氮肥化工安全课程设计

化工安全课程设计题目：氮肥化工安全课程设计完成部分：原料和储存单元的装置区布局及说明姓名：学号：学院：化学与材料工程学院班级：安全工程14组长：同组人员：指导教师：完成日期：2017.01.09目录一、主要生产装置危险和可操作性分析 (1)1.小氮肥生产工艺流程及装置特点 (1)2.小氮肥生产中的火灾爆炸因素分析 (1)二、装置区布局及说明 (3)1、装置区布局的大体设计要求 (3)2.氮肥生产流程 (4)3.主要设备布置规范 (8)三、原料和产品储存单元说布局及说明 (10)1.氮肥原料 (10)2、氮肥储存单元布局及说明 (15)四、氮肥厂防火防爆设计 (18)1.区域选择 (18)2. 生产区间划分 (19)3 火灾危险类别的确定 (21)4. 耐火等级的确定 (26)5. 防火间距 (31)6. 防爆电气的设计 (33)7 泄爆方式确定及泄爆面积计算 (36)8 消防灭火器的配备 (37)9. 总结 (42)一、主要生产装置危险和可操作性分析1.小氮肥生产工艺流程及装置特点某小型合成氨厂的合成氨生产是以白煤为原料,在煤气发生炉内燃烧,间隙加入空气和水蒸气,产生半水煤气;再经气柜到脱硫工段,脱除气体中的硫;到变换工段将气体中一氧化碳变换为CO2;经压缩机输送到脱碳与铜洗工段,清除并回收气体中的CO2;以及清除气体中少量有害成份;最后送合成工段,生成合成氨。

在整个合成氨生产操作过程中,始终存在着高温、高压、易燃、易爆、易中毒等危险因素。

同时,因生产工艺流程长、连续性强,设备长期承受高温和高压,还有内部介质的冲刷、渗透和外部环境的腐蚀等因素影响,各类事故发生率比较高,尤其是火灾、爆炸和重大设备事故经常发生。

2.小氮肥生产中的火灾爆炸因素分析2.1 造气工段造气工段主要制造半水煤气,其主要成分如下:H2,CO,CO2,N2及极少量的CH4,O2和微量的H2S[8] 。

H2,CO、CH4极易爆炸。

在生产过程中,一旦空气进入煤气柜、洗气塔、煤气总管,H2,CO和CH4等与空气混合形成爆炸性混合气体,遇到明火或获得发生爆炸的最小能量,即可发生爆炸。

氧含量是煤气生产过程中一个重要的控制指标,要求控制在0.5%(体积比)以下。

氧含量的增高,意味着火灾、爆炸危险性的增加。

另外,在进行停车作业检修过程中,对于设备、管道、阀门等,如果没有进行置换或置换不干净,在用火作业前没有进行动火分析,确定的取样分析部位不对而导致分析结果失真,或者进行作业时,没有采取可靠的隔绝措施,导致易燃易爆气体进入动火作业区域,均可导致火灾、爆炸事故。

2.2 脱硫工段半水煤气中的H2,CO,CH4和H2S等都是易燃易爆的气体。

在脱硫工段,常因设备或管道泄漏造成火灾、爆炸;也会因操作不慎、设备缺陷等原因,导致罗茨鼓风机抽负压,使得空气进入系统,与半水煤气混合,形成可爆炸性气体,引起爆炸事故。

在生产系统的设备和管道表面,由于H2S气体的作用,常会生成一层疏松的铁的硫化物(FeS与Fe2S),该硫化物遇到空气中的氧,极易引起氧化反应,放出大量的热,很快使自身温度升高并达到其燃点而引起自燃。

同时,在检修时,设备管道敞开后,也常会因其内部表面铁的硫化物和煤焦油与进入的空气迅速发生氧化反应而引起自燃着火的现象。

2.3 变换工段变换工段是在一定的温度和压力下进行的,既存在物理爆炸的危险性,又存在化学爆炸的危险性。

在生产过程中,由于设备和管道在制造、检维修中本身存在缺陷或者气体的长期冲刷,设备、管道会因腐蚀等造成壁厚减薄、疲劳,进而产生裂纹等缺陷,如果不能及时发现,及时消除,极易因设备、管道因为承受不了正常工作压力而发生物理爆炸,其后果又可能引发次生火灾及化学爆炸。

半水煤气转换为变换气后,气体中的H2含量显著增加,高温气体一旦泄漏出来,遇空气易形成爆炸性混合物,遇火或高热很容易引起火灾、爆炸事故;如果设备或生产系统形成负压,空气被吸入与煤气混合,形成爆炸性混合物,在高温、摩擦、静电等作用下,也会引起化学爆炸;如果生产系统半水煤气中氧含量超过工艺指标,会引起过氧爆炸,违章动火,违章检修,也会引起化学爆炸。

2.4 压缩工段易燃、易爆气体经压缩机加压后,其压力和温度都得到提高,可燃气体的爆炸范围随温度高、压力大而扩大。

若高压气体泄漏到空间,即使有少量的也容易形成爆炸性混合物,同时高温、高压气体泄漏时,气流冲击产生静电火花,极易引起火灾、爆炸事故。

2.5 脱碳与铜洗工段铜洗工段的压力及H2浓度很高。

同时,高、低压连通部位多,容易发生高压串到低压部分,导致发生物理爆炸、化学爆炸和火灾危险。

2.6 合成工段在小氮肥生产中,合成工段属于高温、高压工段,且高压、低压并存,这决定了对生产合成氨的设备、管道必须有更高要求。

如果因为材质本身的缺陷,制造质量不过关,维修质量不合格,外界压力超过设备、管道的承受压力,便会发生物理爆炸,同时也会引发化学爆炸。

在高温高压下,H2对碳钢有着较强的渗透能力,形成氢腐蚀,使钢材脱碳而变脆(即氢脆);N2也会对设备发生渗氮作用,从而减弱其机械性能;材料自身在高温高压下会发生持续的塑性变形,改变其金相组织,从而引起材料强度、延伸等机械性能下降,使材料产生拉伸、起泡、变裂和裂纹而破坏。

氢脆、氮蚀、塑性变形的发生,也可引起爆炸事故的发生。

合成工段主要使用H2为原料,反应生成了氨。

H2和NH3是易燃易爆气体,而且其爆炸极限在高温高压下将扩大,一旦发生泄漏而与空气混合,极易发生爆炸。

二、装置区布局及说明1、装置区布局的大体设计要求1）重量大的设备设置在地基最好的地方。

2）换热器尽量设在地上。

3）按照流程图，对设备周围的配管、阀门仪表等的安装位置进行研究，留出充分的空间，以免互相碰撞。

4）施工所需要的道路及安装所需要的空间。

5）为了将来扩建，预留适当的空间，另外还要考虑与原有危险性大的设备保持安全距离。

6）因为在运转或维修时可能会有化学危险物等流出，所以泵、换热器、塔、槽等设备的周围地面应进行铺装，并用高于15cm的围堰围住。

7）设备与设备之间以及这些设备与其他设备之间所铺设的通道的宽度应为0.8m以上。

8）装置内的道路两个方向都是通路，不能有死路，以便在发生火灾时消防车的进出。

9）装置内的设施均应通风良好，不能有滞留气体的地方。

10）装置平面布置设计应满足工艺流程要求,按物流顺序布置设备。

11）装置平面布置设计应满设备的间距、建筑物、构筑物的防火间距要求,符合安全生产和环境保护要求。

12）装置平面布置设计应考虑管道安装经济合理和整齐美观,节省用地和减少能耗,便于施工、操作和维修。

13）装置平面布置设计应满足全厂总体规划的要求；装置主管廊和设备的布置应根据装置在工厂总平面图上的位置以及有关装置、罐区、系统管廊、道路等的相对位置确定,并以相邻装置的布置相协调。

14）装置平面布置设计应根据全年最小风频率风向确定设备、设施与建筑物的相对位置。

15）设备应按工艺流程顺序和同类设备适当集中相结合的原则进行布置。

在管廊两侧按流程顺序布置设备、减少占地面积、节省投资。

处理腐蚀性、有毒、粘稠物料的设备宜按物性分别布置。

16）设备、建筑物、构筑物应按生产过程的特点和火灾危险性类别分区布置。

为防止结焦、堵塞、控制温降、压降,避免发生副反应等有工艺要求相关的设备,可靠近布置。

17)工艺设备的竖向布置，应按下列原则考虑:工艺设计不要求架高的设备,尤其是重设备,应落地布置；由泵抽吸的设备和容器以及真空、重力流、固体卸料等设备,应满足工艺流程的要求,布置在合适的高层位置；当装置的面积受限制或经济上更为合理时,可将设备布置在构架上。

18)在确定设备和构筑物的位置时,应使其地下部分的基础不超出装置边界线。

附：装置内通道的最小净宽和最小净高单位：m2.氮肥生产流程氮肥生产流程可概括为以下四个步骤：（1）造气—将原料制备成主要含有氢、氮气体的原料气。

（2）精制—将原料气中氢、氮以外的杂质去除，使原料气得到精纯。

（3）压缩与合成—将较为纯净的氮、氢比例为1：3的氮氢混合气体压缩到高压状态，在催化剂和高温的作用下合成为氨。

（4）氨加工—将氨经进一步加工得氮肥。

前三步常称为氨的合成。

经进一步加工制得的成品如硝酸铵、尿素等都是化肥。

合成氨流程图2.1 造气工段造气实质上是碳与氧气和蒸汽的反应，主要过程为吹风和制气。

具体分为吹风、上吹、下吹、二次上吹和空气吹净五个阶段。

原料煤间歇送入固定层煤气发生炉内，先鼓入空气，提高炉温，然后加入水蒸气与加氮空气进行制气。

所制的半水煤气进入洗涤塔进行除尘降温，最后送入半水煤气气柜。

2.2 脱硫工段煤中的硫在造气过程中大多以H2S的形式进入气相，它不仅会腐蚀工艺管道和设备，而且会使变换催化剂和合成催化剂中毒，因此脱硫工段的主要目的就是利用DDS脱硫剂脱出气体中的硫。

气柜中的半水煤气经过静电除焦、罗茨风机增压冷却降温后进入半水煤气脱硫塔，脱除硫化氢后经过二次除焦、清洗降温送往压缩机一段入口。

脱硫液再生后循环使用。

2.3 变换工段变换工段的主要任务是将半水煤气中的CO在催化剂的作用下与水蒸气发生放热反应，生成CO2和H2。

经过两段压缩后的半水煤气进入饱和塔升温增湿，并补充蒸汽后，经水分离器、预腐蚀器、热交换器升温后进入中变炉回收热量并降温后，进入低变炉，反应后的工艺气体经回收热量和冷却降温后作为变换气送往压缩机三段入口。

2.4 变换气脱硫与脱碳经变换后，气体中的有机硫转化为H2S，需要进行二次脱硫，使气体中的硫含量在25mg/m3。

脱碳的主要任务是将变换气中的CO2脱除，对气体进行净化，采用变压吸附脱碳工艺。

来自变换工段压力约为1.3MPa左右的变换气，进入水分离器，分离出来的水排到地沟。

变换气进入吸附塔进行吸附，吸附后送往精脱硫工段。

被吸附剂吸附的杂质和少量氢氮气在减压和抽真空的状态下，将从吸附塔下端释放出来，这部分气体称为解析气，解析气分两步减压脱附，其中压力较高的部分在顺放阶段经管道进入气柜回收，低于常压的解吸气经阻火器排入大气。

2.5 碳化工段2.5.1 气体流程来自变换工段的变换气，依次由塔底进入碳化主塔、碳化付塔，变换气中的二氧化碳分别在主塔和付塔内与碳化液和浓氨水进行反应而被吸收。

反应热由冷却水箱内的冷却水移走。

气体从付塔顶出来，进入尾气洗涤塔下部回收段，气体中的少量二氧化碳和微量的硫化氢被无硫氨水继续吸收，再进入上部清洗段。

气体中微量二氧化碳被软水进一步吸收，最后达到工艺指标经水分离后，送往精脱硫塔进一步脱硫后，送往压缩机三段进口。

2.5.2 液体流程浓氨水由浓氨水泵从吸氨岗位浓氨水槽打入付塔，一方面溶解塔内的结疤，另一方面吸收主塔尾气中的剩余二氧化碳，逐步提高浓氨水的碳化度。

然后，付塔的溶液由碳化泵从底部抽出，打入主塔，在主塔内进一步吸收变换气中的二氧化碳，生成含碳酸氢铵结晶的悬浮液，再由底部取出管压入分离岗位进行分离。