氨盐水存储替代重大危险源液氨罐区在纯碱装置中的应用

武晓卫

(青海五彩碱业有限公司,青海 大柴旦 816200)

国内纯碱装置中液氨的储存大多为液氨球罐,根据《特别管控危险化学品目录》,氨的危险特性为有毒化学品。《危险化学品重大危险源辨识》(GB18218-2018)中临界量(threshold quantity)的定义为:对于某种或某类危险化学品规定的数量,若单元中的危险化学品数量等于或超过该数量则该单元定为重大危险源。其中规定液氨(CAS号7664-41-7)临界量为10 t,故大部分纯碱企业的液氨储存单元属于重大危险源,控制重大危险源液氨罐区的装卸、储存、使用安全是企业安全管理的重点,如果能够通过技术改造消除重大危险源,不但提高本质安全,还可以大幅降低企业的安全风险和安全设施的投资。

1 生产现状

我公司液氨消耗主要为制碱生产过程中含氨母液的跑冒滴漏、曝空损失,蒸氨废液损失,以及自备电厂三台循环流化床锅炉SNCR脱硝系统的使用,正常生产期间液氨消耗量约10～12 t/d。

公司现有全容积409 m3液氨储罐3座,日常液氨储存量约200～300 t,冬季增至300～400 t存量,按照《危险化学品重大危险源辨识》(GB18218-2018),经评估重大危险源分级指标R值为360.4,属于一级重大危险源。在储存、装卸、使用以及日常维修中具有较大风险,每三年进行一次的拉空置换检验,更存在较高风险。国内外液氨储存事故多有发生,且可能存在群体风险。为防止危险化学品事故的发生,响应国家日趋严格的各项安全法律法规,公司每年都需要进行大量资金投入及人力物力参与安全附件完善,通过增加SIS安全仪表系统、建设事故应急池、规范安全监管、增加装置区全封闭管理、设立浓度检测风险预警、建立监控系统、组织应急救援演练、增强职工专业技术能力等仍无法达到重大危险源的本质安全。

2 设计思路

采用低浓度氨盐水及氨水存储替代纯液氨存储的方式实施后,结合应急管理部门核销液氨存储装置一级重大危险源。

公司地处柴达木循环经济试验区大柴旦工业园,海拔3 120 m左右,四周环山,周边无液氨生产企业,采购距离较远,本地域存在降雪量大以及极寒天气等不可控因素,如遇极端天气会导致液氨采购运输困难,影响生产安全及生产负荷。

公司现有V=900 m3氨盐水澄清桶2座,V=320 m3热母液桶3座,V=700 m3冷母液桶及冷母液储桶各1座,V=207 m3碳化塔15座以及V=172 m3中和水桶1座,碳化蒸吸淡氨盐水储桶等,经计算公司现有在制品日常储存能力约为494 t左右,受低液位输送限制及高液位生产波动跑冒风险,生产中在制品存量维系时间短。

计划通过增加φ12000×8000的V=900 m3氨盐水桶2座、φ5000×6000的V=118 m3氨水缓冲罐1座,取消现有409 m3的3座液氨储罐,增设一台卸车用的15 m3液氨缓冲罐,缓冲罐采用进出口联锁控制,实现卸车和系统送氨自动切换,修订生产液位控制要求,冬季或特殊时段在制品储桶液位提前控制较高液位,保证在制品存量满足液氨运输困难期间的生产需求。

3 改造难点

一是现有生产系统的匹配:公司现有3台内冷式菌帽吸收塔,规格φ2800×45850,由洗涤段、冷却吸收段、贮桶段(计量槽)组成,设计吸收氨的能力为60 t/h,最高能力为75 t/h,1座高真空吸收塔φ2800×43510,能够满足现有生产方式液氨吸收的处理能力,改造后为减少液氨槽车停留时间,系统送氨流量增加,超出当前系统吸收装置的能力。为避免影响吸收效果和确保系统运行的稳定性,公司开展“母液浓缩-轻灰炉汽冷凝”以及“新增高真空系统”等节水减排项目,通过间壁换热提高母液浓度,炉汽冷凝的淡液送至新增高真空吸收系统进行处理,降低原有吸收塔负荷以满足项目需要,采取措施后,蒸吸工序氨吸收能力提高至83 t/h,能够满足生产需要。

二是缓冲罐建设位置的选择:为充分利用现有管道以及卸车鹤管装置,原设计拆除现有3#储罐后新增氨水缓冲罐建设在原有储罐位置,但施工过程涉及到罐区内置换、隔离、拆除等作业及土建、动火等施工带来的巨大风险以及施工作业期间储罐区内施工人数超出允许值的问题。设计将新增缓冲罐移位至罐区东侧防火堤外,现有3座液氨储罐正常使用不做调整,利用原有卸氨设备的同时降低施工风险,提高施工效率,降低建设周期。

4 危险源辨识

项目投用后,原3座409 m3液氨储罐清洗置换合格停用后择机拆除,新增卧室液氨缓冲罐 1 台,单台容积约为 15 m3,设计盛装系数85%,按照相对密度0.68计,最大储存量<9 t;蒸吸工序东北侧增加热氨盐水澄清桶2座,单座容积约900 m3;氨水制备装置厂房东侧新建20%氨水罐一台,全容积117.5 m3,氨盐水澄清桶与氨水罐均为低浓度存储装置。

按照《危险化学品重大危险源辨识》(GB18218-2018)辨识标准,生产单元、储存单元内存在危险化学品为单一品种时,该危险化学品的数量即为单元内危险化学品的总量,若等于或超过相应的临界量,则定为重大危险源。单元中危险化学品重大危险源辨识情况:

S=q1/Q1+q2/Q2…+qn/Qn≥1

式中:q1,q2,…,qn——每种危险化学品实际存在量,t。

Q1,Q2,…,Qn——与各危险化学品相对应的生产场所或贮存区的临界量,t。

按照以上辨识标准,项目中涉及防火堤内的新增液氨缓冲罐罐区为储存单元,液氨设计存量最高为9 t,临界量为10 t,S=9/10=0.9<1,依据《危险化学品重大危险源辨识》(GB18218-2018)规定,本项目改造后不涉及重大危险源。根据国家安全监管总局《关于公布首批重点监管的危险化工工艺目录的通知》(安监总管三[2009]166号)和国家安全监管总局《关于公布第二批重点监管危险化学品目录和调整首批重点监管危险化工工艺中部分典型工艺的通知》(安监总管三[2013]3号)的规定,本项目采用的生产工艺不属于重点监管危险化工工艺。

5 安全措施

该项目总平面布置执行《建筑设计防火规范(2018版)》(GB50016-2014)《石油化工企业设计防火标准(2018版)》(GB50160-2008)及其他安全卫生规范的规定,采用了多种预防、控制、减少事故影响的安全设施。

工艺控制系统中设有温度、压力、液位、调节阀等自控系统,全部采用DCS自动化控制,超温、超压或满液位等情况发生立即自动报警。卸车时液氨缓冲罐采用进出口连锁控制,实现卸车进料自动切换,液氨缓冲罐进出管道上设置互锁自控阀,以避免误操作情况出现。正常情况下DCS系统实现自动化控制,采用了SIS安全仪表系统用以非正常工况的安全保障,SIS采用冗余电源,由独立的双路配电回路供电,能够满足安全生产的要求。

6 小 结

此次改造对氨碱法原料氨的储存形式进行了较大调整,取消现有3台液氨储罐,仅设置一台卸车用的液氨缓冲罐,液氨卸车后经送氨管道直接送至现有蒸吸工序,经吸收塔与淡氨盐水反应制成合格的氨盐水自流入热氨盐水储桶进行存储,将原储存液氨的装置改为低浓度氨盐水储存的方式,采取的工艺成熟、各项安全设施安全可靠,在国内同行业中属于先进水平,避免了重大危险源的安全风险。