高壓洗滌器防爆筒體的防爆

任玉兵

（山西蘭花田悅化肥有限責任公司，山西陽城 0 4 8 1 0 2）

高壓洗滌器是荷蘭斯塔米卡邦二氧化碳汽提工藝尿素裝置的重要設備之一，它利用高壓甲銨泵送來的低壓吸收循環系統的甲銨溶液，在高壓狀態下吸收尿素合成塔氣相中的NH3和C O2，使NH3和C O2在高壓系統直接被吸收，返回高壓甲銨冷凝器，循環利用。它工作的好壞直接影響高、低壓，解吸水解系統的穩定運行和系統消耗，也決定著高壓系統能否安全運行。

1 高壓洗滌器結構及工作原理

荷蘭型廠高壓洗滌器主要由上部精餾吸收段、中部防爆空間、下部浸沒式列管冷凝器和底部氣體分布器組成，見圖1。

從高壓洗滌器結構圖可以看出，高壓洗滌器分為五個部分，上部為填料洗滌段，中部為鼓泡段，下部為浸沒式列管冷凝段，球體部分為防爆空間和底部氣體分布器。合成塔來的合成氣，由球體上部N 1進入防爆空間。球體中間是填料洗滌段筒體，填料洗滌段筒體上開6個深2mm的槽，代替爆破板起防爆作用；洗滌后的尾氣有爆炸的可能，一旦爆炸，防爆筒體就破裂，使爆炸后的高壓氣泄入合成氣體中。

防爆空間由一層隔板將冷凝后易形成爆炸性氣體的高濃度H2、O2與未經冷凝的高濃度NH3、C O2相對安全氣體隔開，隔板上有6個導爆槽（防爆板），每個防爆板車有一道環形溝槽，規格為7mm×6 0 0mm×2mm（寬×高×厚），溝槽壁厚2mm，承受上下壓差約0.5MP a。萬一發生爆炸，則6個導爆槽首先爆破，兩種氣體混合稀釋，迅速脫離爆炸區，避免事故擴大，破壞整個設備。

圖1 尿素高壓洗滌器結構圖N 1—氣體入口；N 2—氣體出口；N 3—惰性氣體入口；N 4—惰性氣體出口；N 5—甲銨液入口；N 6—甲銨液出口；N 7—冷卻水入口；N 8—冷卻水出口；N 9—放空口；N 1 0—排液口；N 1 1—防爆膜接口；N 1 2—蒸汽進口；N 1 3—冷卻液出口；N 1 4—放空口；N 1 5—人孔；N 1 6—溫度計口

防爆球體外有伴熱蒸汽管，防止物料低溫冷凝結晶。N 2為防爆空間合成氣出口，出N 2的合成氣，沿高壓洗滌器外管道從N 3進入高壓洗滌器下部氣體分布器。甲銨泵送來的甲銨液，由頂部N 5進入液體分布器，對出高壓洗滌器的尾氣進行洗滌吸收。洗滌液經循環漏斗口，沿中心循環管流至液封槽，溢流到高壓洗滌器底部，合成氣經氣體分布器分散至甲銨液中，甲銨液與合成氣充分混合后，進入冷卻列管中。在冷卻列管內部分NH3與C O2被冷凝吸收，其反應熱被殼側高調水帶走。列管內是氣液共存，故其密度小于中心循環管內的液體而自行循環。

然后，氣液混合物便從冷卻管上端進到中部鼓泡段。在此，未被冷凝吸收的氣體分離出來，進入鮑爾環填料段，與高壓甲銨泵送來的稀甲銨溶液逆向接觸，NH3和C O2繼續被吸收，剩余的氣體通過N 4和高壓洗滌器氣相閥減壓后送到低壓吸收塔，充分吸收后放空。吸收了NH3與C O2的濃甲銨液，從溢流套筒的頂端溢流至環隙，而后從管N 6送出；還有一部分則流入循環漏斗，與填料吸收段來的甲銨液匯合，沿中心循環管返回到高壓洗滌器底部，這樣，強化溶液循環，從而提高冷卻管的冷卻效果。

2 高壓洗滌器防爆筒體爆炸破裂的現象

總結各廠發生高壓洗滌器防爆筒體爆炸破裂的現象如下：高調水無溫差或溫差極小；同等負荷下高壓系統壓力升高，升高曲線為鋸齒形；甲銨泵送水仍暢通；高壓洗滌器出液出氣溫度上升；高洗出氣閥前后溫差縮小；低壓吸收塔滿液，進出液溫差縮小，且壓力上升。

晉城某廠在2 0 1 1年1月1日凌晨5：0 0尿素系統封塔后開車。當打開高壓洗滌器尾氣排放閥HV 2 2 0 2時，發現高壓洗滌器出氣溫度急劇上升，當時判斷已經出問題；為進一步證明，系統投料開車后，發現高壓洗滌器無熱負荷，高調水進、出無溫差，高壓洗滌器下液溫度和高壓洗滌器出氣溫度偏高。減負荷仍然無法維持。通過認真分析，判斷是高壓洗滌器防爆筒體爆炸。停車排塔、置換、降溫后，拆開高壓洗滌器防爆球體人孔后發現，防爆筒體破裂，鮑爾環散落在球體內。見圖2。

3 高壓洗滌器防爆筒體爆炸的原因及預防措施

高壓洗滌器爆炸一般發生在開停車階段和其他非正常生產狀態下（如短期停車、保溫保壓、減負操作，打水沖洗防堵等），高壓洗滌器爆炸可分為化學爆炸和物理爆炸。

高壓洗滌器防爆筒爆炸事故大體分兩種：一種是外爆炸型，另一種是內壓型。外爆炸型是由于在高壓洗滌器防爆筒內部有大量惰性氣體積存，由于靜電、撞擊、加熱等原因引起爆炸，是導爆槽向外破裂或變形（屬于化學爆炸）。內爆炸型是由于高壓洗滌器列管和中心管堵塞，防爆筒外側與合成塔氣相連通，而防爆筒內側與低壓系統連通，并通過下液管與高壓噴射器吸氣室連通；由于列管和中心管堵塞，在防爆筒內側與低壓系統連通和高壓噴射器的抽吸作用下，防爆筒的內外產生負壓差，將防爆筒壓破變形（屬于物理爆炸）。

圖2 防爆筒體破裂示意

3.1 防爆筒體物理爆炸原因及預防措施

（1）結晶堵塞管道、設備。高壓洗滌器結晶是非常危險的，如果處理不及時，防爆筒體有被壓破的危險。在停車（特別是斷電、斷蒸汽等）時，高壓洗滌器防爆球體到高壓洗滌器底部U型管經常因排放不盡，引起結晶堵塞，造成防爆筒體內外壓差增大，防爆筒體破裂爆炸；高壓洗滌器在運行或開車過程中，也會因高調水溫度控制太低，列管內甲銨逐漸結晶，使防爆筒體內外壓差增大，引起爆炸。

預防措施 加強日常巡回檢查，確保高壓洗滌器排放閥門暢通。系統封塔操作過程中，控制好高調溫水溫度；封塔后，要及時打開高壓洗滌器排放閥門，確認排凈后，再關閉閥門并沖洗管線。開車前須檢查確認高壓洗滌器底部暢通無堵塞。正常生產時控制好高調水溫度。

（2）防爆筒體導爆槽因腐蝕減薄或加工缺陷，不能承受應受壓差導致爆炸。導爆槽中央薄壁厚度僅為2mm，而尿素高壓設備的年腐蝕速率一般在0.0 3～0.0 5mm，故需要定期檢查。

預防措施 ①防爆板材質宜選用2 5－2 2－2，加工時，防爆板溝槽宜采用圓弧過渡，避免應力腐蝕；②停車排放后應保證升溫鈍化質量與時間；③開停車及生產中避免系統局部超溫，確保防腐空氣或添加的H2O2量，防止不銹鋼表面鈍化膜活化，加劇腐蝕；④ 當系統運行時間達到或超過一年時，一旦停車檢修，應對防爆板進行檢查。

（3）開車和生產中系統升壓過快，高壓洗滌器氣相閥關閉過猛、C O2倒流、合成塔滿液、高調水泵跳車等原因使高壓系統壓力突升；或生產和停車時，高壓洗滌器氣相閥開啟幅度過大，卸壓過猛等造成防爆筒體內外壓差過大，被壓破或拉裂（國內絕大多數廠家高壓洗滌器防爆板破損均屬此類型）。

預防措施 嚴格控制高壓系統的升降壓速率在指標內（6MP a／h）。系統封塔操作過程中，應采取分步緩慢關閉高壓壓力調節閥的操作方式，確保防爆板兩面受壓均衡。

3.2 防爆筒體化學爆炸原因及預防措施

可燃物、助燃物（氧化劑）和點火源是燃燒和爆炸的三個基本條件，統稱三要素。尿素生產過程存在化學爆炸三要素：可燃性氣體、助燃物、點火源。

3.2.1 可燃氣體

脫碳工序無論采用化學方法還是物理方法，送到尿素裝置的原料氣C O2中都含有H2、C O和CH4之類的可燃性氣體；送入尿素的液氨中也溶有H2、CH4之類的可燃性氣體。

預防措施

（1）嚴格控制好原料氨和C O2的純度

保證生產中有充足合格的氨和C O2。合成系統送往尿素的氨應供充足，不得斷氨，不能使弛放氣竄入尿素系統，盡量使新鮮NH3通過球罐后再送尿素，嚴禁直接送氨。原料純度要求：C O2≥9 8.5%（體積分率，下同），N2≤0.4%，H2≤0.3%，總硫≤1×1 0－6；NH3≥9 9.8%、油≤1 0×1 0－6。

一旦C O2氣中H2含量超標，生產中必須降低高壓洗滌器的冷凝程度，增大高壓系統氨碳比，增加高壓洗滌器的尾氣排放量，確保不發生爆炸。

（2）保證脫氫裝置運行正常

脫氫催化劑在使用過程中易發生硫、C O、 NH3、油中毒，積炭，從而使催化劑失活，造成入塔氣體中H2含量增高，高壓洗滌器尾氣中H2含量增高，可能使尾氣組成進入爆炸范圍內。因此，要加強入合成塔C O2氣體中H2含量的分析，監控催化劑的活性，失活后要及時更換；加強C O2壓縮機排油水；嚴格控制原料C O2氣體中硫、C O、NH3的進入，保證脫氫催化劑的正常使用。

（3）防止形成爆炸組成

由于混合氣體中NH3含量對爆炸區域影響較大，NH3含量增加，爆炸范圍縮小；反之，爆炸范圍擴大。因此在生產中控制好高壓洗滌器的洗NH3程度，就可使尾氣處于爆炸范圍外。

在高壓系統開車出料時，減氨過早，如汽提塔未帶上負荷，其殼側高壓蒸汽壓力P I C 9 0 4未提起就減氨，致使尾氣氨含量下降，由于惰氣總量不變，故氫氣含量相對上升；低壓汽包壓力降低過早，使高壓甲銨冷凝器內NH3、C O2過度冷凝，減少了合成塔出氣量，進入高洗后形成可爆氣體；甲銨泵打水過早過多，過早停高調水夾套蒸汽，或高調水溫降低，使高壓洗滌器內氣體冷凝量加大，出氣進入爆炸范圍。

預防措施 控制高壓洗滌器內混合氣體中氫和氧的濃度，使之處于爆炸范圍之外。主要是對高壓洗滌器操作溫度的控制，控制了溫度也就是控制了氣體中氨的濃度，溫度高氣體中氨含量就高，氫和氧的濃度也相應低，爆炸范圍縮小；反之，溫度低氫和氧則高，爆炸范圍擴大。所以，嚴格按照工藝指標要求的溫度操作，控制好高壓洗滌器的洗NH3程度，就可使尾氣處于爆炸范圍外。生產中加強高調水溫度控制，保證高壓洗滌器下液溫度不小于1 5 5℃，高壓洗滌器惰氣排放溫度要大于1 2 0℃，減負荷時要及時提高高調水溫度。

正常生產時，通過調節高調水溫度不低于1 1 0℃，調節高壓甲銨泵的加水量與負荷相適應來嚴格控制高壓洗滌器出液溫度不低于1 5 5℃，就可使尾氣組成處于爆炸范圍外。

封塔保溫保壓期間，特別是在停蒸汽的情況下，一般要求尿素排塔停車。如果不能，則高壓氣相部分要保持流通，避免高壓洗滌器氣相閥HV 2 0 2全部關閉，控制高調水溫不低于1 2 5℃，防止系統中的NH3、C O2充分冷凝吸收，氣體中的O2、H2濃度升高，形成爆炸性氣體。

投料時，控制高調水溫不低于1 2 5℃，要提高出料時合成液的溫度，并使之盡快達到正常。如果出液溫度較低，在合成液顯示液位后，可短時間增大排放量，使高壓洗滌器壓力降低，使混合氣體爆炸范圍縮小。如此溫度低于1 5 0℃，洗滌器尾氣就可能進入燃爆區，此時一遇火源或靜電就會出現尾氣燃爆。而引起洗滌器出液溫度突然下降的根本原因是出料時合成液溫度低，與之平衡的合成氣中NH3和C O2含量減少，在洗滌器尾氣排放量不變的情況下，洗滌器內吸收的NH3和C O2減少，甲銨生成反應熱隨之減少，其出液溫度下降。雖然系統出料時易造成洗滌器尾氣燃爆，但如果操作得當，完全可以避免。

停車封塔過程中HV 2 2 0 2要始終要留2%的開度，不關死HV 2 2 0 2切斷閥，沖洗HV 2 2 0 2前后應適量；開車過程中，應開大HV 2 2 0 2，保證高洗尾氣不進入爆炸范圍；C O2中氫≥1%不能投料開車；出料時保證高調水溫度T R 2 2 0 7不低于1 2 5℃，停車封塔期間T R 2 2 0 7不低于1 2 0℃；開車時，甲銨泵投入系統前及時開HV 2 2 0 2；出料后，減氨不要減得過快，一定要在高壓汽包壓力提上去后，再逐漸降低；出料后，不要過快過早降低汽包壓力，要等汽提塔帶上負荷，大量物料由此返回，高壓洗滌器工作穩定，高調水溫差大于8℃時，再降低壓汽包壓力與該負荷相對應。

3.2.2 助燃物

為了設備和管道的防腐，需向原料C O2氣體中添加空氣（O2），C O2汽提法空氣添加量為C O2混合氣體的3%～4%（使氧含量為0.6%～0.8%）。

預防措施 嚴格控制C O2氣體中的氧含量。在滿足設備、管道防腐需要的情況下，盡量減少空氣（O2）的加入量，正常生產時要控制加氧指標在低限（0.6%）。

3.2.3 點火源

（1）沖擊

工藝設備和管道在安裝和維修過程中，會殘留焊瘤、焊渣、砂粒，高壓洗滌器鮑爾環填料吸附的結炭層脫落碎屑，這類固體粒子與氣體一起高速流動，在彎頭、縮口等變向處沖擊壁面，其動能轉變為熱量成為點火源。

預防措施 工藝設備和管道在安裝和維修完畢后要清理吹掃干凈內部雜物。

（2）靜電

氣體在設備和管道內高速流動與壁面摩擦即產生靜電，靜電會積聚在尖端和孤立體上（例如閥芯，兩端導電不好的管段等），當這些孤立帶電體附近的電場強度超過氣體的破壞電場強度時，即產生某種放電現象。

設備、管道等接地措施效果不好，造成高壓洗滌器內靜電積聚，靜電在可燃氣體中產生放電現象（如果靜電接地效果好，會及時導出），電能轉化成為熱能從而使可燃性氣體的溫度上升或進入系統的油聚積達到自燃，而引起爆炸。

預防措施 建立良好的接地系統，防止靜電積聚。并定期檢驗接地系統，有無損壞，螺絲是否松動，并要掌握接地電阻的變化情況，使接地系統始終保持完好狀態。其次，要防止油進入系統。

4 高壓洗滌器防爆筒體日常操作常見問題

（1）如在升溫鈍化時發現高壓洗滌器下液溫度大于合成塔氣相溫度，則說明高壓洗滌器進口管堵塞，應立即處理，以免壓破防爆板。

（2）在用C O2進行系統升壓時，應緩慢增加壓力，不能過快。

（3）在投料過程中應注意高壓洗滌器氣相閥HP V 2 2 0 2不能猛開猛關。

（4）C O2不能提前退出系統，那樣會使高壓洗滌器內部二氧化碳濃度低，生成甲銨液后NH3過剩。

（5）在停車沖洗高壓洗滌器時，控制好高壓洗滌器尾氣排放閥HP V 2 2 0 2。具體操作為，在用甲銨泵沖洗高壓洗滌器時，高壓洗滌器尾氣排放閥HP V 2 2 0 2開度大于1 5%，防止NH3、C O2被充分吸收，防爆筒內可燃氣體（H2、O2）濃度急劇增加，達到爆炸極限。

（6）停車時中壓蒸汽壓力波動大，高調水提溫速度過慢，NH3、C O2被充分冷凝，會增加可燃氣體濃度；或者高調水溫度低，造成高壓洗滌器列管結晶堵塞。具體操作為，在停車前打開高調水夾套蒸汽閥，提高調水進液溫度至1 2 5℃。停車后高壓洗滌器內熱負荷減小，通過加熱方法維持高調水溫度在高限，防止高調水溫度低，高壓洗滌器內過度吸收冷凝或結晶堵塞。

（7）在停車時高壓洗滌器一定要排放沖洗干凈并徹底排放積液。具體操作為，停車時首先打開高壓洗滌器排放閥，排放高壓洗滌器內部甲銨液，然后一臺甲銨泵打循環，另一甲銨泵打水至高壓洗滌器。同時，液氨退出系統，用沖洗水泵沖洗氨管線。此操作維持1 5m i n。甲銨泵與氨管線沖洗同時停止，目的是讓沖洗高壓洗滌器的水通過高壓噴射器帶離高壓洗滌器，同時也沖洗了甲銨泵出口管線、高壓洗滌器下液管線、高壓噴射器出口管線。注意高壓洗滌器下液管線兩個溫度點T R 2 2 0 5、T R 2 2 1 5和高壓噴射器出口管線溫度點T R 2 2 1 4，是否同步、同趨勢變化。由此可判斷高壓洗滌器相關管線是否暢通。最后通過排放雙閥間導淋排出的是氣，說明高壓洗滌器內部積液排凈。高壓系統停車后，合成塔仍有從溶液中釋放出來的氣體進入高壓洗滌器。如果設備中有積液，容易使其濃度提高而結晶堵塞列管。（在甲銨泵向高壓洗滌器打水和沖洗水泵沖洗氨管線時，蒸汽冷凝液泵的其他用戶停止使用冷凝液。因為蒸汽冷凝液用量過大，將影響甲銨泵和沖洗水泵入口冷凝液的壓力，如果入口壓力低影響到泵的打量，最終影響到沖洗效果。）

（8）封塔過程中控制好高壓洗滌器尾氣排放閥HP V 2 2 0 2開度。具體操作為，在封塔過程中高壓洗滌器尾氣排放閥HP V 2 2 0 2開度在2%～5%，嚴禁HP V 2 2 0 2全部關閉，防止系統中的NH3、C O2被充分冷凝吸收，氣體中H2與O2的濃度增高，形成爆炸性氣體，H2含量進入爆炸極限范圍。投料開車打開HV 2 2 0 2時，由于開閥過快或氣體摩擦導致起火引爆氣體。

（9）排塔過程中高壓洗滌器尾氣排放閥HP V 2 2 0 2大幅度打開，會使高壓洗滌器防爆筒內的氣體形成高速流體，高速流體產生靜電引起爆炸。

5 結 語

采用荷蘭斯塔米卡邦公司專利技術的二氧化碳汽提法尿素工藝在生產中雖然在開停車或運行過程中存在高壓洗滌器爆炸的危險，但只要思想上提高認識，加強管理，嚴格執行各項規程和工藝指標，加強對操作人員乃至管理人員的業務培訓，提高操作技能和準確分析判斷事故的能力，采取正確的防范措施，高壓洗滌器的爆炸問題還是可以避免的。