磁浮子液位計在酸性水汽提裝置液氨泄漏預防中的實踐

 

            作為重要的基礎化工原料和制冷劑，液氨(氨水)被廣泛應用于化肥、塑料、制藥、合成材料、冷庫及石油化工等行業中。某石化公司有 3套酸性水汽提裝置，采用單塔加壓側線抽出汽提工藝，分別將酸性水中的 H 2 S、NH 3 汽提出來，其中側線抽出的粗氨，送入氨精制單元，進行精制，生產出液氨。在長期的生產實踐中，裝置發生過各種險情和安全事件，針對這些問題，車間采取了一系列措施，確保液氨的正常生產，裝置生產環境大為改善。

 

1 液氨泄漏的危害

            液氨因泄漏而導致的人員中毒及環境污染事件時有發生，根據我國重(特)大典型化工泄漏統計數據，氨氣泄漏事故在發生頻率和危害程度上，僅次于氯氣泄漏，位列第二。

 

1. 1 液氨泄漏危險性分析

            氨氣是一種無色透明而具有刺激性氣味的氣體，極易溶于水成為氨水(又稱氫氧化銨)，呈弱堿性，1%水溶液 pH 值 11. 7。氨易液化，經壓縮后成為液氨。根據衛法監發(2003)142 號 《高毒物品目錄》，氨氣屬于 2. 3 類高毒氣體，8 類腐蝕品，火災爆炸危險性類別為乙 A 類。氨與空氣混合到一定比例時，遇明火能引起爆炸，其爆炸極限(體積分數)為 15. 5% ～25%。低濃度氨對粘膜有刺激作用。高濃度氨可引起組織溶解性壞死、皮膚及上呼吸道粘膜化學性炎癥及燒傷、肺充血、肺水腫及出血等。常易發生輕度、重度中毒。外露皮膚可出現 II 度化學灼傷。氨對人體的危害見表 1。

            蒸發 1 kg 液氨可得到 1 316 L 氣氨，氣氨會對水源、土壤和大氣造成嚴重危害。低濃度的氨氣可被植物葉子吸收和同化，所以利用植物防止大氣氨污染是可能和有效的。但當工業生產或運輸過程中發生事故，造成大量高濃度的氨氣漏逸時，卻會傷害植物。

 

1. 2 液氨生產過程中容易泄漏的部位

            根據裝置長期運轉紀錄，泄漏部位的統計情況列于表 2。液氨泄漏部件占比見圖 1。

            從圖 1 和表 2 可以直觀看出: 裝置容易泄漏的部位有三個，分別為閥門、氨壓機和鶴管。所以，應重點對這幾個部位采取防泄漏措施。

 

1. 3 液氨泄漏擴散過程

            液氨泄漏發生時，周圍溫度急劇下降，泄漏出的氨蒸氣及其形成的混合物在一段時間內，在空氣中按其特有的理化性質而擴散，即使氨蒸氣及其液滴混合物的密度大于空氣，它也不會迅速下落到地面，這就是重氣擴散特點。

 

 一般液氨泄漏包括三個階段:

            1)泄漏初始階段: 該階段為液氨泄漏至氣云形成之間的階段，主要是液氨的氣液二相流階段的泄漏過程。具有重氣擴散的特點。

            2)氣云形成階段: 經過一段時間后，氣液二相流形成的液氨混合物，在空氣中稀釋后，此時表現為非重氣云擴散。

            3)氨氣云的擴散階段: 在氨氣云形成后，湍流作用將會對氣云擴散起主要作用。該階段是分析液氨危害性的重要階段。

 

            根據液氨泄漏擴散的特點，當處理平臺上的液氨泄漏時，可能在地面感覺不到泄漏，但在下風向一定的距離，感覺就會非常明顯。

 

2 液氨泄漏的防控措施

2. 1 液氨系統的管件、閥門要符合液氨的使用特性

            根據氨閥的選用要求，密封面可采用巴氏合金、聚四氟乙烯等材料。氨用截止閥為防止管道壓力過高影響上密封損壞填料，氨氣截止閥內部閥桿加工 1 道∧型閥圈，閥體下部壓制∧型PTFE 密封圈，閥桿上制作2 道∧型結構緊扣，可成功有效防止閥桿永久不外漏。改進氨用截止閥閥座: 氮化處理軟化閥桿，以有效防止閥桿和閥座因硬對硬卡死，而出現打不開關不緊現象。再適當加寬閥瓣、閥座，在中部車 1 道 C 型凹槽，機壓四氟 O 型圈，形成了 O 型圈密封和閥瓣外圍硬密封2 道密封，以增加氨罐截止閥的使用壽命。對比原產品，使用期大大延長了。

 

            氨閥通常與凸面法蘭連接，按相應壓力，通常高一個等級。在對密封要求嚴格的部位，一般選用截止閥，特別在高低壓有可能互竄的部位，一定要選用截止閥。對于泄漏閥門，平時做好登記，大檢修時集中進行更換。在更換前，必須對閥門逐臺進行水壓試驗，確保水壓試驗合格; 對于容器底部的排凝閥，一般在檢修結束之后，在閥后加盲板，將排凝線盲死。車間新建酸性水汽提裝置液氨儲罐設計參數見表 3。

            從表 3 可以看出: 液氨儲罐設計壓力為 2. 1MPa，但像液面計、安全閥下截止閥等，均選用4. 0 MPa。如液面計型號為 UHC-MTDJ PN4. 0。液面計上下游閥門也采用 PN4. 0 級別。對于液面計，采用磁浮子式液面計代替玻璃板液面計，極大地減少泄漏的機會。磁浮子液位計是根據浮力原理和磁性耦合作用原理工作的。由于其跟液位同步上升的磁浮子通過指示器上的磁翻柱耦合翻轉來顯示液位，顯示器不直接與容器連通，所以可以制成防泄漏、耐高壓、耐腐蝕的液位計，特別適合測量強揮發性的介質。

 

            在液氨裝車過程中，若發現裝卸臂接口閥門、轉動臂密封圈出現泄漏，應立即檢查泄漏點; 若是因操作人員沒有連接好裝車臂和槽車接口，應停止裝液氨，重新連接。若泄漏較大，應關閉裝氨閥門、氣氨返回線閥門和運氨槽車閥門，打開消防噴淋線，用水對泄漏的液氨進行吸收，待氨排盡后，再檢修更換。對于液氨裝車鶴管，要加強檢查，一旦發現泄漏，立即組織更換萬向節的 O 型圈密封墊。

 

2. 2 裝設氨報警儀

            裝置液氨裝車點距離主操室較遠，不能做到隨時處于操作人員的監控之下，一旦泄漏，不能及時被發現。一些老裝置，未設計固定式氨報警儀或者有設計了報警儀，但安裝距離不符合規范，安裝高度也不相同。根據相關規范的要求: 處于封閉或局部通風不良的半敞開廠房內，有毒氣體檢(探)測器距釋放源不宜大于1 m;在露天下風向布置，有毒氣體檢(探)測器距釋放源不宜大于2 m; 汽車裝卸站的裝車鶴管與檢(探)測器的水平距離，不應大于 15 m。根據這一要求，對老氨精制系統、液氨裝車點均安裝了符合規范的氨聲光報警儀，且將信號傳入主操室。對于安裝高度，規范要求: 檢測比重小于空氣的有毒氣體檢(探)測器，其安裝高度應高出釋放源0. 5 ～2 m。考慮到檢維修、標定的需要，本次安裝高度統一為 1. 2 m。針對以前裝置報警儀探頭出現下雨進水的情況，這次在報警儀上方增設防雨板。

 

2. 3 改進工藝

            1)將液氨裝車氣氨返回線由進酸性水中間罐改為進氨氣分液罐 V4412。以前，氣氨返回線至酸性水中間罐，由于液氨裝車時有大量氣氨返回原料水中間罐，氣氨不能及時吸收、溶解，造成原料水中間罐(V4410 或 V5407)壓力上升，水封被破壞，罐內氣體外逸，形成安全環保隱患。為減少原料水罐氣氨返回量，在大檢修期間，增加了氣氨至 V4412 入口管線流程(氨壓機入口)。具體流程見圖 2。

            新接流程應用效果良好。后在新建酸性水汽提裝置時，也把這一做法復制到新裝置上。

 

            2)將液氨裝車由泵裝改為壓送，把液氨裝車泵砍掉，采用壓送裝車，減少液氨泄漏點。一般壓送采用液下方式，裝置利用液氨儲罐底部管線，將液氨壓送到罐車。從表 3 可以看出: 液氨儲罐的操作壓力可達 1. 93 MPa，從原理上來說是可行的。采用泵裝液氨時，由于機泵機封頻繁泄漏，造成機泵周圍氨超標，裝置探索采用壓送的辦法裝車，效果比較理想。之后利用檢修的機會，將 2 臺機泵砍掉，減少 28 個密封點，相應也減少了泄漏的幾率。在新建 120 t/h 酸性水汽提裝置時，也采用壓送的辦法。

 

2. 4 加快隱患治理步伐

            1)氨精制單元平臺東側增設鋼斜梯。根據規定 : 可燃氣體、液化烴和可燃液體的塔區平臺或其它設備的構架平臺應設置不少于 2 個通往地面的梯子，作為安全疏散通道; 但長度不大于 8m 的甲類氣體和甲、乙 A 類液體設備的平臺或長度不大于15 m的乙 B、丙類液體設備的平臺，可只設1 個梯子。液氨作為乙 A 類液體，其設備的平臺長度為 12 m，超過了 8 m 的規定，應設 2 個安全通道，而實際只設了 1 個通道。為此，在東側

增設了斜鋼梯。

 

            2)液氨儲罐增設噴淋系統。液氨易溶解于水，裝置增設霧狀水噴淋系統后，一旦液氨泄漏，從現場打開水噴淋系統，就可極大減少氨的揮發。另外氨具有較高的體積膨脹系數。如: 滿量充裝液氨的鋼瓶，在 0 ～60 ℃范圍內，液氨溫度每升高 1 ℃，其壓力升高約 1. 32 ～ 1. 80 MPa，致使液氨氣瓶超裝極易發生爆炸。為此液氨裝車點、液氨儲罐設置了降溫噴淋裝置。同時，要求用罐車拉運液氨時，其充裝系數不得大于 0. 9。在新建 120 t/h 的酸性水汽提裝置中，不但在液氨儲罐上增設噴淋系統，而且在粗氨分液罐、氨結晶器、氨液循環罐等 6 組設備均增設了噴淋系統。具體見圖 3。

            3)氨精制單元增設圍堰。氨在 20 ℃ 水中的溶解度為 34% 。基于氨的這一特性，在處理泄漏時，決定大量使用水來吸收泄漏的氨氣。而這種處理方法，會產生大量含氨的酸性水。根據清污分流的要求，這些污水不得排入工業污水中，而一般酸性水裝置都不設計含硫污水系統，因此設置圍堰，可防止這些污水進入工業污水或雨排中，避免對工業污水或雨排系統形成較大的沖擊。日常工作中，有時需要加、拆盲板、臨時更換氨閥，為創造較好的工作環境，采用接臨時水線，對這些部位進行沖洗，效果也比較理想。

 

            4)液氨裝車點移位改造。液氨裝車點不規范。根據相關要求，液氨裝車時，周圍不能有機動車通行，但液氨裝車點位于 14 號馬路西側5 m處，對車輛及施工人員并無法完全封閉，裝車存在很大的安全風險。以前，液氨裝車由汽提崗位外操負責，由于外操工作繁忙，造成液氨裝車過程的監督時斷時續，為解決這一隱患，車間指派專人負責監管液氨裝車的全過程。監管人員不但要檢查接頭有無泄漏，還要核實駕駛員和押運員的資質。車間根據液氨裝車的實際情況，編制 《液氨裝車泄漏應急操作卡》、《液氨裝車操作規程》，以便進一步規范液氨裝車操作程序。應分開設置液氨裝卸站的進出口，當進出口合用時，站內應設回車場。由于液氨裝車點東側 5m處就是煉油區雨排系統，為了解決液氨裝車過程泄漏噴淋水污染公司煉油區雨排系統，在裝車點東西側各增設圍堰。從圖 4 可以看出: 液氨裝車點改造后，現場更為規范，管理更為嚴格。

3 結 語

            通過采用符合液氨特性的管件和閥門，安裝符合規范要求的氨報警儀，改進工藝并積極進行各種隱患的治理，液氨泄漏現象大大減少，保障了生產安全。