二氧化碳生產(chǎn)裝置放空氣中易燃性氣體含量的追蹤分析

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、碳氫化合物、含氧有機物、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)出符合國標的食品級液體二氧化碳，并儲存至二氧化碳儲罐內(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)進入本裝置后進入水洗塔。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行增壓后，與來自合成氨裝置的原料氣混合。混合后的氣體進入二氧化碳氣體壓縮機一段進口，經(jīng)壓縮機三段壓縮增壓，壓縮機三段的出口氣體壓力提高到2.2MPaG以上，再進入CO2凈化提純系統(tǒng)。

通過壓縮增壓后的氣體送入預冷器進行制冷，其冷量由液氨蒸發(fā)獲得。從預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。裝置日常運行時，兩臺干燥器采用并聯(lián)形式進行工作，一臺進行吸附，同時另一臺進行電加熱再生。干燥器的吸附周期一般為36小時，經(jīng)過36小時的吸附后切換進入再生過程。整個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入提純塔進行精餾以進一步分離相對低沸點的雜質(zhì)，在提純塔內(nèi)不凝氣與液體CO2進行分離。來自提純塔排放的不凝氣體和干燥器再生時排放的再生廢氣，通過提純塔頂部的放空排氣筒統(tǒng)一進行集中排放。在提純塔底形成符合質(zhì)量要求的液體CO2，經(jīng)過冷器的進一步冷凝之后最終進入CO2儲罐，再通過低溫液體屏蔽泵充裝充入槽車、氣瓶等容器內(nèi)，再通過運輸車輛供應到終端客戶。

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%)，同時含有氧、氮、一氧化碳、氫、碳氫化合物、含氧有機物、等組分以及飽和水等雜質(zhì)氣體。將原料氣取樣實驗室進行全組分分析，原料氣的詳細組分見表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 對放空氣進行易燃氣體含量追蹤分析

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排放的再生廢氣，通過提純塔頂部的放空排氣筒統(tǒng)一進行集中排放。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，通過氣相色譜對放空氣進行易燃氣體含量進行組分分析，近半年的追蹤分析情況如表3和圖2。

表3 放空氣中易燃氣體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含量遠遠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，遇到火源就會發(fā)生爆炸。根據(jù)近半年時間的追蹤分析，有較長一段時間內(nèi)，放空氣中H2組分的體積濃度會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)過程時遇到外面空氣進入混合則極易發(fā)生閃燃、閃爆等安全事故。

5 安全防護措施

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，易燃氣體氫氣含量較高的易燃易爆風險，公司有針對性地采取了以下安全管理措施：

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

(2)在安排檢修工作前，生產(chǎn)管理部門應安排中控室操作人員對生產(chǎn)裝置進行吹掃排空，吹掃時間應不少于一個班(8小時)，確保各個設備內(nèi)無尾氣反竄導致積聚的易燃氣體，排除易燃氣體在設備內(nèi)積聚達到超過爆炸極限下限的安全隱患。

(3)在檢維修作業(yè)中，嚴格落實各類特殊作業(yè)許可證的管理和審批。企業(yè)必須規(guī)定在進行各項檢維修作業(yè)前，必須向安全管理部門申請辦理相關作業(yè)許可證，安全管理人員對作業(yè)方案進行審核，并對現(xiàn)場檢修設備管道、設備內(nèi)的氣體進行易燃氣體檢測分析，對有氣體泄漏的管道應增設盲板堵漏，確認作業(yè)環(huán)境、安全條件符合安全要求后，再出具相關作業(yè)許可證，作業(yè)人員方可進行檢修施工。

(4)加強檢維修作業(yè)過程中的監(jiān)護力度。在檢維修過程中，作業(yè)人員進行管道動火作業(yè)、受限空間作業(yè)時，監(jiān)護人員應加強監(jiān)護力度，對環(huán)境內(nèi)的易燃氣體和氧氣組分含量至少每兩小時進行取樣分析，以確保檢維修作業(yè)過程中的作業(yè)環(huán)境安全。

6 總結

總而言之，化工裝置的生產(chǎn)工藝流程大多比較復雜。由于生產(chǎn)裝置、設備連續(xù)性運行，原輔料、生產(chǎn)環(huán)境等因素均會積累產(chǎn)生安全隱患，導致生產(chǎn)裝置在日常運行、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，用來防范風險，消除隱患，預防事故。如果能有效地識別各個風險因素，熟練地掌握或駕馭這些不安全因素和預防方法，化工生產(chǎn)裝置和設備的運行、檢修就會順利，可以有效避免各種安全事故的發(fā)生。