合成氨装置危险有害因素分析

合成氨装置危险有害因素分析
一、火灾、爆炸
（一）造气工段
该工段的工艺特点是：空气与水蒸汽交替进入煤气发生炉进行制气反应，工艺复杂而且工艺流程和参数的变动非常频繁，产生的半水煤气中的一氧化碳和氢气等具有很强的火灾爆炸危险性，设备庞大而密封性差，有大量液压阀频繁动作，易出现磨损和腐蚀，产生的半水煤气易燃易爆，设备中伴随有高温和明火，这就决定了该工段最容易出现的事故是火灾爆炸，最危险的部位是炉顶、炉底和煤气总管。

1、煤气发生炉的生产过程由PLC控制，如程序出现失误引起液压阀门动作失误导致流程错误，空气窜入煤气系统或者煤气窜入空气系统，在炉内高温、明火作用下很容易发生炉顶或炉底爆炸事故；造气流程的切换是由液压系统控制液压阀来实现的，由于流程的切换非常频繁，如果液压阀的液压缸内的液压密封件出现老化、磨损，液压泵跳闸、掉压，电磁换向阀因油路杂质出现卡塞，软接头管因老化或受高温发生爆裂喷油掉压导致系统阀门启闭错乱、液压阀阀板与液压杆的连接出现脱落等原因，阀门不能正常动作、流程不能正常切换，容易造成煤气发生炉空气、煤气等物料流程错误从而引发炉顶、炉底或空气总管、煤气总管等管路的爆炸。

2、造气系统发生透氧事故导致半水煤气中氧含量升高是威胁整个合成氨系统安全的重大危险因素。

一旦氧含量超过极限，混有氧气的半水煤气进入到脱硫、压缩、变换等工段，遇到静电除焦器中的静电电晕、压缩机的静电火花或变换的高温催化剂，必然导致整个系统发生爆炸事故。

发生透氧事故的原因主要有：
（1）半水煤气发生炉在气化工艺过程中，因操作失误、自动控制程序错乱、液压系统错乱引起阀门开关错误等原因，空气窜入煤气系统造成透氧事故；
（2）在煤气发生炉开车阶段，炉温低、半水煤气发气量低，如急速开车加量，带入的空气量比例相对较大，容易造成半水煤气透氧事故；
（3）吹风阀门或下行煤气阀关闭不严或磨损，内漏进入空气，造成半水煤气透氧；
（4）发生炉内煤层薄、煤层结疤、煤层不平等，容易造成煤层空洞、偏烧、吹风气走短路燃烧不完全，造成半水煤气发生透氧；
3、由于煤气发生炉体积庞大、密封面多且炉盖、灰斗口部位采用自身配合密封而没有垫片，材料大多采用碳钢，使用一段时间后因受热、频繁开关容易变形而密封不良，甚至因炉体、灰斗等部位出现开裂、炉门被煤块、煤渣卡住而关闭不严，煤气炉周围存在煤气泄漏现象，如果煤气积聚到一定浓度，遇到明火、静电火花，或被自身高温点燃，容易发生炉盖、灰斗等部位火灾甚至空间发生爆炸。

4、若造气工段发生突然停电事故时，系统来不及置换，虽然PLC 有应急保护功能可使各阀门达到安全位置，但系统中积聚的大量高温煤气会逐渐向外界空间或空气总管中泄漏，或系统温度降低后形成负压而将空气吸入设备内，积聚到一定浓度和温度，容易发生炉顶、炉底或空气总管爆炸。

5、水夹套锅炉是煤气发生炉的重要部件，预防水夹套锅炉爆炸是该工段安全管理的重点之一，发生水夹套锅炉爆炸的主要原因有：（1）违反规定在水夹套锅炉的出口管上安装阀门，如果出现阀芯脱落、开度太小甚至检修后关死，会造成水夹套锅炉憋压超过设计极限导致爆炸；
（2）误操作导致缺水、干烧，烧坏锅炉。

同时在严重缺水时违章补加冷水，使水急剧汽化和炉壁骤冷而引起爆炸；
（3）锅炉质量不良、材质不符合要求，安全阀缺损或不良、机械磨损或腐蚀严重等。

6、气柜放空管没有阻火设施，气柜超过高限自动放空排气时高速流动的气流冲刷可能产生大量静电，有引发气柜火灾爆炸的危险。

7、煤气发生炉操作不稳、压头产生大幅度波动，半水煤气容易冲破水封而出现大量泄漏，是造成事故的原因之一；造气过程中由于煤粒、煤渣大量被空气或半水煤气裹挟、夹带，对设备、管道产生强烈的吹扫、
打磨作用，尤其对管道弯头、废热锅炉的炉管有很强的磨损作用，是导致设备管道泄漏、出现事故的重要原因。

8、半水煤气的气柜体积庞大，由很多块钢板焊接而成，焊缝多、原料气中硫化氢腐蚀性强，在使用一段时间后会产生泄漏点，不同程度的存在煤气泄漏现象。

如果气柜防静电、避雷设施缺损，接地电阻超标，在遭到雷击或出现静电放电的情况下，有引发火灾、爆炸的危险。

（二）脱硫工段（包括变换气脱硫和精脱硫）
该工段中半水煤气中的氢气、一氧化碳、硫化氢等都是易燃易爆气体，生产过程中，罗茨鼓风机将气柜里的半水煤气大量抽出并向脱硫工段输送，因此前后工艺的衔接非常重要。

如果前后工段联系不周、突然大幅度加量减量、罗茨鼓风机开停车操作失误、气柜钟罩落到底而被抽成负压等，将导致空气进入系统中，与半水煤气混合形成爆炸性气体，被静电除焦器的电晕或压缩机活门等部位的打火或静电火花点燃而发生爆炸。

脱硫工段的操作稳定性容易受到前后工段的波动影响，当压力出现较大的波动，各脱硫塔、水洗塔等液位不稳时，容易冲破水封而导致大量半水煤气泄漏，引发火灾爆炸事故。

生产系统中的设备、管道内表面由于硫化氢的腐蚀作用会生成一层疏松的硫化物（FeS），在检修时遇到空气中的氧，极易引起氧化反应、放出大量热量，很快温度升高而引起自燃现象。

再生系统生成的硫磺泡沫用蒸汽熔融后生成硫磺熔融液，浇在模具中形成硫磺锭。

操作时硫磺处于高温熔融状态，遇到氧化性物质或遇到火源，很容易产生火灾。

（三）压缩工段
该工段是合成氨系统的中枢，与脱硫、变换、合成等工段的工艺有直接联系，并直接影响到整个生产系统的正常运行。

其危险性具体表现在：
1、火灾爆炸危险性强
压缩机各段的压力跨度大。

半水煤气本身具有较强的火灾爆炸危险
性，经过压缩后压力和温度都有很大提高，其爆炸极限范围更加扩大。

压缩机及其压力管道的各个接管法兰密封处是产生火灾爆炸的危险点，垫片可能因震动、老化而出现裂纹，产生高压气体泄漏，并且垫片的裂纹会很快受到高压气体冲刷而迅速扩大、撕裂，或者高压螺栓断裂、高压管道、管件因质量、材质问题出现断裂等导致泄漏。

高压气体一旦泄漏，即使是少量的也容易在空间形成爆炸性混合气体，加上自身较高的温度，或因高速泄漏产生的静电火花、现场周围电器不防爆产生打火，就会发生火灾爆炸事故，而且火焰不易扑灭、还容易产生工艺和设备之间的联锁反应。

2、压缩工段事故突发性强，后果严重
压缩机运行速度快、负荷大，内部可能因润滑不良、装配不良、带水带液等原因而发生机械事故和操作事故，而且发生事故往往就在几秒钟时间内，速度非常快，一旦出现事故，来不及处理就已酿成严重后果。

3、与外工段联系多，互相影响大
压缩与脱硫、变换、合成等工段的工艺有直接联系并相互影响。

其中最为严重的是脱硫罗茨鼓风机突然跳闸后，压缩机来不及停车而继续抽气打气，会造成管道和设备抽成负压，将空气吸入系统形成爆炸性混合气体而导致爆炸。

4、管道稠密、集中，不易检查
该工程装置压缩机管道集中、稠密，在空间呈立体布置，压缩机震动较大，管道腐蚀情况比较重，不便于检查维修。

尤其是高压管道，很多泄漏及火灾爆炸事故是在已经发生后才发现处理的。

（四）变换工段
该工段主要存在的危险是因设备受到腐蚀等原因而导致爆炸。

主要工艺是将半水煤气中的一氧化碳转变为二氧化碳，同时大幅度增加氢气含量。

特点是压力高、温度高，含有大量蒸汽。

氢气含量增加后危险性也相应增加。

加压的情况下高温气体一旦泄漏很容易导致火灾事故。

同时该工段的设备腐蚀情况较重，停车检修次数多，违章动火易导致爆炸事故。

由于变换工段的气体中二氧化碳含量高，而且气体中含有大量水蒸汽并达到饱和状态，形成碳酸腐蚀性溶液，还有残留的硫化氢气体更加重设备的腐蚀。

所以该工段常发生的事故是管道、设备（主要是饱和热水塔内壁、换热器的列管和花板等部位）受到严重腐蚀而出现泄漏，导致火灾等事故。

虽然饱和热水塔等设备内壁一般采用喷铝等防腐手段，但长期使用后如不注意定期检测，容易导致设备急剧腐蚀受损。

催化剂的升温、还原在开工操作中十分关键。

其操作的好坏，将影响催化剂的活性和使用寿命。

由于催化剂还原过程一般会放出大量的热量，造成温度上升，控制不好，易发生超温。

超温不但降低催化剂的活性，减少催化剂的使用寿命，严重时可烧毁催化剂并损坏设备。

在生产过程中及停车置换等操作中应严格控制催化剂层的温度，检修时还应采用蒸汽保正压防止空气进入变换炉而导致催化剂温度聚升。

如果发生严重超温，变换炉外壳钢材材质会发生过烧、受损事故，机械承压强度迅速降低，在操作压力的作用下可能出现鼓包等现象，严重者会在操作压力作用下发生物理性爆炸，进而引发化学性爆炸。

（五）脱碳工段
该工段是将变换后的气体中所含有的二氧化碳利用碳酸丙烯酯吸收脱去，使原料得到净化，同时碳酸丙烯酯循环使用。

由于碳酸丙烯酯具有可燃性，如果管道、泵、储槽发生泄漏，遇明火或高热，可引发火灾，检修动火时管道、设备清洗不彻底也可引发火灾。

脱碳塔内空气未置换合格、变换气投入过快导致压力猛增，会造成爆炸。

空气试压、试漏，没有采取可靠的隔断措施致使空气渗入生产系统，也可能形成爆炸性混合气体，存在火灾爆炸的危险。

（六）氨合成工段
氨合成工段是将精制后的原料气在高温高压及催化剂作用下合成并分离出产品氨。

高温高压是该工段的特点，火灾爆炸尤其是压力容器的爆炸是该工段重点危险因素。

1、高温高压是合成的基本条件，但也是造成高压容器爆炸的重要原因。

在高温高压条件下原料气中的氢氮气对钢材的腐蚀作用加剧，主
要是氢气对碳钢有较强的渗透力，形成氢腐蚀，产生氢脆现象，氢脆区最易产生裂纹，从而使设备强度降低而遭到破坏。

氮气也会对设备造成渗氮作用而减弱其机械性能。

其次，高压设备的材料自身在高温高压作用下也会发生持续的塑性变形积累，改变其金相组织从而引起材质强度、延伸率等机械性能降低，使材料产生拉伸、鼓泡、变形和裂纹而破坏。

这是导致压力容器破坏、爆炸的重要原因。

2、高低压并存是该工段的另一特点。

合成操作部分属于高压，而分离、冷冻系统则压力较低。

在氨分离器和冷交换器内，高压气体通过液氨及输送液氨的管道和中压储罐部分相通，并通过放氨液位加以控制。

如果放氨操作失误，或其它设备原因，氨分离器液位过低，就易造成高压气窜入储存系统，从而导致储罐爆炸，其结果是大量液氨泄漏、人员中毒，这是化肥厂危害最大的事故。

此外还有：
合成塔出的气体进入废热锅炉与软水换热副产蒸汽，管壁内外分别是高压和低压。

如果废热锅炉炉管发生泄漏（在设备内无法察觉），高压的氢氮气漏入低压的水相汽包内，并且该水不是去氧水，挥发的氧气与泄漏的氢氮气会在锅炉内逐渐聚集形成爆炸性混合气体，在高温下导致废热锅炉爆炸。

氨冷器和氨分器爆炸是化肥厂常见的事故，发生事故的主要原因是设备、部件的制造质量不良、材质不合要求，此外操作失误使放氨阀关闭不严液位过低或没有液位，导致高压气冲入低压的输氨管路也是重要的事故原因。

3、循环机爆炸也是危害性很大的事故之一。

原因有：循环机主要部件损坏导致高压气体冲出；循环机出口活门装反造成憋压；试车或开车时失误混入可燃气体等。

另外一个发生率较高的事故是合成塔拆小盖爆炸。

生产中常因检查电加热器和内套而需拆卸小盖。

如果不经完全泄压、置换并采用气体保正压，撬开小盖时会有塔内催化剂粉末飘出遇到空气自燃产生火星而引爆塔内残留气体导致爆炸事故。

（七）吹风气回收工段
该工段是将煤气发生炉产生的吹风气、合成弛放气等回收并与空气燃烧以产生热量并回收。

该装置采用高温操作并有明火，有多路可燃性回收气体汇集到设备中。

如果各路来气的管道上水封失效、缺少阻火器等，当燃烧炉内出现故障时会发生回火事故，从而威胁到相连装置的安全。

吹风气回收工段另一个易发事故是炉膛爆炸。

由于炉膛内可能聚集各种回收的可燃气体，开车点火前必须进行通风置换并分析合格，才能打开气源点火，而且先伸入点火棒再开气源。

如果一次点不着或点火后又熄火则必须重新置换并分析合格后才能点火，如果违反规定违章点火、二次点火极易导致炉膛爆炸。

吹风气回收的设备内有大量耐火砖起到保温隔热和蓄热作用，如果保温耐火砖损坏、垮塌，高温烟气会烧坏炉体造成裂口、密闭不良、火焰外喷。

二、中毒、窒息
装置中毒性危害较大的物料有一氧化碳、硫化氢、氨、甲烷、氢气等。

各危害物料的特性分析如下：
1、一氧化碳
一氧化碳为无色无臭的气体，在血中与血红蛋白结合而造成组织缺氧。

急性中毒：轻度中毒者出现头痛、头晕、耳鸣、心悸、恶心、呕吐、无力；中度中毒者除上述症状外，还有面色潮红、口唇樱红、脉快、烦躁、步态不稳、意识模糊，可有昏迷；重度患者昏迷不醒、瞳孔缩小、肌张力增加、频繁抽搐、大小便失禁等；深度中毒可致死。

慢性影响：长期反复吸入一定量的一氧化碳可致神经和心血管系统损害。

急救措施包括：
吸入：迅速脱离现场至空气新鲜处。

保暖并休息。

保持呼吸道通畅。

呼吸困难时给输氧。

呼吸停止时，立即进行人工呼吸。

就医。

2、硫化氢
硫化氢为无色具有臭鸡蛋气味的气体，相对密度为1.198。

属II级
（高度危害）毒物，是强烈的神经毒物，对粘膜有明显的刺激作用。

吸入硫化氢后鼻咽部有灼热感，干咳、胸闷、头晕、头痛、乏力、恶心、呕吐、意识模糊或出现昏迷。

暴露于1000mg/m3以上时，可发生“电击样”中毒，瞬间内呼吸停止但心脏仍可搏动数分钟。

眼睛接触出现畏光、流泪、眼刺疼（浓度为16~32mg/m3以上时）。

暴露于200~300mg/m3时，还可引起眼睑痉挛、视力模糊等症状。

长期接触低浓度硫化氢，可致嗅觉减退。

暴露于100mg/m3以上浓度时可能引起肺部损害。

人的嗅觉阈为0.012~0.03mg/m3，起初臭味的增强与浓度的升高成正比，但当浓度超过10mg/m3以后，浓度继续升高臭味反而减弱。

在高浓度时，很快引起嗅觉疲劳而不能察觉硫化氢的存在，故不能依靠其臭味强弱来判断浓度的大小。

急救措施包括：
（1）眼睛接触：使眼睑张开，用生理盐水或1~3%的碳酸氢钠溶液冲洗患眼，就医。

（2）吸入：救护者应佩戴好空气呼吸器，将患者安全地移至新鲜空气处。

如患者呼吸停止，应立即进行人工呼吸，不宜进行口对口呼吸，以压胸法为宜，应坚持2小时以上。

3、甲醇
甲醇属中度危害毒物，外观为无色澄清易流动高极性的液体，有刺激性气味。

甲醇在水及液体中溶解度极高，可经呼吸道、胃肠道和皮肤吸收，吸收后可迅速分布于机体组织，主要作用于神经系统，对视神经和视网膜有特殊选择作用。

甲醇对呼吸道及胃肠道粘膜有刺激作用，对血管神经有毒作用，引起血管痉挛，形成淤血或出血；对视神经和视网膜有特殊的选择作用，使视网膜因缺乏营养而坏死。

急性中毒：表现以神经系统症状、酸中毒和视神经炎为主，可伴有粘膜刺激症状。

病人有头痛、头晕、乏力、恶心、狂躁不安、共济失调、眼痛、复视或视物模糊，对光反应迟钝，可因视神经炎的发展而失明等。

慢性中毒：主要为神经系统症状，有头晕、无力、眩晕、震颤性麻痹及视神经损害。

急救措施包括：
（1）皮肤接触：脱去污染的衣着，用肥皂水及清水彻底冲洗。

就医。

（2）眼睛接触：立即翻开上下眼睑，用流动清水或生理盐水冲洗至少15min。

就医。

（3）吸入：迅速脱离现场至空气新鲜处。

保持呼吸道通畅。

保暖并休息。

呼吸困难时给输氧。

呼吸停止时，立即进行人工呼吸。

就医。

（4）食入：误服者立即漱口，饮足量温水，尽快洗胃。

就医。

4、氨
氨属IV级（轻度危害）毒物，溶于水、乙醇、乙醚和有机溶剂。

低浓度氨对粘膜有刺激作用，高浓度可造成组织溶解性坏死，引起化学性肺炎及灼伤。

急性中毒：轻度者可表现为皮肤、粘膜的刺激反应，出现鼻炎、咽炎、气管及支气管炎；可有角膜及皮肤灼伤。

重度者出现喉头水肿、声门狭窄、呼吸道粘膜细胞脱落、气道阻塞而窒息，可有中毒性肺水肿和肝损伤。

氨可引起反射性呼吸停止。

500ppm浓度下，5min 可死亡。

若氨溅入眼内，可致晶体浑浊、角膜穿孔，甚至失明。

除毒性外，液氨在泄漏时极剧汽化，人员接触有冻伤的可能。

急救措施包括：
（1）皮肤接触：立即脱去被污染的衣物用流动清水冲洗，就医。

（2）眼睛接触：眼灼伤用清水冲洗，然后滴入橄榄油。

（3）吸入：迅速将患者移至新鲜空气处，维护呼吸、循环功能。

5、甲烷
甲烷为无色无臭气体。

空气中甲烷浓度过高，能使人窒息。

当空气中甲烷达25~30%时，可引起头痛、头晕、乏力、注意力不集中、呼吸和心跳加速、精细动作障碍等，甚至因缺氧而窒息、昏迷。

其侵入途径为吸入。

急救措施包括：
吸入：迅速脱离现场至空气新鲜处。

呼吸困难时给输氧。

对症治疗，注意防治脑水肿。

6、五氧化二钒
外观为橙黄色或红棕色结晶粉末，溶于水，不溶于乙醇，溶于浓酸、碱。

对呼吸系统和皮肤有损害作用。

急性中毒：可引起鼻、咽、肺部刺激症状，多数工人有咽痒、干咳、胸闷、全身不适、倦怠等表现，部分患者可引起肾炎、肺炎。

慢性中毒：长期接触可引起慢性支气管炎、肾损害、视力障碍等。

急救措施：
皮肤接触：脱去污染的衣着，立即用流动清水彻底冲洗。

眼睛接触：立即提起眼睑，用流动清水冲洗。

吸入：迅速脱离现场至空气新鲜处。

注意保暖，必要时进行人工呼吸。

就医。

食入：误服者给饮大量温水，催吐，就医。

三、灼烫
1、化学灼伤
（1）液氨、氨水、脱硫液等对设备管道的钢材具有一定的腐蚀作用，在输送、使用过程中，若管道、法兰、阀门、输送泵的密封填料因腐蚀、老化严重或操作不当造成物料泄漏、飞溅，有引起化学灼伤的危险。

在氨发生泄漏、喷溅事故时，以及人员在抢险过程中可能会被氨灼伤。

（2）水处理岗位使用的酸、碱等物质在储存、使用中如操作不当，与人体接触、飞溅，易造成化学灼伤。

2、高温及烫伤
化肥生产过程中大部分工段采用高温工艺，并大量使用高温过热蒸汽直接参加反应，如煤气发生炉的煤层和蒸汽、变换工段的高温催化剂和蒸汽、合成工段的催化剂等，温度在300℃~1200℃，操作温度较高，高温设备和高温管道多、密封点多。

高温设备、管道及管件等设施没有保温或保温缺损，暴露部分可能造成作业人员烫伤。

蒸汽、高温介质的管道材质不符合要求，蒸汽阀门的阀体、大盖等部位质量出现问题，密封垫片破损等均可能造成高温物料、蒸汽泄漏、喷溅，导致现场人员高温烫伤。

检修作业时设备内部常需要不断充入蒸汽以保持正压保护催化
剂。

人员在检修作业时可能因防护不当而被烫伤。

另外锅炉、吹风气回收的燃烧炉在点火时，如果违反操作规程二次点火、操作不注意正面对着炉门或点火孔，容易发生喷火、回火而发生人员烧伤。

如果吹风气回收的燃烧炉因阀门、烟道开度发生异常，炉膛内压力增高，大量火焰喷出，可能发生人员烧伤。

煤气发生炉炉底、炉口等部位发生爆炸、喷火等现象时，易造成附近的作业人员高温烫伤。

脱硫等工段的部分设备在运行一段时间后可能因物料出现结晶而发生堵塞现象，或者在开车时因设备被粘住，需要使用蒸汽进行吹扫、疏通，一般临时采用橡皮管，如果蒸汽开度过大、接口捆扎不牢、操作人员还未离开就开蒸汽，可能导致接管破裂、脱落而发生蒸汽烫伤。

脱硫工段产生大量的硫泡沫，经回收后利用高温蒸汽将其熔化生成高温液态硫磺，并泄放到模具中冷却后得到硫磺锭。

操作中如果不注意、配合不好容易发生烫伤。

四、其它危险、有害因素
1、设备腐蚀、冲蚀
由于该装置中存在硫化氢、二氧化碳、氨等酸、碱性气体，同时又是临氢设备。

流程中又有水等因素的存在，故可存在氢硫酸、氢、碳酸、氨水、液氨等酸碱液，对设备有一定的腐蚀性（包括物理腐蚀、化学腐蚀、应力腐蚀等）。

设备特别是压力设备受到腐蚀后容易发生破裂出现泄漏等事故，泄漏的物料大多为易燃易爆的危险物质，一定的条件下也容易发生火灾及爆炸危险。

主要腐蚀形式有：
（1）高温H2-H2S腐蚀
在氢的促进下，硫化氢可加速对钢铁的腐蚀。

其腐蚀生成物不像在无氢环境中那样致密、附着牢固。

在富氢气氛中，氢原子能够不断地侵入硫化物垢层中，造成垢的疏松多孔，使金属原子和硫化氢分子能够互相扩散渗透，硫化氢的腐蚀就会不断地进行。

（2）高温H2腐蚀
合成氨反应过程是在高温高压同时有氢气存在的条件下进行的，主要发生脱碳、氢腐蚀、氢脆和氢鼓泡。

钢材在高温临氢的条件下，主要。