合成氨的重点设备、危险因素及防范措施

合成氨的关键设备、风险因素及预防措施

一、关键部件和设备

(一)关键部件

1.转换系统

转换系统由二段转化炉、二段转化炉、废热锅炉以及燃料燃烧、

烟气废热回收设备组成。高温设备集中，一段炉炉膛高达1300℃，二

段炉出口950℃，废热锅炉产生IOMPa(表)高压蒸汽。设备内为易燃、

易爆气体，压力达4MPa(表)。

转换系统是装置中的高温区，其特点是高温、高压、易燃、易爆、有毒。若发生超温，易造成设备损坏，工艺气体泄漏，而引发重大火灾，爆炸事故。

2．合成系统

合成系统由合成塔、水加热器、热交换器、冷交换器、水冷器、

氨冷器、氨分离器等高压设备组成。该区域是装置中高压设备的集中

区域。设备压力等级一般为20～25MPa(表)。设备内工艺介质为H2、

N2、NH3等。

由于压力高，设备发生泄漏，易造成火灾、中毒、爆炸事故。如

果设备有缺陷或发生氢脆、产生裂纹，在发生物理爆炸的同时，还可

发生化学爆炸，往往造成灾难性的后果。

(二)关键设备

1.一段转化炉

一段转化炉负责原料烃和蒸汽的反应，以生产原料气。其操作、

运行是否正常影响到整个装置的安全运行，是装置中结构复杂，操作

条件苛刻的关键设备。一段转化炉曲辐射段、对流段及燃料系统组成。辐射段一般有几百根转化炉管，炉管内装填催化剂，烃类与水蒸气在

炉管内反应。炉管外用燃料气(油)燃烧形成的火焰直接加热，炉管外

壁温度高达900-950℃，炉管内压力为4MPa(表)，运行条件比较苛刻。对流段为有效回收热能，采佣多种工艺物料与烟气换热，换热方式较

复杂。一段转化炉在生产中，如发生催化剂中毒、结碳，水碳比失调，燃料系统故障、炉管超温等都可造成事故。如发生设备损坏、泄漏还

可引发重大火灾、爆炸事故。

2．压缩涡轮机组

合成氨装置有合成气压缩机、氨气压缩机、工艺空气压缩机、原

料气压缩机四台机组均采用离心式多级压缩机组，用蒸汽透平驱动。

原料气压缩机压缩气体为天然气或干气，出口压力4MPa(表)；氨气压

缩机压缩气氨，出口压力1．6—1．8MPa(表)；工艺空气压缩机压缩空气，出口压力4MPa(表)；最重要的是合成气压缩机，压缩气体为H2、

N2气体，出口压力—般为20—25MPa(表)，采用10MPa(表)高压蒸汽透平驱动，转速可达11000r／min，被称为合成氨装置的“心脏”。

大机组一般在高温、高压、高转速下运行，密封、润滑条件要求高，调节控制系统复杂。运行中如发生喘振、气体带液、轴瓦磨损、

密封损坏、轴位移过大可能导致机组故障。由于结构复杂，维护保养、检修安装要求高。如维护不当，检修安装未达到精度标准，也容易发

生设备故障。而四大机组均为单系列运行，无备用机组，任何一台机

组的停机，都可造成全装置停车。而且泄漏出来的NH3、H2、N2，原料气还可造成重大的火灾、爆炸、中毒事故。

3．合成塔

合成塔是装置的主要设备，氢气与氮气在合成塔内反应生成氨。

合成塔是高温、高压设备，工作压力20～25MPa(表)，反应温度500℃

左右。它由承受高压的外壳和承受高温的内部组成。内件由热交换器

及触煤筐组成，触煤筐内充填合成触煤，内件结构比较复杂。

合成塔运行中，如发生触煤中毒、触煤超温、入塔H2／N2比失调等，这可能导致设备正常运行或停止。塔内件如压差过大，可引起内

件变形，而造成重大设备事故。

氮气、氢气在高温、金属材料的渗氮发生在高压下、氢脆脱碳腐蚀。外壳发生超温，是十分危险的，可使设备材料遭受破坏，造成灾

难性的后果。

二、风险因素分析及预防措施

合成氨装置采用的原料、燃料、工艺产品和产品大多为A类、乙

类火灾危险性物质，其中还有有毒物质，操作又在高温、高压下进行。其生产特点为：高温、高压、易燃、易爆易中毒。由于主要设备为单

系列，因而设备一旦发生故障，往往会造成全装置停车。故障处理不当，甚至造成重大事故发生。

(一)工厂事故统计分析

我国70年代引进的大型合成氨装置，在生产初期曾频繁发生事故。自1977年至1979年三年间，11套装置造成人员伤亡43次，重大停车事故307次。停车事故中以设备事故最多，停车次数为199次，占事

故总数的64．82％。详见表7—5。

共发生重大设备停机事故199次，按设备类别分，见表7—6。

其中，主要设备发生重大停车事故54次，合成气压缩机的停机事

故最多，为30次。详见表7—7。