裝置和硝銨裝置的脫碳尾氣，原料氣為二氧化碳含量99%以上的混合氣體。原料氣中含有微量的氧、氮、一氧化碳、氫、碳?xì)浠衔?、含氧有機(jī)物、水等組分雜質(zhì)氣體。該二氧化碳生產(chǎn)裝置將二氧化碳原料氣體經(jīng)洗滌、壓縮、干燥、提純、液化等工序，除去原料氣中的雜質(zhì)，從而生產(chǎn)出符合國標(biāo)的食品級(jí)液體二氧化碳，并儲(chǔ)存至二氧化碳儲(chǔ)罐內(nèi)。

2 工藝流程簡介

該公司生產(chǎn)裝置采用的是中壓法回收制備液體二氧化碳。

來自硝銨裝置的尾氣(溫度約為50℃、壓力約為0.03barG)進(jìn)入本裝置后進(jìn)入水洗塔。水洗除去硝銨、硝酸等雜質(zhì)后的氣體(溫度約為30℃)進(jìn)入分離器，分離氣體中的氣態(tài)水。來自硝銨裝置的原料氣通過增壓裝置進(jìn)行增壓后，與來自合成氨裝置的原料氣混合?；旌虾蟮臍怏w進(jìn)入二氧化碳?xì)怏w壓縮機(jī)一段進(jìn)口，經(jīng)壓縮機(jī)三段壓縮增壓，壓縮機(jī)三段的出口氣體壓力提高到2.2MPaG以上，再進(jìn)入CO2凈化提純系統(tǒng)。

通過壓縮增壓后的氣體送入預(yù)冷器進(jìn)行制冷，其冷量由液氨蒸發(fā)獲得。從預(yù)冷器出來的氣體溫度小于5℃，再將它送入干燥器，通過干燥器內(nèi)的分子篩除去甲醇和水。除去甲醇和水之后的CO2再進(jìn)入吸附器，主要吸附原料氣中的硫、氮氧化物等雜質(zhì)氣體。吸附器采用兩塔串并聯(lián)工藝，采用活性炭作為觸媒進(jìn)行吸附雜質(zhì)氣體，觸媒可通過人工操作切換再生。裝置日常運(yùn)行時(shí)，兩臺(tái)干燥器采用并聯(lián)形式進(jìn)行工作，一臺(tái)進(jìn)行吸附，同時(shí)另一臺(tái)進(jìn)行電加熱再生。干燥器的吸附周期一般為36小時(shí)，經(jīng)過36小時(shí)的吸附后切換進(jìn)入再生過程。整個(gè)干燥與再生的過程均通過中控室PLC程序控制完成。

再將經(jīng)低溫吸附后的CO2氣體送入液化器，此時(shí)CO2氣體在液化器內(nèi)被冷卻液化成液態(tài)。液化過程中的冷量利用氨制冷框架中的液氨循環(huán)制冷。液態(tài)CO2及所夾雜的不凝氣進(jìn)入提純塔進(jìn)行精餾以進(jìn)一步分離相對(duì)低沸點(diǎn)的雜質(zhì)，在提純塔內(nèi)不凝氣與液體CO2進(jìn)行分離。來自提純塔排放的不凝氣體和干燥器再生時(shí)排放的再生廢氣，通過提純塔頂部的放空排氣筒統(tǒng)一進(jìn)行集中排放。在提純塔底形成符合質(zhì)量要求的液體CO2，經(jīng)過冷器的進(jìn)一步冷凝之后最終進(jìn)入CO2儲(chǔ)罐，再通過低溫液體屏蔽泵充裝充入槽車、氣瓶等容器內(nèi)，再通過運(yùn)輸車輛供應(yīng)到終端客戶。

生產(chǎn)工藝流程簡圖如圖1。

圖1 生產(chǎn)工藝流程圖

3 原料氣的成分情況

生產(chǎn)裝置所用二氧化碳原料氣為合成氨脫碳尾氣和硝銨脫碳尾氣，該原料氣中CO2含量大于99%(mol%)，同時(shí)含有氧、氮、一氧化碳、氫、碳?xì)浠衔?、含氧有機(jī)物、等組分以及飽和水等雜質(zhì)氣體。將原料氣取樣實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行全組分分析，原料氣的詳細(xì)組分見表1。

表1 硝酸銨裝置CO2尾氣數(shù)據(jù)表

表2 合成氨裝置CO2尾氣數(shù)據(jù)表

4 對(duì)放空氣進(jìn)行易燃?xì)怏w含量追蹤分析

該二氧化碳生產(chǎn)裝置的放空氣來源：來自提純塔排放的不凝氣體和干燥器再生時(shí)排放的再生廢氣，通過提純塔頂部的放空排氣筒統(tǒng)一進(jìn)行集中排放。根據(jù)原料氣組分分析中含量最高的兩種易燃性氣體H2和CO，通過氣相色譜對(duì)放空氣進(jìn)行易燃?xì)怏w含量進(jìn)行組分分析，近半年的追蹤分析情況如表3和圖2。

表3 放空氣中易燃?xì)怏w含量組分的追蹤分析

圖2 提純塔放空氣中二氧化碳和氫氣組分的追蹤分析

根據(jù)半年時(shí)間的追蹤分析可見，CO的爆炸極限是12.5%-74.2%(體積濃度)，放空氣中的CO含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于爆炸極限的體積濃度下限。

氫氣的爆炸極限是4.0%-75.6%(體積濃度)，如果放空氣中氫氣的體積濃度在此范圍內(nèi)時(shí)，遇到火源就會(huì)發(fā)生爆炸。根據(jù)近半年時(shí)間的追蹤分析，有較長一段時(shí)間內(nèi)，放空氣中H2組分的體積濃度會(huì)大于氫氣的爆炸極限的下限4.0%。故二氧化碳生產(chǎn)裝置內(nèi)的放空氣體成分中的氫氣組分，極有可能因放空氣體的反竄等情況在部分設(shè)備、管道等的狹小空間內(nèi)積聚。如果氫氣在有限空間內(nèi)積聚后含量較高，在檢修等作業(yè)過程時(shí)遇到外面空氣進(jìn)入混合則極易發(fā)生閃燃、閃爆等安全事故。

5 安全防護(hù)措施

為有效控制消除二氧化碳生產(chǎn)裝置中放空氣反竄等造成局部空間內(nèi)放空氣體積聚，易燃?xì)怏w氫氣含量較高的易燃易爆風(fēng)險(xiǎn)，公司有針對(duì)性地采取了以下安全管理措施：

(1)中心控制室監(jiān)控設(shè)備上發(fā)現(xiàn)設(shè)備壓力、氣體流量等數(shù)據(jù)與操作規(guī)程的工藝數(shù)據(jù)偏差波動(dòng)較大時(shí)，應(yīng)立即上報(bào)公司生產(chǎn)、工藝部門盡快安排檢查，采取有效措施排除異常。日常巡查工作中對(duì)干燥器、吸附器、提純塔一段裝置設(shè)備進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注，發(fā)現(xiàn)有管道、閥門等疑似泄露情況時(shí)應(yīng)立即上報(bào)公司生產(chǎn)、安全管理部門立即安排進(jìn)行處理。

(2)在安排檢修工作前，生產(chǎn)管理部門應(yīng)安排中控室操作人員對(duì)生產(chǎn)裝置進(jìn)行吹掃排空，吹掃時(shí)間應(yīng)不少于一個(gè)班(8小時(shí))，確保各個(gè)設(shè)備內(nèi)無尾氣反竄導(dǎo)致積聚的易燃?xì)怏w，排除易燃?xì)怏w在設(shè)備內(nèi)積聚達(dá)到超過爆炸極限下限的安全隱患。

(3)在檢維修作業(yè)中，嚴(yán)格落實(shí)各類特殊作業(yè)許可證的管理和審批。企業(yè)必須規(guī)定在進(jìn)行各項(xiàng)檢維修作業(yè)前，必須向安全管理部門申請(qǐng)辦理相關(guān)作業(yè)許可證，安全管理人員對(duì)作業(yè)方案進(jìn)行審核，并對(duì)現(xiàn)場檢修設(shè)備管道、設(shè)備內(nèi)的氣體進(jìn)行易燃?xì)怏w檢測(cè)分析，對(duì)有氣體泄漏的管道應(yīng)增設(shè)盲板堵漏，確認(rèn)作業(yè)環(huán)境、安全條件符合安全要求后，再出具相關(guān)作業(yè)許可證，作業(yè)人員方可進(jìn)行檢修施工。

(4)加強(qiáng)檢維修作業(yè)過程中的監(jiān)護(hù)力度。在檢維修過程中，作業(yè)人員進(jìn)行管道動(dòng)火作業(yè)、受限空間作業(yè)時(shí)，監(jiān)護(hù)人員應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)護(hù)力度，對(duì)環(huán)境內(nèi)的易燃?xì)怏w和氧氣組分含量至少每兩小時(shí)進(jìn)行取樣分析，以確保檢維修作業(yè)過程中的作業(yè)環(huán)境安全。

6 總結(jié)

總而言之，化工裝置的生產(chǎn)工藝流程大多比較復(fù)雜。由于生產(chǎn)裝置、設(shè)備連續(xù)性運(yùn)行，原輔料、生產(chǎn)環(huán)境等因素均會(huì)積累產(chǎn)生安全隱患，導(dǎo)致生產(chǎn)裝置在日常運(yùn)行、檢修作業(yè)中存在著許多潛在的不安全因素。多年來人們一直在尋找一種簡便易行的方法，用來防范風(fēng)險(xiǎn)，消除隱患，預(yù)防事故。如果能有效地識(shí)別各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素，熟練地掌握或駕馭這些不安全因素和預(yù)防方法，化工生產(chǎn)裝置和設(shè)備的運(yùn)行、檢修就會(huì)順利，可以有效避免各種安全事故的發(fā)生。