吹风气余热回收系统爆炸原因分析及防范措施

2015/9/29 14:57:38 点击：文章来源：www.jshhcc.com

国内采用固定床间歇式煤制气工艺的合成氨企业，半水煤气生产过程中会产生吹风气。从上世纪 90 年代中后期，中小合成氨企业大都逐渐采用低温吹风气配入空气和合成二气（弛放气和放空气）集中燃烧，解决了造气吹风气潜热回收问题，不仅减少了对环境的污染，而且还可吨氨副产 3.8MPa 的高品质蒸汽 1.3t 左右，利用该蒸汽进行背压式余热发电，发电后的蒸汽再返回造气系统使用，或直接供合成氨、尿素系统使用，取得了良好的节能、环保和经济效益。但如何避免造气吹风气余热回收系统工艺操作爆炸事故的发生，保持系统安全稳定长周期经济运行，是亟待解决的问题。现以第二代吹风气燃烧炉为例，通过对合成氨吹风气余热回收工艺操作爆炸危险性及事故案例进行分析，提出安全操作要点及技术防范措施。

1 吹风气余热回收生产原理

吹风气出煤气炉时温度约为 260~300℃，经过除尘器除尘后汇集到吹风气回收总管送至吹风气余热回收系统，配入空气后进入燃烧炉燃烧。由于吹风气热值低，将合成弛放气、放空气等高热值尾气作为助燃气通过蓄热层，使吹风气中的 CO、CH4、H2等充分燃烧，高温烟气通过吹风气余热回收装置回收热量产生蒸汽，烟气降温至150℃后排放。

燃烧反应的化学方程式如下：
2H2+O2=2H2O+483.2kJ
CH4+2O2=CO2+2H2O+801.7kJ
2CO+O2=2CO2+565.5kJ

2 工艺流程

来自气柜的合成放空气、弛放气经过阻火水封，配入空气后，送到燃烧炉内燃烧，使燃烧炉内保持一定的温度，煤气炉送来的吹风气，配入空气送到燃烧炉燃烧，燃烧后的烟气从燃烧炉的下部出口经高温空气预热器、蒸汽过热器，再经余热锅炉产生蒸汽，然后至脱盐水加热器、低温空气预热器，回收余热后经引风机从烟囱排出。

脱盐水由水处理岗位来，经脱盐水加热器后送入余热锅炉汽包。

余热锅炉产生的 3.8MPa 过热蒸汽，送背压式余热发电机组背压至 0.4MPa 返回造气系统再使用。

3 吹风后余热回收系统爆炸危险因素分析

3.1 吹风气余热回收系统燃料气

吹风气余热回收系统燃料气包括两部分：一是造气煤气炉吹风阶段形成的吹风气，主要成分的体积分数如下：CO 为 6.0%；H2为 2.5%；CH4为1.2%；CO2为 16.0%；O2为 0.5%；N2为 73.8%。热值为 1 461.3kJ/Nm3。由理论计算可知，当吹风气中（CO+H2）的体积分数＜10.0%，O2的体积分数＜1.0%时，该气体在爆炸范围之外，一般吹风气作系统置换气时控制（CO+H2）的体积分数＜8.0%，O2的体积分数＜0.5%。二是助燃气（合成弛放气、放空气），主要成分的体积分数如下：H2为 57.40%；CH4为 18.66％；N2为 19.54％；Ar 为4.36％，热值为 12.89MJ/Nm3，爆炸范围为 5.5%~35.0％。吹风气、合成助燃气与空气混合可形成爆炸性气体，泄漏后遇明火、高热能引起爆炸。

3.2 吹风气余热回收系统爆炸风险部位
吹风气系统爆炸风险重点部位为燃烧炉、余热锅炉锅筒、汽包及吹风气回收管道内。

4 吹风气余热回收系统爆炸案例分析

案例 1：2007 年元月 20 日晚 8 时，某化肥厂造气车间吹风气燃烧炉检修后, 点火升温至750℃后拆除 10 台煤气炉吹风气回收阀阀后所有盲板，具备吹风气系统接气条件。因合成氨系统蒸汽总管网蒸汽负荷不易调整，致使吹风气余热锅炉副产蒸汽暂不能并入管网，造气自动机岗位只是简单检查了吹风气回收总管放空阀，处于负压状态，安排吹风气回收岗位保持燃烧炉恒温。

21 日 0 时 50 分，造气 7 台煤气炉正常供气，煤气炉吹风气回收阀及回收总管、各支管处突然爆炸，造成回收座板阀开裂，吹风气回收总管膨胀节处移位错开，系统油管被震断，油压骤降，部分煤气炉自动报警停炉，操作工立即紧急停炉。

事故原因：事故分析判定爆炸源位于 8#~10#煤气炉之间，吹风气回收阀盲板拆除后，阀位虽处于关闭状态，但各回收阀仍存在煤气泄漏题，致使吹风气回收总管内(规格为 1 900、长约200m 的管线相当于一个大型的密闭容器)逐渐形成可燃爆的气体混合物，加上吹风气燃烧炉与旋风除尘器间的防火水封存在缺陷，遇燃烧炉内明火形成爆炸是事故发生的主要原因。

案例 2：2009 年 11 月 6 日，某化工公司造气系统小修，造气在停吹风气过程中，发现 2#吹风气炉前阀阀杆外露关不严，未及时进行维修处理，吹风气系统停车检修后，11 月 9 日 22 时完成开车前的准备工作，23 时 10 分点燃点火枪后移至点火孔处 30cm 时，燃烧炉发生爆炸，造成炉后除尘器处烟道崩坏，燃烧炉内蓄热层格子砖倒塌，事故经济损失约 80 余万元。

事故原因：开车过程中岗位人员对合成弛放气入燃烧炉炉前阀关闭状态检查不到位，可燃气体漏入燃烧炉和空气混合进入爆炸范围，遇到明火是造成爆炸事故的直接原因。在吹风气开车过程中，相关人员未对开车过程的关键部位和程序进行确认，也未按规定进行开车前系统置换后的取样分析，就对吹风气燃烧炉点火，是事故发生的主要原因。

5 系统防爆操作要点及防范措施

通过对吹风气余热回收系统事故案例的分析，开停车过程发生爆炸事故的概率较高，操作失误，开停车过程不按操作程序进行操作是吹风余热回收系统发生事故的主要原因。现根据实践经验，从操作方面提出以下安全操作要点及防范措施。

（1）控制燃烧炉热点温度,保证弛放气、吹风气燃烧安全，根据生产负荷，吹风气成分，弛放气压力、成分，烟气成分，及时调节合成弛放气入炉量，空气配比量，引风量，确保燃烧炉热点温度在750~ 1 000℃。
（2）在正常操作中，应控制燃烧炉上层温度高于 750℃，这是系统安全运行的关键。炉温低于650℃应停车置换，重新点火升温。

①在炉温达到 700℃具有能使吹风气进入燃烧炉充分燃烧的条件时，通知造气工段送吹风气，造气工段各造气炉应按顺序轮流向燃烧炉送吹风气，不得多台重风，即三台炉以上的吹风气同时送入燃烧炉，减少或增加回收几台炉的数量应由造气微机主控岗位许可。

②进入燃烧炉的合成弛放气要尽量均匀稳定，要根据燃烧炉上层温度及时调整空气用量。当生产中负荷变化时，应及时调节合成助燃气的入炉量、空气的配风量以及引风机的引风量，确保燃烧炉的热点温度在 750℃以上。

（3）正常生产中，若燃烧炉上层温度下降，当其温度＜650℃时，应立即关闭合成弛放气进口阀，通知造气工段关闭吹风气回收阀，关闭配送空气阀，打开吹风气总管上的放空阀，以防止造气系统发生爆炸事故。待查明原因后，重新点火，点火前应用空气充分进行置换，待取样分析合格后才能点火。

（4）在停车、开车、生产过程中应密切关注阀位的启闭情况，如造气吹风气烟囱放空阀，吹风气回收阀，合成弛放气送吹风气回收总管回收阀。放空阀应按照操作规程要求正常启闭，阀门运行动作准确可靠，才能确保吹风气燃烧炉安全运行。

①在不回收吹风气余热时，若将吹风气回收阀打开，有可能使半水煤气积聚在吹风气回收总管及燃烧炉中，造成点火即爆。

②在回收吹风气余热时，配送空气阀打开，吹风气回收阀关闭，则吹风气不能进入燃烧炉，导致燃烧炉上层温度下降；更重要的是吹风气不能及时排出，有可能被送入气柜，引起半水煤气中有效气体成分不达标，造成后工段被迫减量；如果吹风气中 O2含量超标，还会造成气柜爆炸事故。

③在不回收吹风气余热时，若将合成弛放气回收阀打开，有可能使合成弛放气积聚在燃烧炉中，造成点火时爆炸。

（5）合成弛放气压力低，短时间中断合成弛放气，可临时停送吹风气维持温度，长时间中断弛放气时，要关闭炉前弛放气调节阀，并打开炉前弛放气放空阀，停吹风气，停鼓风机、引风机，关引风机挡板，维持炉温＞750℃，使燃烧炉处于焖炉状态。

（6）为了保证吹风气和合成弛放气的燃烧完全，应合理配用空气风量，使烟道气中氧的体积分数控制在 1%~4%。

（7）脱盐水加热器及低温空气预热器均为热管结构，为确保热管换热器正常运行，在开始工作时，应先引入空气（水），然后再引入烟气，停止工作时应先停烟气后再停空气（水），作为使用热管设备的原则。

（8）严格控制余热锅炉上汽包液位保持在1/2~2/3 之间，锅炉不准超压运行，锅炉安全阀、压力表、液位计应定期检查并校验，使之灵敏好用。

（9）定期化验锅炉水质，余热锅炉给水总硬度应≤0.03mg/L。根据锅炉水质成分进行排污，排污水总固体控制在 200~1 000mg/L，排污时应注意蒸汽压力及水位变化情况，严禁用排污阀控制液位。锅炉在运行中严重缺水时，应立即停炉检查，妥善处理，严禁采取立即补水的错误做法。

（10）燃烧炉炉底和空气预热器下部应始终保持下灰畅通，下灰应在燃烧炉停炉状态下进行。
（11）保证吹风气回收安全水封的水处于少量溢流状态。燃烧炉顶部、余热锅炉后部及吹风气回收总管均设有防爆板，应注意保养，保持在正常备用状态。长时间不送吹风气、合成弛放气时，应在造气吹风阀后、弛放气入吹风气系统阀后加盲板。

造气吹风气余热回收作为氮肥企业一项先进、适用的节能环保技术，近年来在技术方面也作了不少创新和实践。对于企业来说，装置保持安全稳定长周期运行就是最大的节能，最大的效益。因此，必须把安全操作要点及防范措施时刻放在心上、落实在行动上，不断总结经验教训，才能保持系统安全稳定经济运行，才能更好地实现构建资源节约型、环境友好型企业的目标。

上一篇：气柜高度指示及越限报警装置 2015/10/8
下一篇：产品精制装置首次开工总结 2015/9/29