Phân tích nguyên nhân nồng độ CO vượt mức trong quá trình rửa bằng nitơ lỏng

Thread Content

Bài viết này cuối cùng được chỉnh sửa bởi 1587328380 vào ngày 2016-11-9 lúc 13:20. Tóm tắt nguyên nhân khiến hàm lượng CO trong khí N2 vượt mức sau quá trình rửa bằng nitơ lỏng: Thiết bị rửa bằng nitơ lỏng sử dụng nitơ lỏng để hấp thụ khí CO – chất gây hại cho chất xúc tác trong quá trình tổng hợp amoniac. Từ khóa: Rửa bằng nitơ lỏng, tháp chưng cất phân tách khí, hàm lượng CO. Công ty chúng tôi là một doanh nghiệp sản xuất urê quy mô lớn, sử dụng than làm nguyên liệu. Các thiết bị làm sạch khí của chúng tôi áp dụng công nghệ rửa bằng metanol ở nhiệt độ thấp và công nghệ rửa bằng nitơ lỏng ở nhiệt độ thấp. Thiết bị tẩy rửa bằng nitơ lỏng nhận khí đã được làm sạch từ quy trình tẩy rửa bằng metan ở nhiệt độ thấp ở giai đoạn trước; sau đó, ở nhiệt độ thấp, nitơ lỏng được sử dụng để loại bỏ các chất như CO, CH4, Ar ra khỏi khí đó, từ đó tạo ra hỗn hợp khí hydro và nitơ với tỷ lệ H2/N2 = 3:1. Khí hợp chất hydro-nitơ được đưa đến máy nén khí H2-N2 trong quy trình tổng hợp amoniac để được nén, sau đó tạo ra sản phẩm amoniac lỏng trong cùng quy trình này. I. Mô tả quy trình rửa bằng nitơ lỏng: Quá trình rửa bằng nitơ lỏng được thực hiện trong buồng rửa ở nhiệt độ từ -188℃ đến -193℃, với áp suất biểu kiến là 5,27 Mpa. Nitơ lỏng đi vào từ đỉnh tháp, còn khí nguyên liệu thì đi vào từ đáy tháp. Hai dòng khí này gặp nhau theo hướng ngược chiều, và quá trình truyền nhiệt diễn ra trên các tấm trong tháp. Các chất tạp chất như CO, CH4, Ar… đều bị rửa sạch bởi nitơ lỏng, từ đó thu được khí đã được tinh chế. Khí hydro đã được tinh chế, chứa 8,9% nitơ, thoát ra từ đỉnh tháp. Sau khi đi qua các khí trơ, khí này sẽ trở thành khí tinh khiết với hàm lượng CO dưới mức 5×10-6. Khi hàm lượng oxit trong tháp tổng hợp amoniac vượt quá 20×10-6, quy trình tổng hợp amoniac sẽ bị dừng lại. Do đó, việc kiểm soát hàm lượng CO trong khí tổng hợp là rất quan trọng. II. Diễn biến sự việc
Vào ngày 29 tháng 8 năm 2014, lúc 19:00, giá trị của chỉ số AI17002 – chỉ số dùng để đo mức độ nitơ lỏng tại cửa xả – vẫn nằm trong mức cho phép, khoảng 0,7 ppm. Đến lúc 19:30, giá trị này tăng lên mức cao nhất là 1,5 ppm, sau đó lại giảm xuống 0. Khi đến 20:00, giá trị AI17002 lại tăng lên 1,5 ppm. Lúc này, bộ phận kiểm soát trung tâm đã tăng cường giám sát giá trị AI17002. Vào lúc 20:10, giá trị AI17002 tiếp tục tăng lên 2,0 ppm. Ngay lập tức, bộ phận điều phối đã yêu cầu nhân viên kiểm soát quy trình giảm lượng khí N2 và N3 được sử dụng. Tuy nhiên, nhân viên kiểm soát trung tâm lại báo cáo rằng giá trị AI17002 vẫn có xu hướng tăng, do đó cần tăng lượng khí N2 được sử dụng. Họ cũng yêu cầu tiến hành phân tích thủ công đối với giá trị AI17002. Sau đó, họ điều chỉnh các van liên quan đến việc xử lý khí nitơ như FV17010, điều chỉnh nhiệt độ khí công nghệ thông qua TV17039, và điều chỉnh lượng khí nitơ được sử dụng thông qua FV17009. 21:02 AI17002 tăng lên 6,4 ppm và tiếp tục tăng. Lúc này, nhân viên kiểm soát trung tâm yêu cầu bộ phận điều phối giảm lượng chất đó xuống, đồng thời yêu cầu bộ phận phân tích tiến hành phân tích thành phần của A17002 lần thứ hai. Kết quả phân tích cho thấy hàm lượng chất này là 11 ppm. Lượng khí nạp vào để rửa bằng nitơ lỏng đã giảm từ 94384 Nm3/h xuống còn 83872 Nm3/h. 21:21: Giá trị của AI17002 tăng lên mức cao nhất là 9,5 ppm; trong khi kết quả phân tích thủ công cho thấy giá trị này là 15 ppm. Lúc này, lượng nitơ được sử dụng trong quá trình rửa đạt mức tối đa là 13023 kg/giờ. 21:50 AI17002 giảm xuống mức 5 ppm theo tiêu chuẩn. 22:04 giảm xuống còn 2PPM, kết quả phân tích thủ công là 3ppm. Kể từ ngày 29 tháng 8, hàm lượng CO trong khí tổng hợp luôn ở mức biến động; khi hàm lượng này tăng cao, hệ thống làm lạnh bằng nitơ lỏng sẽ được kích hoạt để giảm lượng khí tổng hợp. Do hàm lượng CO vượt ngưỡng cho phép, hệ thống đã phải ngừng hoạt động 2 lần; trong khi đó, hệ thống làm lạnh bằng nitơ lỏng được sử dụng tổng cộng 29 lần. Sau đó tiến hành phân tích chuyên sâu về quy trình rửa bằng nitơ lỏng ； Nguyên nhân gây ra hàm lượng CO trong khí tổng hợp và phương pháp xử lý ； (1) Lượng nitơ dùng để rửa bằng nitơ lỏng chưa đủ ； (2) Nhiệt độ khi rửa bằng nitơ lỏng quá cao ； (3) Áp suất vận hành quá thấp ； (4) Sự cố trên dây chuyền tinh chế methanol ； （5） Nguyên nhân do đĩa chứa ； Cách giải quyết ； (1) Tăng lượng nitơ dùng để rửa. (2) Hạ nhiệt độ vận hành quy trình rửa bằng nitơ lỏng TI17039 xuống dưới -185°C ； (3) Nâng áp suất của hệ thống lên trên mức áp suất vận hành bình thường, tức là 5,0 MPa ； (4) Kiểm tra tình trạng mở/tắt thực tế của các van trong bộ van HV16003A/B/C/D dùng để xử lý methanol, đảm bảo chúng ở vị trí bình thường ； (5) Dừng xe để bảo trì. Sau khi xác nhận rằng các bộ phận như bộ trao đổi nhiệt, các tầng chứa khí và van không có sự cố gì, chúng tôi lại tập trung vào việc phân tích độ tinh khiết của khí nitơ. Vào ngày 11 tháng 9, với sự hỗ trợ từ bộ phận sản xuất và trung tâm kiểm tra chất lượng (việc phân tích thành phần N2 được thực hiện một cách thủ công khi nồng độ CO trong khí tổng hợp thay đổi), sau ba ngày lấy mẫu để phân tích so sánh, cuối cùng vào ngày 13 tháng 9 chúng tôi xác định được rằng nguyên nhân là do nồng độ CO trong khí nitơ vượt quá mức cho phép. III. Hậu quả của việc vượt mức quy định
1. Gây ra hai lần ngừng hoạt động của quy trình tổng hợp amoniac, ảnh hưởng đến toàn bộ hệ thống tổng hợp amoniac.
2. Lượng nitơ lỏng được sử dụng để rửa giảm đi nhiều lần, ảnh hưởng đến sản lượng amoniac và urê.

IV. Phân tích nguyên nhân
(1) So sánh thành phần các loại khí ； Ở điều kiện tiêu chuẩn, khí carbon monoxide (CO) ở dạng tinh khiết là một loại khí không màu, không mùi và không gây kích ứng. Khối lượng phân tử tương đối là 28,01; mật độ là 1,25 g/l. Nhiệt độ đóng băng là -205,1°C, còn nhiệt độ sôi là -191,5°C. Độ hòa tan trong nước rất thấp, gần như không thể hòa tan trong nước. Nitơ ở điều kiện bình thường là một loại khí không màu, không mùi, không vị, và thường không độc. Nitơ chiếm 78,12% tổng khối lượng khí trong bầu khí quyển (tính theo tỷ lệ thể tích). Ở điều kiện tiêu chuẩn, mật độ của khí nitơ là 1,25 g/L. Nitơ khó hòa tan trong nước; ở nhiệt độ và áp suất bình thường, cứ 1 thể tích nước thì chỉ có thể hòa tan được khoảng 0,02 thể tích nitơ mà thôi. Nhiệt độ nóng chảy là -210℃, nhiệt độ sôi là -195,8℃; khối lượng phân tử tương đối là 28. Xét về thành phần khí, điểm sôi và khối lượng phân tử của CO và N2 gần như bằng nhau (28). Hơn nữa, nhà máy của chúng tôi nằm ngay kế bên thiết bị xả khí từ các lò luyện thép; bộ lọc ở lối vào máy nén khí cũng chỉ cách đó một bức tường thôi. Do vị trí của các thiết bị xả khí không cao lắm, khi gió thay đổi hướng, khí CO có thể theo hướng gió mà đi vào lối vào máy nén khí. Chưng cất phân đoạn khí: Sử dụng sự khác biệt về điểm sôi của các chất, thực hiện nhiều lần quá trình ngưng tụ một phần hỗn hợp hơi và bay hơi một phần hỗn hợp chất lỏng, nhằm đạt được mục đích tách chúng ra. Các thành phần quan trọng của không khí: Tên, ký hiệu hóa học, tỷ lệ thể tích%, nhiệt độ sôi ở áp suất 101,325 KPa.
Nitơ: N2 – 78,09%; nhiệt độ sôi: -195,8°C.
Khí carbon monoxide: CO – 1,932%; nhiệt độ sôi: -191,5°C.
Argon: Ar – 0,932%; nhiệt độ sôi: -185,7°C.
Oxy: O2 – 20,95%; nhiệt độ sôi: -183°C.
Như có thể thấy từ bảng trên, nhiệt độ sôi của CO và N2 gần nhau. Khí CO được thải ra từ các nhà máy thép, sau đó đi vào tháp chưng cất để tách chiết khỏi không khí. (2) Quy trình công nghệ của tháp chưng cất phân tách khí được mô tả ở phần dưới của tháp. Ở đây, không khí được tách thành nitơ và khí lỏng giàu oxy. Nitơ ở phía trên tháp sẽ được làm lỏng trong bộ ngưng tụ bay hơi chính; trong khi đó, oxy lỏng ở phía áp suất thấp của bộ ngưng tụ bay hơi chính lại được làm khí hóa. Phần lớn nitơ lỏng được sử dụng làm chất lưu tuần hoàn để trở lại tháp dưới; phần còn lại của nitơ lỏng sẽ đi qua bộ làm lạnh, nơi mà nitơ khí tinh khiết và nitơ khí bẩn được làm lạnh và giảm áp suất, sau đó được đưa lên đỉnh tháp trên. Nitơ bẩn được lấy ra từ phần trên của tháp dưới, sau đó được làm lạnh bằng máy làm lạnh; tiếp theo, nitơ này được đưa vào phần trên của tháp trên thông qua van giảm áp. Dịch oxy già được chiết xuất từ phần đáy tháp dưới, sau khi được làm lạnh trong bộ làm lạnh quá lạnh, sẽ được dẫn vào phần giữa tháp trên thông qua van giảm áp để trở thành dịch tuần hoàn. Khí nitơ bẩn được đưa ra từ phần trên của tháp. Sau khi được làm nóng trở lại trong bộ làm lạnh quá lạnh cùng các bộ trao đổi nhiệt chính áp suất cao và áp suất thấp, chúng được đưa ra ngoài tháp phân đoạn. Một phần được sử dụng làm khí tái sinh cho máy lọc bằng màng keo, còn phần còn lại thì đi vào tháp làm mát bằng nước. Khí nitơ nguyên chất được lấy ra từ đỉnh tháp trên, sau đó được làm nóng trở lại trong bộ làm lạnh và bộ trao đổi nhiệt áp suất thấp. Cuối cùng, khí này được đưa vào tháp làm mát nước để được sử dụng như nguồn lạnh nhằm làm mát nước bên ngoài. CO được đưa ra từ đỉnh tháp dưới cùng cùng với khí nitơ. Sau khi được làm nóng trở lại trong bộ trao đổi nhiệt áp suất thấp, khí này sẽ ra khỏi buồng lạnh. Tiếp theo, khí này được nén bởi máy nén nitơ lên áp suất 6,0 MPa, rồi được đưa vào thiết bị tẩy rửa bằng nitơ lỏng trước khi được sử dụng trong quá trình tổng hợp. Phân tích nguyên nhân ； (1) Thiết kế đuốc đốt khí của nhà máy thép không hợp lý; việc thải khí CO vào hệ thống tách khí chính là nguyên nhân chính gây ra vụ tai nạn này.
(2) Người ta chưa hiểu rõ về tính chất của khí CO; khí CO đi cùng khí nén vào tháp chưng cất, từ đó vào đường ống chứa khí N2.
(3) Nhân viên vận hành tại hiện trường phát hiện có tín hiệu báo động về khí CO, nhưng không báo cáo kịp thời, khiến việc xử lý tình trạng khí CO vượt mức bị trì hoãn.

**Các biện pháp phòng ngừa:**
(1) Yêu cầu nhà máy thép không được để đuốc đốt khí tắt.
(2) Yêu cầu nhân viên kiểm tra tại hiện trường phải báo cáo ngay cho nhân viên điều khiển trung tâm khi phát hiện có tín hiệu báo động về khí CO. (3) Phối hợp với nhân viên phụ trách quy trình tách khí để lấy mẫu và phân tích hàm lượng CO trong N2 định kỳ. Tài liệu tham khảo: [1] Lưu Tiểu Phong, Sổ tay hướng dẫn vận hành quy trình tẩy nitơ, Nhà xuất bản Huanqiu Design; [2] Lý Vĩnh Khang, Thẩm Duy Lăng, “Công nghệ làm lạnh sâu”, Tạp chí khoa học kỹ thuật hàng đầu của Trung Quốc, năm 1961