تحليل تجاوز مستوى مكون CO في النيتروجين أثناء عملية التنظيف بالنيتروجين السائل

Thread Content

تم تعديل هذا المنشور آخر مرة بواسطة 1587328380 في تاريخ 9 نوفمبر 2016 الساعة 13:20. ملخص تحليل أسباب تجاوز نسبة غاز CO في عملية التنظيف بالنيتروجين السائل: يستخدم جهاز التنظيف بالنيتروجين السائل النيتروجين السائل لامتصاص غاز CO الضار بمحفزات تصنيع الأمونيا. الكلمات المفتاحية: التنظيف بالنيتروجين السائل، برج التقطير لتنقية الغازات، محتوى ثاني أكسيد الكربون. شركتنا هي شركة كبيرة لإنتاج اليوريا تستخدم الفحم كمادة خام، وقد تم اختيار تقنيات التنقية بالميثانول عند درجات حرارة منخفضة، بالإضافة إلى تقنية التنظيف بالنيتروجين السائل عند درجات حرارة منخفضة لأجهزة تنقية الغازات. جهاز تنقية بالنيتروجين السائل هو جهاز يستقبل الغازات المنقاة القادمة من عملية تنقية الميثانول عند درجات حرارة منخفضة، ثم يتم استخدام النيتروجين السائل في درجات حرارة منخفضة لإزالة غازات مثل CO وCH4 وAr من هذه الغازات، وبذلك يتم الحصول على غاز هيدروجين/نيتروجين بنسبة 3:1. يتم أولاً إرسال غاز التخليق المكون من الهيدروجين والنيتروجين إلى مضخات الغاز H2-N2 في عملية تصنيع الأمونيا لضغطه، ثم يتم في هذه العملية إنتاج الأمونيا السائلة. أولاً، شرح عملية الغسيل بالنيتروجين السائل: يتم عملية الغسيل بالنيتروجين السائل في خزانات الغسيل التي تكون درجة حرارتها بين -188°م و-193°م، مع ضغط سطحي يبلغ 5.27 ميجا باسكال. يدخل النيتروجين السائل من قمة البرج، بينما يدخل الغاز الخام من قاع البرج، ويتلامس الاثنان في اتجاهين معاكسين، مما يؤدي إلى تبادل الحرارة على ألواح البرج. كما يتم تنقية الغازات الضارة مثل CO وCH4 وAr باستخدام النيتروجين السائل، للحصول على غاز نقي. يخرج الهيدروجين المنقى الذي يحتوي على 8.9% نيتروجين من قمة البرج، وبعد مروره عبر الغازات الخاملة، يتم الحصول على غاز نقي بنسبة CO أقل من 5×10-6. عندما يزيد محتوى الأكاسيد في برج تصنيع الأمونيا عن 20×10-6، فإن ذلك يؤدي إلى توقف عملية تصنيع الأمونيا، ولذلك فإن التحكم في مستوى غاز CO في الغاز المستخدم في التصنيع أمر في غاية الأهمية. ثانيًا، مجريات الأمور: في تاريخ 29 أغسطس 2014، الساعة 19:00، كانت قيمة المؤشر AI17002 للتحليل المباشر لغاز النيتروجين المستخدم في عملية التنظيف تتراوح حول 0.7 جزء في المليون، ولم تتجاوز القيمة الحد المسموح به. وفي الساعة 19:30، ارتفعت القيمة إلى 1.5 جزء في المليون ثم انخفضت إلى الصفر. وفي الساعة 20:00، لوحظ أن القيمة عادت لترتفع مرة أخرى إلى 1.5 جزء في المليون، فقام قسم التحكم المركزي بمراقبة القيمة عن كثب. وفي الساعة 20:10، ارتفعت القيمة إلى 2.0 جزء في المليون، فأبلغ قسم التحكم المركزي الفريق المسؤول عن عملية التنقية بضرورة تقليل كمية النيتروجين N2 وN3. لكن فريق التحكم المركزي أخبرهم بأن هناك اتجاهًا نحو ارتفاع القيمة، وبالتالي يجب زيادة كمية النيتروجين المستخدم، كما تم طلب إجراء تحليل يدوي للقيمة AI17002. بعد ذلك، تم تعديل إعدادات صمامات خزان النيتروجين FV17010، ومؤشر تنظيم درجة حرارة الغاز TV17039، بالإضافة إلى إعدادات خزان النيتروجين FV17009. 21:02 ارتفع AI17002 إلى 6.4 جزء في المليون واستمر في الارتفاع. في هذه اللحظة، أبلغ موظفو المركز التحكمي قسم التنسيق بضرورة تقليل الكمية، كما أبلغوا قسم التحليل بإجراء تحليل ثانٍ لمكون A17002، وكانت نتيجة التحليل 11 جزء في المليون. انخفض حجم الغاز الوارد لعملية التنظيف بالنيتروجين السائل من 94384 نم3/ساعة إلى 83872 نم3/ساعة. 21:21 ارتفع مستوى AI17002 إلى أعلى قيمة وهي 9.5 جزء في المليون، بينما كانت القيمة المحسوبة يدويًا 15 جزء في المليون. وفي هذا الوقت، بلغت كمية النيتروجين المستخدمة في عملية الغسيل أقصى قيمة لها، وهي 13023 كجم/ساعة. 21:50 انخفض AI17002 إلى المؤشر 5 جزء في المليون. انخفض الرقم إلى 2 جزء في المليون في الساعة 22:04، بينما أظهر التحليل اليدوي وجود 3 أجزاء في المليون. منذ تاريخ 29 أغسطس، ظل مستوى غاز الكربون المونوكسيد في الغاز المُصنع في حالة تقلبات، مع وجود اتجاه نحو ارتفاع تركيزه؛ لذلك يقوم نظام التنقية بالنيتروجين السائل بتقليل كمية الغاز. وقد اضطر النظام إلى التوقف مرتين بسبب تجاوز تركيز غاز الكربون المونوكسيد الحد المسموح به، كما تم تنفيذ عمليات تقليل للكمية 29 مرة. ثم تم إجراء تحليل متخصص لعملية الغسل بالنيتروجين السائل ； أسباب وجود مكون CO في الغاز المُصنع وطرق معالجته ； (1) كمية النيتروجين المستخدم في الغسيل بالنيتروجين السائل غير كافية ； (2) درجة حرارة الغسل بالنيتروجين السائل مرتفعة جدًا ； ، (3) الضغط التشغيلي منخفض جداً ； (4) أعطال في خط تشغيل التنقية بالميثانول ； (5) أسباب الألواح العمودية ； طريقة الحل ； (1) زيادة كمية النيتروجين المستخدم في عملية الغسيل.
(2) خفض درجة حرارة عملية الغسيل بالنيتروجين السائل TI17039 إلى أقل من -185 درجة مئوية ； (3) رفع ضغط النظام إلى ما فوق الضغط الطبيعي للتشغيل وهو 5.0 ميجا باسكال ； (4) تحقق من الحالة الفعلية لأوضاع فتح/إغلاق مجموعة الصمامات HV16003A/B/C/D في خط تنقية الميثانول، وتأكد من أنها في وضعها الطبيعي ； (5) توقف للصيانة. بعد التأكد من عدم وجود أعطال في المبادلات الحرارية والأطباق العاكسة والصمامات، ركزنا مرة أخرى على تحليل نقاء النيتروجين. وفي 11 سبتمبر، بالتعاون مع قسم الإنتاج ومركز التفتيش على الجودة (حيث تم إجراء تحليل يدوي لمكونات النيتروجين عند حدوث تقلبات في نسبة CO في الغاز المركب)، ومن خلال أخذ عينات ومقارنتها على مدى ثلاثة أيام، تم تحديد أن السبب هو ارتفاع نسبة CO في النيتروجين في 13 سبتمبر. ثالثًا، نتائج تأثير التجاوزات: 1. أدى ذلك إلى توقف عملية تخليق الأمونيا مرتين، مما أثر على نظام تخليق الأمونيا. 2. حدث تقليل متكرر في كمية النيتروجين السائل، مما أثر على إنتاج الأمونيا واليوريا. رابعًا، تحليل الأسباب: (1) مقارنة تركيب الغازات ； في الظروف القياسية، يكون غاز أول أكسيد الكربون (Carbon Monoxide، CO) في حالته النقية غازًا عديم اللون وعديم الرائحة وغير مسبب لأي تهيج. الكتلة الجزيئية النسبية هي 28.01، والكثافة 1.25 جرام/لتر، ونقطة التجمد -205.1 درجة مئوية، أما نقطة الغليان فهي -191.5 درجة مئوية. الذوبانية في الماء منخفضة جدًا، ومن الصعب جدًا أن يذوب في الماء. النيتروجين في الظروف العادية هو غاز عديم اللون والرائحة والطعم، وعادةً ما يكون غير سام. يشكل النيتروجين 78.12% من إجمالي كتلة الغلاف الجوي (من حيث النسبة الحجمية)، وكثافته في الظروف القياسية هي 1.25 جرام/لتر. يصعب ذوبان النيتروجين في الماء، ففي درجات الحرارة والضغوط العادية، يذوب حوالي 0.02 حجم من النيتروجين في كل حجم من الماء. نقطة الانصهار -210 درجة مئوية، نقطة الغليان -195.8 درجة مئوية، الوزن الجزيئي النسبي 28. من حيث تركيب الغازات، فإن نقطة الغليان والكتلة الجزيئية لـ CO وN2 متقاربتان، حيث تبلغ الكتلة الجزيئية 28. كما أن مصنعنا يقع على بعد جدار واحد فقط من فلاتر مدخل آلات الضغط الهوائي الموجودة بالقرب من مشعلات المصانع الفولاذية. وبسبب انخفاض ارتفاع مشعلات المصانع الفولاذية، فإنه عندما يتغير اتجاه الرياح بحيث لا يعمل المشعل، يمكن لغاز CO أن يدخل إلى مدخل آلات الضغط الهوائي وفقًا لاتجاه الرياح. التقطير الفراغي: يعتمد هذا الأسلوب على اختلاف نقاط الغليان للمواد، حيث يتم تكرار عملية تكثيف جزء من البخار المختلط وتبخر جزء من السائل المختلط، وذلك بهدف الفصل بين المواد. المكونات المهمة للهواء
الاسم | الرمز الكيميائي | النسبة المئوية من الحجم | نقطة الغليان بدرجة مئوية (عند 101.325 كيلو باسكال)
النيتروجين N2 | 78.09 | -195.8
أول أكسيد الكربون CO | – | -191.5
الأرجون Ar | 0.932 | -185.7
الأكسجين O2 | 20.95 | -183

يتضح من الجدول أعلاه أن نقطة غليان أول أكسيد الكربون والنيتروجين متقاربة جدًا، ولذلك فإن غاز أول أكسيد الكربون الناتج عن مصانع الصلب يدخل إلى أبراج التقطير عبر الهواء. (2) يتم وصف عملية التقطير في أبراج فصل الغازات في القسم المخصص لذلك؛ حيث يتم فصل الهواء أولاً إلى نيتروجين وهواء سائل غني بالأكسجين. أما النيتروجين الغازي الموجود في الجزء العلوي من البرج، فيتم تحويله إلى حالة سائلة داخل جهاز التكثيف الرئيسي، بينما يتم تحويل الأكسجين السائل الموجود في الجانب ذو الضغط المنخفض من جهاز التكثيف الرئيسي إلى حالة غازية. يعود معظم النيتروجين السائل كسائل عائد إلى البرج السفلي، بينما يتم تبريد باقي النيتروجين السائل في جهاز التبريد ليتحول إلى نيتروجين غازي نقي ونيتروجين غازي ملوث، ثم يتم إرساله إلى قمة البرج العلوي بعد عملية التقليل من ضغطه. يتم تبريد النيتروجين الملوث المستخرج من الجزء العلوي من البرج باستخدام جهاز التبريد، ثم يتم إرساله إلى الجزء العلوي من البرج عبر أجهزة التخفيض في الضغط. يتم سحب السائل الغني بالأكسجين من قاع البرج السفلي، وبعد تبريده في جهاز التبريد، يتم إرساله عبر صمام التخفيض إلى وسط البرج العلوي كسائل عائد. يتم سحب النيتروجين الملوث من الجزء العلوي من البرج. وبعد إعادة التسخين في جهاز التبريد المفرط ومبدل الحرارة الرئيسي عالي الضغط ومبدل الحرارة الرئيسي منخفض الضغط، يتم إرساله إلى خارج برج التقطير؛ حيث يُستخدم جزء منه كغاز لإعادة تنقية الزيوليت، بينما يدخل الجزء المتبقي إلى برج التبريد بالماء. يتم سحب النيتروجين النقي من أعلى البرج، وبعد إعادة تسخينه في جهاز التبريد المسبق والمبادل الحراري الرئيسي ذو الضغط المنخفض، يتم إرساله إلى البرج المبرد بالماء ليُستخدم كمصدر للتبريد لتبريد المياه المحيطة. يتم سحب غاز ثاني أكسيد الكربون مع النيتروجين من قمة البرج السفلي، وبعد إعادة تسخينه في مبدل الحرارة الرئيسي ذو الضغط المنخفض، يخرج إلى الصندوق البارد، ثم يتم ضغطه باستخدام وحدة ضغط النيتروجين إلى 6.0 ميجا باسكال، ومن ثم يُرسل إلى جهاز تنقية النيتروجين السائل لإضافة النيتروجين إليه قبل إرساله إلى عملية التخليق. تحليل الأسباب ； (1) تصميم المشعل في مصنع الصلب غير مناسب، وكان إطلاق غاز CO إلى نظام فصل الهواء هو السبب الرئيسي لهذا الحادث.
(2) عدم كفاية المعرفة بخصائص غاز CO؛ حيث يدخل الغاز مع ضاغط الهواء إلى أبراج التقطير ومن ثم إلى أنابيب النيتروجين.
(3) لم يتمكن العاملون في الموقع من التعامل مع إنذارات جهاز قياس غاز CO في الوقت المناسب، مما أخر معالجة المشكلة.

التدابير الوقائية:
(1) يجب إبلاغ مصنع الصلب بعدم السماح بإطفاء المشعل أبدًا.
(2) يجب إبلاغ العاملين المسؤولين عن الفحص بأي إنذارات متعلقة بغاز CO، ويجب عليهم الإبلاغ عنها فورًا إلى الطاقم الإداري. (3) التعاون مع فريق التشغيل لأخذ عينات من غاز N2 بشكل دوري لتحليل نسبة CO فيه، انظر المراجع: [1] لو شياوفنغ، كتيب إجراءات معالجة النيتروجين، دار هوانقوو للتصميم؛ [2] لي يونغكانغ وشين وييلينغ، “تقنيات التبريد العميق”， مجلة علوم وتكنولوجيا الصين المرموقة، عام 1961