尿素生产工艺危险性分析及安全评价毕业论文.docx
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尿素生产工艺危险性分析及安全评价毕业论文
目录
摘要2
前言4
1绪论5
1.1化工生产的发展5
1.2化工生产的特点5
1.3化工事故8
1.4尿素生产的历史及应用10
1.5国内外尿素生产技术概述12
1.6东煤尿素车间工艺流程16
2.危险源及危险性分析方法19
2.1危险源的分类及辨识19
2.2危险性分析方法20
2.3危险与可操作性研究(HAZOP)21
3.应用HAZOP对东煤尿素车间进行分析25
3.1单元划分25
3.1.1合成单元25
3.1.2分解单元26
3.1.3蒸发单元28
3.1.4造粒及泵房单元29
3.1.5热回收及尾气处理单元30
3.2第一类危险源的辨识31
3.3东煤尿素车间的危险与可操作性分析33
3.3.1合成单元33
3.3.2分解单元34
3.3.3蒸发单元34
3.3.4造粒及泵房单元34
3.3.5热回收及尾气处理单元34
4.安全措施34
4.1根据HAZOP提出的安全措施34
4.1.1偏差总结34
4.1.2根据分析结果提出的操作规章35
4.2大颗粒尿素生产技术37
尿素生产工艺危险性分析及安全评价
摘要
尿素不仅在农业生产有着极为重要的作用,还是一种重要的化工原料。
可以说尿素是一种非常重要的化工产品。
在尿素的生产过程中,不仅有高温高压这样的危险环境还有强腐蚀性的甲铵、各种易燃易爆的气体,一旦出现事故其后果是无法想象的,尿素生产作为一个化工行业,不但具有化工行业普遍存在的危险性,并且其本身也具有一些特点。
所以针对尿素的工艺流程提出一些安全措施是十分必要的。
通过对东煤尿素车间进行危险和可操作性分析,找出各个单元存在的偏差,分析其出现偏差的原因、导致的后果,并提出安全保护措施。
如果将这些安全保护措施进行汇总,那么我们会得到一份极具意义的操作规章守则,用来解决实际生产中出现的各种偏差,预防事故发生。
关键词:
尿素;工艺流程;危险与可操作性分析;操作规章;预防
Abstract
Ureanotonlyinagriculturalproductionplaysaveryimportantrole,isanimportantchemicalrawmaterial.Itcanbesaidthattheureaisaveryimportantchemicalproducts.Intheproductionprocessofureainahightemperatureenvironment,notonlyDanger!
HighVoltagesuchascorrosivecarbamate,allkindsofflammablegas,oncetheaccidentconsequenceisunimaginable,ureaproductionasachemicalindustry,notonlyhastheriskofwidespreadchemicalindustry,andalsohasitsowncharacteristics.Sotheprocessofureatoputforwardsomesafetymeasuresisverynecessary.TheriskofLiaoningcoalureaworkshopandoperationalanalysis.Findthedeviationofeachunitexists,analyzesthecausesofdeviation,consequences,andputsforwardthesafetyprotectionmeasures.Ifthesesecuritymeasureswerecollected,thenwewillgetAverymeaningfuloperationrulesandregulations,usedtosolvetheactualproductioninavarietyofdeviations,topreventaccidents.
Keywords:
Urea;Processflow;hazop;Operationrules;Prevent
前言
尿素不仅作为一种肥料在我国广泛使用,而且在纺织、医药、化妆品等领域也被作为原料使用。
仅2015年12月份我国尿素产量就达到了301.98万吨。
在如此大的需求量和产量下,需要保障不出现设备故障和人员伤亡,以确保正常生产,那么安全监管就显得尤为重要。
如果在结合尿素生产过程中的实际情况,安全工作便显得那么急迫严峻了。
在尿素的生产过程中,主要危险有一下几点:
1.易燃、易爆、有毒气体。
在生产过程里会出现以下几种气体,一氧化碳、二氧化碳、氨气、氢气、硫化氢气体,每一种气体的泄露都会产生爆炸、中毒事件,并且易燃、易爆、有毒气体在每一步生产流程中都会出现。
更骇人听闻的是,尿素的合成塔上部会累积一定量的氢气,如果压力控制不当,被液封的出料口暴露,导致回流的空气与氢气混合,就会有很大几率产生爆炸。
几十米高的合成塔里的物料如果发生殉爆,其后果是无法想象的。
2.高温、高压。
整个尿素生产流程中,各部分要求的温度压力均不同,最高压力和温度分别可达到二十兆帕、两三百摄氏度。
如此高的温度,有多大的危险性是显而易见的。
在压力的转换中,如此高的压力操作不当也会发生爆炸。
3.电伤害。
厂区中有大量的带电设备及各种高低压电气设备。
电器设备外壳、机械设备电机及开关箱外壳等如没有保护接地,或保护接地断路、接地电阻超标,较高的建筑物所设避雷针及接地网如果发生故障,过电压将会危及人身安全。
4.腐蚀性。
原料、中间产物均具有较强的腐蚀性的物质,对人体、设备、管道、建筑物都有较强的腐蚀性。
在防护不当或误操作时会引发泄漏或喷溅,作业人员如果未采取有效的防护措施,导致眼睛或皮肤接触,就会造成伤害事故。
以上列举的是危险性较大的四种,从中我们可以看出,安全在尿素生产中的重要性。
所以本文会对尿素生产过程中的各物料、设备、工艺等存在的危险源进行识别,并应用危险和可操作性研究(HAZOP),HAZOP通过确定工艺过程中存在的危害及操作问题,利用其良好的指向性可以系统地检查工艺过程,包括对原设计条件和意图发生的种种偏差,确定偏差可能导致危害或引起操作问题,为项目的风险管理提供依据,提出相应的措施和改革方案。
1绪论
1.1尿素生产概述
化工生产的特点在某些化工事故中体现的尤为明显,化工企业的原料、产品涉及的范围广、种类多,大部分属于易燃易爆有毒物质,化工生产过程复杂,工艺多样,操作控制条件严格,从消防角度讲,其突出的特点是火灾危险性大,发生火灾的概率高,发生火灾后,情况复杂,常伴有爆炸、复燃复爆,立体大面积,多火点形式的燃烧,易造成惨重的的人员伤亡和巨大的经济损失。
之所以如此主要,是由化工企业的建筑、生产等特点所决定,首先化工灾害事故救援技术要求高,工艺设施复杂,处置程序环环相扣,这对救援工作提出了很大的难题,处置过程险象环生,惊心动魄,稍有不慎都将可能造成惨重损失,后果不堪设想。
同时化工生产工艺复杂,危化物品多,以东煤尿素车间为例不仅原料如液氨、一氧化碳、二氧化碳有较大的危险性,其中间产物如甲铵溶液、氢气等等都有较大的危险性,生产工艺涉及高温、高压、管道密布,大量生产设备布置在生产区。
而且,一般的化工工厂储罐林立,易形成连锁反应,在化工厂区一般会有多个中间储罐和成品储罐,大部分均储存易燃易爆品,一旦其中某个发生燃烧、爆炸,易对周围储罐威胁,甚至引起燃烧爆炸。
一旦发生爆炸事故,侦查检测工作会变得十分困难,由于设施过于复杂导致有效的救援方案都不易确定,大多数化工行业都是多管线相连,罐罐相连,建筑生产设施林立,设备高大密集,生产工艺形成整套流程,工艺复杂。
生产存储的危险化学品品种多,很多危险化学品物质极为不常见,消防部队指战员本身不够熟悉。
一些化工事故现场燃烧猛烈,燃烧面积大,有效短时间内难以组织有效的、准确详细的火情侦查,再加上优势没有专用的检测仪器,较难测出准确的数据,较难掌握现场准确、详细的情况。
在对化工事故的分析中,我们发现造成事故的原因是多种多样的。
例如,1982年、1993年,分属两个企业的两套催化裂化装置的中间罐先后于发生了爆炸,1993年1月1日的那次爆炸还引发大火。
两次事故相隔近10年,且分别是两个设计单位作的设计。
但这两个设计单位都没有处理好中间罐的工艺设计,都存在若阀门关不严,不同性质物料发生串通的可能性。
结果,由于阀门关不严,造成不同性质物料的相互混合,致使中间罐压力急剧升高而发生爆炸。
这起事故的发生是因为工程设计失误,设计单位对设计对象了解不够透彻,设计不够细致可能导致事故发生,同样的事例还有某沿海企业在海边建设油罐,设计单位因无经验在设计中未对罐底外壁采取防腐措施。
由于地处海边,化学腐蚀现象严重,若不对罐底外壁采取防腐措施,则油罐建成后罐底将很快被腐蚀穿透,不仅油罐将报废,若油品大量漏失,还会引发严重的次生事故(如火灾、爆炸、环境污染等等)。
同时工艺过程设计不合理、总图布置设计不合理也会导致化工事故,
操作人员的违规操作或各种原因造成的误操作。
在化工生产中,由于人员的违章作业、违章指挥、违反劳动纪律而发生的各类事故所占比率很高。
据有关统计,在已经发生的各类事故中,由于人员“三违”引发的占到75%左右。
其中,仅因操作工开错阀门或没有及时关闭阀门而引发的事故就有多起,并都造成了很大影响。
而这些由“三违”(违章指挥,违章操作,违反劳动纪律)引发的事故,多数表现为设备的破坏。
以设备破坏为表面现象的事故,大约也占到了70%以上。
北京东方化工厂罐区,在收油时操作工开错阀门,致使石脑油大量外溢,遇明火引发爆炸及两次后续爆炸。
此次事故共有9人死亡、39人受伤,直接损失1.17亿元人民币,造成该厂几乎全部主要装置停产10个月。
由于管理不善、违章指挥而造成的事故,最明显的体现是发生在建设过程和装置检修过程。
如某厂一装置发生波动,操作工正在处理。
按规定管生产的副厂长只应是一个指挥者,不能自己动手,但这个副厂长觉得自己干过这个岗位的操作,十分熟悉情况。
来到现场后看了看,未跟当班操作工打招呼,就自行启动了核心设备,导致该设备报废。
还有吉林石化松花江污染事件,原本是操作人员违规操作而引起的一起爆炸事故,但因没有设立必要的水体防护设施,也没有制定相应的应急处理预案,导致松花江被污染的严重事件。
同时设备的出现问题也是导致化工事故发生的重要因素,由于原料中间产物会有腐蚀性,因此设备出问题而引发的事故,在事故总数中所占比例也很大。
某企业常减压装置,因一接头损坏,造成瓦斯泄露,引发大火。
这既是因设备损坏引起的事故,也是操作工未及时进行巡回检查而引起的事故,但也有一些偶然性。
某企业的一台高压泵,在泵体有一个暗砂眼,在解体检查时没有发现。
运转一段时间后,高温油料从砂眼哧出,引起大火。
自动控制系统出现的问题同样也会造成化工事故,随着生产设备的制动化越来越高,类似事故的发生愈发频繁。
2006年10月30日20时,重庆钢铁公司在煤气管网上进行焊接施工。
由于电焊机的接地线直接搭接在管网上,而煤气管网上的压力测试仪表的抗干扰能力不强。
电焊机的强电磁干扰了煤气压力测试仪表,误报出系统压力超高的信号。
致使自动控制仪表按系统压力超高进行了自动动作,将煤气紧急快开阀门打开,造成煤气泄漏大约1万1千立方米的重大事故。
1.1.1尿素生产的历史及应用
在1922年以后大约40年左右的时间内,围绕着由CO2和NH3转化成尿素的单程转化率,以及从反应后的尿液中回收未反应的CO2和NH3的方法问题,进行了大量的研究和技术开发工作。
先后出现了部分循环工艺、全循环工艺。
到了六十年代,又出现了汽提工艺,改良全循环工艺,为尿素工业树立了新的里程碑。
据不完全统计,从1965年到1980年世界上大约建设了221座尿素装置,其中采用汽提工艺的就有116座,约占建厂总数的52%。
80年代后随着工艺的发展进步,有三种新开发的节能工艺。
(1)美国尿素技术公司的UTI工艺,UTI工艺是该公司七十年代中后期的研究成果,已成功地用于改造能力为日产300-1200t的全循环工艺,在许多日产300t的新建装置中已被采用。
(2)SRR工艺,SRR工艺是瑞士卡塞尔制氨公司最近开发的用于改造氨气提法和CO2汽提法尿素厂的新工艺。
该法用于老厂改造,不需要改造原有的合成部分,仅需将新增添的部分加到原有系统中去。
这样可以减少改造投资。
(3)IDR尿素工艺,IDR尿素工艺是意大利蒙特爱迪森公司用于改造老尿素装置的一种新工艺,其第一个工业应用是对蒙特爱迪森公司下属子公司的一座日产300t的尿素装置进行的改造。
当代尿素工业中普遍采用的常规工艺可大致划分为两大类:
一类是以斯太米卡邦公司和斯奈姆公司为代表的分别以CO2和NH3做为汽提剂的汽提工艺;另一类是以三井东亚化学有限公司和东洋工程公司和东洋工程公司为代表的改良全循环工艺。
东煤尿素车间采用的是全循环工艺生产尿素。
汽提工艺是全循环工艺的发展,采用CO2或NH3汽提法,通俗的讲就是加入过量的CO2或NH3,使回收的物料中只有一种气体和甲铵溶液。
不仅尿素的工艺流程在发展,对尿素的研究也越来越深入,尿素的应用领域也越来越广泛,尿素的产量也随之增高,据统计局数据显示,2015年1~11月尿素折纯产量累计3163.17万吨,合实物量约6876.5万吨,同比增加4.5%。
尽管尿素行业也面临产能过剩,但据统计但80%以上的工厂依然保持着73%左右的开工率。
生产出的尿素不仅是在各个领域进行着作为化学品本身的作用,也成为经济发展中不可或缺的一部分,为一些地区提供大量就业岗位,对地区经济有着重要的作用。
千万吨级的尿素产量表明,尿素不仅单纯的作为一种氮肥被使用,而是广泛的应用于各个行业。
尿素的应用主要在以下几个领域:
医学应用:
皮肤科以含有尿素的某些药剂来提高皮肤的湿度。
非手术摘除的指甲使用的封闭敷料中,含有40%的尿素。
同时测试幽门螺杆菌存在的碳-14-呼气试验,使用了含有碳14或碳13标记的尿素。
同样方法也可测试生活在动物胃中的类似细菌。
农业应用:
尿素是一种高浓度氮肥,属中性速效肥料,也可用于生产多种复合肥料。
在土壤中不残留任何有害物质,长期施用没有不良影响。
工业应用:
相比于尿素本身作为一种化肥被发明,在工业上的应用尤为广泛。
列举如下:
特殊塑料的原料,尤其尿素甲醛树脂,某些胶类的原料,肥料和饲料的成分,取代防冻的盐撒在街道,优点是不使金属腐蚀,加强香烟的气味,赋予工业生产的椒盐卷饼棕色,某些洗发剂、清洁剂的成分,急救用制冷包的成分,因为尿素与水的反应会吸热,处理柴油机、发动机、热力发电厂的废气,尤其可降低其氧化氮,催雨剂的成分〈配合盐〉,过去用来分离石蜡,因为尿素能形成包合物,耐火材料,环保引擎燃料的成分,美白牙齿产品的成分,为化学肥料,染色和印刷时的重要辅助剂
实验室应用:
尿素能非常有效的使蛋白质变性,尤其能非常有效地破坏非共价键结合的蛋白质。
这特点可以提高某些蛋白质的可溶性。
饲料添加剂:
人类粮食资源与蛋白质的短缺,也造成饲料工业一大难题。
业者积极寻找蛋白质的新来源,并扩及蛋白质以外的氮来源,尿素由于含氮量较高成为了研究对象,经过一系列的研究,尿素及尿素化合物成为反刍动物的饲料添加剂。
1.1.2国内外尿素生产技术概述
(1)当前世界上尿素生产技术概况
当前,世界上最具有竞争力的尿素生产工艺技术,主要有荷兰斯塔米卡邦(Stamicarbon)公司的CO2气提法工艺、意大利斯奈姆普吉提(Snamprogetti)公司的氨气提法工艺、意大利泰克利蒙特(Technimont)公司的等压双气提法工艺(简称IDR工艺)、日本三井东压/东洋工程(TEC/MTC)公司的节能低成本ACES工艺等。
①荷兰Stamicarbon公司CO2气提法工艺于1965年在传统的水溶液全循环法的基础上新开发成功并实现工业化,七十年代末发展为改进型CO2气提工艺。
九十年代以来又先后推出新一代改进型CO2气提法流程以及最新技术尿素2000+TM超优工艺流程。
迄今为止,该工艺在世界上建厂最多,计140余套生产装置,占世界尿素总生产能力的45%左右。
该法合成反应压力和温度较低,气提效率较高,没有中压分解回收段,流程短,操作安全、简便。
该工艺高压圈物料靠位差流动、节省输送动力。
另外,高压圈设备高层框架布置使设备布置紧凑、合理,管线较短,占地节省。
②意大利Snamprogetti公司氨气提法工艺于1966年研究开发成功并实现工业化,七十年代中期发展成为氨自气提工艺,八十年代中期以来建厂数增加,建厂数总计100余套,总生产能力仅次于CO2气提法工艺。
该法合成反应NH3/CO2摩尔比较高,有利于合成转化率的提高和减轻工艺介质的腐蚀性。
另外,气提塔选用钛材或衬锆双金属气提管,气提出液温度可达205~230℃。
而且可以在较低设计负荷下运行。
该法采用了液氨喷射泵输送甲铵液,高压设备无需高层框架布置,施工安装和维修方便。
③意大利Technimont公司IDR工艺于1981年研究成功,随后在意大利建有300t/d和1200t/d两套工业生产装置。
该法合成进料NH3/CO2摩尔比高,高压系统操作压力,温度均较高,单程转化率可达70%。
该法采用CO2和氨双重气提作用,兼有CO2气提法和氨气提法的优点,与氨气提工艺相同,设置了中压分解和循环回收段,除高压冷凝回收热量副产0.58MPa(表)的蒸汽外,中压分解气的冷凝热也大部分回收,故热回收较好,蒸汽和冷却水的消耗较低。
此工艺采用双氧水钝化,防止设备腐蚀。
但由于合成回路高压设备较多,且要求严格的防腐系统,不仅投资增高且操作较复杂。
④日本三井东压/东洋工程公司ACES工艺。
该法于1982年开发研究成功,它是在CO2气提法基础上发展的。
目前世界上建成的有十余套。
该法除提高合成NH3/CO2摩尔比,提高单程转化率及设置中压分解回收循环段外,还采用特殊结构的气提塔和特殊材料双相钢,提高了气提效率和设备的耐腐蚀性能,而且降低造价,该法热回收利用较好。
另外,高压回收物料的循环好是靠液位差实现,设备布置需要较高的框架。
九十年代末该公司又推出ACES21新工艺,将原来两台甲铵冷凝器改成为单台,且结构型式为浸没式立式冷凝吸收器,并利用甲铵反应热副产蒸汽供后续工序用,合成和气提压力降低,投资和能耗有所下降,目前ACES21新工艺尚未建成新装置,改造厂已实施装置能力为60万吨/年左右。
以上几种主要的尿素生产方法的特点、流程、生产操作条件及安全性等比较见表4-34。
上述各法的主要原料和公用物料的消耗见表4-35。
除以上几种工艺方法外,还有一些其他生产工艺,如美国化学技术公司好推出热循环法工艺(简称UTI法)。
瑞士UreaCasale公司也开发“双塔高效综合”法(简称HEC法)。
这些方法在世界范围内新建厂不多,热循环法设计了特殊结构的绝热等温反应器和甲铵反应热的多级回收利用,蒸汽消耗较低,但设备结构复杂,中、低压段换热设备多,流程较复杂,操作也不便,目前未被广泛采用。
HEC法设置二个合成塔,转化率高达75%,气提塔负荷减少,高压下冷凝回收热量,副产蒸汽达到自给。
至今,该法未见工业化推广应用。
表4-34主要几种尿素生产工艺比较
工艺方法
项目
改进型CO2
气提法
NH3
气提法
双气提
(IDR)法
ACES法
研究成功及工业化年代
1965~1979
1966~1978
1981
1982
已建装置
140余套
100余套
3
10余套
流
程
特
点
等压气提
高压分解
中压分解
低压分解
是
/
/
是
/
是
是
是
是
/
是
是
是
/
是
是
合
成
操
作
条
件
压力,MPa
温度,℃
NH3/CO2(mol)
H2O/CO2(mol)
CO2转化率,%
13.53~14.31
183
2.9~3.0
0.41
57
15.69
185
3.3~3.6
0.60
64
18.63
190
4.25
0.55
70
17.26
190
4.0
0.61
68
生
产
的
安
全
性
原料气脱H2
防腐加氧量,(%Vol)
高压系统尾气爆炸可能性
低压系统尾气爆炸可能性
有
0.7
无
无
无
0.25
无
有
无
0.2+H2O2
无
有
无
0.5
无
有
其
他
副产蒸汽压力,MPa
尿素水解装置
设备布置
0.441
有
高框架
0.59/0.441
有
中框架
0.7/0.35
有
高框架
0.59
有
高框架
主
要
高
压
设
备
材
料
尿素合成塔衬里
气提塔(列管)
高压冷凝器(列管)
高压洗涤器(列管)
甲铵分离器
氨预热器
高压喷射器
316Lmod
25-22-2
316Lmod
或25-22-2
25-22-2或
316Lmod
/
碳钢
316LMod
316Lmod
钛或衬锆25-22-2
/
316LMod
/
碳钢
316LMod
316LMod
25-22-2
25-22-2
25-22-2
316LMod
碳钢
316LMod
316Lmod
DP3
DP3
316Lmod
/
碳钢
316Lmod
表4-35主要几种尿素工艺方法原料和公用物料消耗比较(吨尿素计)
工艺方法
项目
改进型CO2
气提法
NH3
气提法
双气提
(IDR)法
ACES法
液氨(100%),kg
568
568
569
568
CO2(100%),kg
735
735
752
750
输
入
1.3MPa,kg
/
/
/
/
蒸
汽
2.45MPa,350℃,kg
3.8MPa,365℃,kg
1160
35
1020
40
980
1000
输出蒸汽,0.39~0.7MPa,kg
220
/
50
/
电,kWh
18
23
25
24
冷却水,t(t=10℃)
85
93
75
95
(2)国内尿素生产技术概况
我国是尿素生产大国,建厂数为世界之最,生产能力和产量也居世界首位。
国内尿素工业的发展始于二十世纪六十年代。
至今采用水溶液全循环法建成的中型尿素厂遍布全国各地50多家,生产能力近600万吨。
二十世纪七十年代以来引进荷兰Stamicarbon公司CO2气提法尿素专利技术,成套引进和自行建设共计30套(引进18套,消化吸收自行建设的12套),规模从4~52万吨/年。
总生产能力超过1000万吨/年。
采用的工艺流程包括传统的CO2气提工艺(二次洗涤流程)计14套、改进型CO2气提工艺(脱氢防爆流程)计14套、新一代改进型CO2气提尿素2000TM超优工艺(池式冷凝器)2套。
二十世纪八十代年中期以来我国又引进意大利SNAM公司氨气提专利技术,成套引进和部分消化吸收自行设计共计18套(引进16套自行配套建设2套)规模13~52万吨/年,总生产能力约580万吨/年。
采用的氨气提工艺均为第二代氨气提工艺技
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