壳牌煤气化工艺生产中安全分析

壳牌煤气化工艺生产中安全分析
壳牌煤气匕工艺生产中安全分析
于英慧(河南中原大化集团有限责任公司河南濮阳457000)
肖传豪(濮阳职业技术学院石油化工与环境工程系河南濮阳457000)
摘要:壳牌(shel1)煤气化工艺是2l世纪煤炭高效洁净利用的主要发展途径之一.自2001年以来国内
企业先后引进了23台壳牌(shel1)煤气化装置.在这些装置的施工,试车过程中出现了一些严重的安全事故.
为了以后我国壳牌煤气化工艺能够安全生产,参照壳牌工艺,结合中原大化集团有限公司实际,就壳牌工艺中
的安全问题进行讨论,以求共同进步.
关键词:壳牌;壳牌(shel1)煤气化工艺;安全;异常情况;工段;安全讨论
我国煤炭资源丰富,在世界已探明的储量当中,我国的
煤炭储量占到大约15%,是世界上最大的煤炭生产国和消费
国,也是世界上少数几个以煤为主要一次性能源的国家之一.
煤炭在我国能源消费总量中占到70%,并且这一状况在未来
的3O～5O年内不会有大的改变.然而我国煤炭利用技术普遍
落后,导致环境污染严重.因此,如何提高煤炭的洁净高效
利用是关系到我国国民经济和社会发展的重要问题,采用先
进成熟的煤炭气化技术是解决这一问题的关键.
1壳牌煤气化概况
壳牌(Shel1)煤气化工艺简称SCGP,是由荷兰壳牌
(Shel1)国际石油公司开发的新一代加压气流床粉煤气化技
术,是21世纪煤炭高效洁净利用的主要发展途径之一.壳牌
煤气化工艺具有显着的优点:碳转化率高达99%,耗氧低,
产品甲烷含量极低,不含重烃,单台生产能力大,煤种适应
性广,控制系统安全可靠.SCGP对于国内化工企业,特别是
化肥,甲醇企业优化原料路线,实现制合成气原料的多元化, 降低生产成本,提高原料利用率,建设资源节约型和环境友
好型企业,提供了一种先进适用的现代洁净煤气化技术.
近年来壳牌极力开拓中国市场,自2001年以来国内企业
先后S1进23台壳牌(shel1)煤气化装置.在这些装置的施工,试车过程中出现了一些严重的安全事故.为了以后我国
壳牌煤气化工艺能够安全生产,参照壳牌工艺,结合我厂实际,下面就壳牌工艺中的安全问题加以讨论,以求共同进步. 2壳牌煤气化工艺流程简介
煤及其助溶剂进入磨煤及干燥系统,来自磨煤及干燥系
统的干煤粉进入煤进料单元,经N,加压将煤粉送入到气化炉底部相对布置的气化烧嘴.气化需要的氧气,蒸汽也送入烧嘴.通过控制加煤量,调节氧气量和蒸汽量,使气化炉在
1400~C～1700~范围内运行,气化炉操作压力为2～4MPa.在气化炉内煤中的灰分以炉渣形式排出.出气化炉的粗煤气在气化炉上部被循环激冷气激冷,使熔渣固化从煤气中脱除.
出气化炉的高温粗煤气经过废热锅炉可用来产生中压饱和过热蒸汽.粗煤气经除干固体,湿洗,净化,最后得到合格的
合成气.
I
图1壳牌煤气化工艺流程
湿诜
3壳牌煤气化工艺安全问题讨论
3.1壳牌煤气化工艺生产过程中常见的安全异常情况
3.1.1管线和设备的过压
防止超压的第一原则是合理的设计,防止超压的第二原
则是安装压力报警装置和压力停车开关,防止超压的最后一条原则是安装机械减压系统.太高的温度操作和设备的局部腐蚀也会造成超压,可以通过温度报警装置和最终的停车开
关来防止操作温度过高;操作期间或维修期间,周期性地对
设备进行检查分析和寿命预计,以便获得因局部腐蚀而造成的设备损坏的最小的变化,进而防止超压.
3.1.2粉尘爆炸
可能发生粉尘爆炸的地方是煤和飞灰的储存地.除了合
理的设计如减压设施安装在贮存仓等,还应采取以下措施:
在氮气环境下处理焦油粉和高于60~C的飞灰;分散那些不在筒仓的煤和飞灰以避免形成灰尘;严格管理焦煤和飞灰处理的所在地,推荐安装中央真空清洁系统和合适的接地保护. 3.1.3火灾
在系统中唯一能造成明火的因素是在气化炉开车时使用
的汽油.其他可燃烧或支持燃烧的因素有:合成气,燃料气,
氢气,煤和氧气.
汽油:主要的汽油储罐应在厂界区以外;在工艺设备区
小的汽油储罐可以安装,如开车烧嘴的燃料油,这种储罐的
设计应符合本地和国际标准,且在它的敏感部位应进行防火一
CHEMICALSAFETY&ENVlRONMEN一?5?
体一运煤
堋丁障一千或
保护.汽油可以通过管线或槽车输送到小储罐.
合成气,燃料气,氢气:合成气,燃料气和氢气不是通过
扑灭的方式而是通过放掉气源的方式进行灭火.否则将造成高浓度可燃性气体的聚积,并且气体有毒,会造成更大的危险.
煤:煤的着火可能发生在厂界区以外的无筒仓储存的煤
储存区.它可以通过监测煤的温度并及时地分散和重新堆积来防止.一旦着火,可按照规定的先进灭火技术灭火.闷烧
着的煤不允许运送到磨煤和干燥单元中的煤储仓.
氧气:如果设计不合理或不清洁或系统的机械故障,氧
气可以造成起火,在所在的管线或设备甚至在液态的氧"容器"中发生爆炸,更甚的是它支持任何的燃烧,应采取正确
的维修程序确保防止这种情况的发生.由氧气造成的起火将会在数秒内发生闪燃,并很快对周围造成损坏,应设"防火墙"进行保护.
3.1.4有毒气体的释放
防止有毒气体释放的主要手段是合理的泄漏测试,这些
方法应制定出相关的维修和试车指南.不管怎样,泄漏都不
可能完全避免.为得到早期的气体泄漏报警,在整个有毒气
体有可能泄漏的区域应装有气体监测系统,在建筑内部应设有空气通风进口作为"安全区".检测对象常常是:CO:范围0～250ppmv,报警值是25ppmv;H2S:范围0～50ppmv,报警
值是10ppmv;02:范围14%～25%V,报警值19%～23%V.
监测器的目的只是为了报警,它们将激活中央控制室的报警器和现场报警监测器.只要控制室的新鲜空气入口或别的建筑物中被气体监测器监测到有任何的CO或H,s,进口应马上关掉,并且空气从内部循环,以保护人身安全,并对整个装
置安全停车.
个人在有可能发生有毒气体泄漏的地方进行工作和参观,
应配备个人的气体检测器和气体防护面具,以便能够安全逃离到安全区域.
最坏的情况是容器的损坏,这种结果会造成整个地点和
周围的影响,这种情况在设计之前要进行估计并采取相应措施.
3.1.5不确定气团的爆炸
不确定气团的爆炸会造成很大冲击,强烈推荐安装CO和H,s监测器.安装这些装置时应遵循以下几条总的原则: (1)靠近"放空",在内部有高温高压气体设备的大法兰
处:
(2)靠近那些在异常时比其他设备更具有泄漏危险的设
备;
(3)在较大的空气压缩机进口,建筑通风和空调处;
(4)能够覆盖大面积的地方.
根据以上原则,以下地点建议安装:
(1)靠近每个气化炉的烧嘴;
(2)靠近激冷器压缩机;
(3)靠近高温高压过滤器;
(4)靠近渣或灰浆脱水槽和澄清器;
(5)靠近气化炉或合成气冷却器的大法兰;
(6)在分析室内;
(7)靠近低压冷却水池的放空处;
(8)在空分空气进口;
(9)控制室,各种办公室,如空调系统的进口.
3.2壳牌煤气化工艺不同工段的安全措施讨论
3.2.1磨煤和干燥
在惰性条件下进行磨煤和干燥,氧气的浓度应连续监控,
如果超过允许最大值就会自动执行停车和惰性系统的程序. 应该安装减压阀以防止超压.在停车期间,除非系统已冷却到60~C以下,系统应保持在惰性状态;为监控闷烧,CO要进行监测,在检修期间应采取措施以防止粉尘的吸人.
3.2.2煤的加压和进料
煤的加压和进料是在完全的惰性条件下进行的.低压部
分的保护是通过安装机械的减压系统,高压部分的保护是通过最高氮气给料压力设计解决的.在维修期间应当保证系统冷却在60~C以下,并尽可能防止灰尘的吸入.煤的溢出应当迅速地通过"真空清洁"法进行清除.
3.2.3气化和合成气的冷却
为了保证合成气冷却器堵塞或干灰对飞灰过滤器堵塞的
情况下气化炉能自动停车,合成气系统的压力设定应根据供氧管线上的安全阀压力设定.为防止停车时吹扫氮气造成超过反应器设计压力的情况,应安装减压阀和超压停车系统.
所有气化炉进料系统应装有逆流保护,以防止逆流.气
化炉和合成气冷却器的汽水系统应有比气化炉的设计压力更高的操作压力,并在汽包上装有两个安全阀,在过热器总管
上装有单安全阀.
在正常停车和跳车时,气化部分由操作者进行调节卸压.
在紧急停车期间,气化到湿洗部分要和下游装置隔离,并进
行紧急的跳车卸压.其他的操作单元也应进行卸压以确保不发生异常情况.
在内部检查和设备检修之前,根据需要,要适当的对耐
火材料进行脱除活性或脱除惰性.
3.2.4渣处理系统
渣处理系统的设计压力等于气化压力加上水的静压.低
液位会造成合成气窜入渣处理系统.高液位会造成水进入气化系统,造成设备损坏.应保持合适的液位以防止因此导致
气化炉跳车.
尽管在设计中避免溶解到污水中的合成气在处理渣的过
程中挥发出来,但这还是不能完全避免,因此在闻到少量合
成气挥发出来的地方应安装放空系统.
3.2.5除干固体系统
此系统中,因为主要的合成气减压阀安装在干法除尘系
统的上游,因而可使得下游设备的设计压力会低一些.另外, 大部分的容器需安装释放阀来得到保护,以防止其他物流进入造成超压.在放空时含有合成气组分的气体应放到火炬,
其他的气体直接排放到大气.在处理飞灰时应保持在惰性环境下80~C左右,以避免形成水泥.
维修应当在适当降温和防止粉末吸人的情况下进行.
3.2.6湿洗系统
此系统中应注意取水样时会释放少量的合成气,没有其
他特别预防措施.(下转第8页)
?
6?——CHEMICALSAFETY&ENI/IRONMEN一
在温度较低地区充装,往温度较高地区运输,随着运输途中温度的升高,罐内压力也相应升高,当罐内压力超过设计压力的1.05～1.1倍时,安全阀便开启泄放.
其二,因安全阀弹簧疲劳或腐蚀严重而产生折损,造成
安全阀开启并不回座的泄漏.
押运员在押运中,遇到两个安全阀先后都开启或一个安
全阀开启时,首先要查明原因,然后才能确定处理方法.查
明安全阀泄漏原因的步骤为:
(1)押运员穿戴好防护服装,手套及佩戴好正压式空气
呼吸器;
(2)携带紧固安全阀的防爆扳子;
(3)上车打开人孔盖护罩;
(4)打开压力表阀;
(5)检查压力表显示的压力,根据压力表显示的压力来
确定紧急处理措施.
3.2安全阀泄漏的紧急处理
1.当查明罐车压力表显示时罐体设计压力1.1倍时,一
般都是两个安全阀先后启跳泄放(若有其中一个安全阀不开启,表明该安全阀失灵).在此情况下,若押运员在处理中,
不让安全阀继续泄放,将会扩大事故后果导致罐车爆炸,因此,押运员不能做任何处理,必须马上向车站报告,请求采
取隔离,切断周围一切火源,防止爆炸和火灾发生.待安全
阀泄放降压回座后,请求车站将罐车送回厂家卸料.把安全
阀送校验部门校验或安装备用安全阀,重新办理押运手续.
2.当查明罐车压力表显示压力与充装后封车压力相差不大,在罐体正常工作压力之内时,只有一个安全阀开启不回座,多数是因安全阀弹簧折损造成泄漏事故,其处理方法为: (1)内置式安全阀
押运员立即摘掉氨气防护罩,用防爆活扳手紧固安全阀的
安全顶丝至安全阀无泄漏位置,通知车站可以继续运输.但是该罐车到达目的地卸车后,必须把安全阀送检验部门校检.
(2)外置式安全阀
押运员用防爆活扳手,将安全阀截止阀关闭,经检查安
全阀无泄漏可继续运输.但是罐车到站卸车后将泄漏安全阀卸下,送到检验部门校检,合格后加铅封,出具合格证后,
方可重新装车.装车后,将该安全阀截止阀打开,用浓氨水
检查安全阀与截止阀接口无泄漏时铅封截止阀,该车可继续投入使用.
3.3压力表失灵或表管裂漏的处理
3.3.1运输中罐车压力表失灵的处理
押运员在列车到达编组站登车检查罐车的压力时,应缓
慢打开压力表针阀检查罐体压力.若发现压力表失灵,应马上取出备用的压力表,再关闭压力表阀,更换失灵的压力表. 如果押运员没有备用压力表,不准关闭压力表阀继续运输, 如果有一个压力表好用,另一块压力表不好用可以关闭压力表阀继续运输.如果两块压力表都不好用,必须向车站报告所押运的罐车不能继续运输,待失灵的压力表得到更换后, 方可继续运输.
3.3.2压力表表管裂漏的处理
压力表表管出现裂漏时,押运员应关闭压力表阀及时用
备用的表管去更换裂漏的表管.如果押运员没有备用的压力表管,且不能关闭压力表阀继续运输,必须向车站报告甩车,
待表管更换后,才能挂运运输.如果是两块压力表,其中的
一
个压力表管的裂漏,确认另一个压力表好使,可以把裂漏
压力表管的压力表阀关闭.继续运输,回厂后更换.
3.4角阀泄漏的处理
3.4.1角阀液相阀和气相阀泄漏时的处理
如果角阀中的液相阀和气相阀泄漏,如填料是外装式,
可用防爆活扳手先卸开填料压盖,然后加石棉绳填料再紧固填料压盖便可以解决泄漏;若填料是内压式,只有紧填料压套来解决泄漏,如排除不了故障而继续泄漏,保证不了继续运输安全时,押运员应马上向车站报告,并联系甩车和卸料事宜.
3.4.2角阀阀瓣不严造成泄漏的处理
对角阀阀瓣不严造成的泄漏,押运员应先卸下角阀接管
螺丝,然后将备用的紫铜盲板装在接管螺母内,再把接管螺帽戴在角阀上,紧固螺帽便会解决泄漏.
综上所述,液氯槽车只要采取了相应的有效措施,就能
实现安全使用.四平吴华在液氯槽车的安全管理上,企业领导相当重视,花巨额资金,对液氯槽车充装现场安装视频监控装置,公司设专业部门负责此项工作日常管理,全面提高押运,充装人员的技术业务知识,定期开展员工培训,提高
应对突发事故的能力.应用计算机技术对在用l1台厂内自备液氯槽车登记管理,对外来单位的30余辆槽车,也实行跟踪管理,年充装前气密性试验检查达100余次做存档备查.
在液氯槽车的安全管理措施上,企业制订出详细可行的
安全管理措施,从硬件,软件上正逐步完善,为全面实现液
氯槽车安全使用奠定了坚实的基础.■
(上接第6页)
3.2.7酸性灰浆气提,澄清,过滤
释放气体中含有中度到高浓度的合成气微量成分,如
H,S,NH和HCN,在取样和泄漏时必须小心.
3.2.8公用工程
所有的化学品,如酸,烧碱,锅炉给水的处理剂,应该
参照使用说明,推荐在处理和储存化学品的地方安装眼睛冲
洗设施,最好是有淋浴冲洗装置.
以上是壳牌煤气化生产过程中遇到的一些常见的安全问
题讨论,希望在以后的壳煤气化工艺的试车,生产中有一定
的参考价值.一
参考文献
1.郑先勇,董翔飞,冯松,段中献.第二代典型煤气化技术.广州化工,2009年,37卷(6期)55～58
2.汪家铭.Shell煤气化技术在国内的应用概况及发展前景.煤质技术,2009年6月(增刊)34～37
3.马军,孙志萍.Shell煤气化技术及其在国内的应用.化学工业与工程技术,2008年,29卷(3)54—57
4.韩天峥.壳牌煤气化技术的应用.化工技术经济,2005年,23卷(7)20～22
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8?——CHEMICALSAFETY&ENVIRONMENT~——。