تحلیل فراتر رفتن میزان CO در N2 ناشی از شستشو با نیتروژن مایع

Thread Content

آخرین بار این پست توسط 1587328380 در تاریخ ۹-۱۱-۲۰۱۶ ساعت ۱۳:۲۰ ویرایش شد. خلاصه تحلیل دلایل فراتر رفتن میزان CO در محلول نیتروژن مایع: دستگاه شستشو با نیتروژن مایع، از نیتروژن مایع برای جذب گاز CO که بر کاتالیست‌های سنتز آمونیا مضر است، استفاده می‌کند. کلمات کلیدی: شستشو با نیتروژن مایع، توربین تقطیر تقسیم هوا، میزان CO. شرکت ما یک کارخانه بزرگ تولید اوره است که از زغال‌سنگ به عنوان ماده خام استفاده می‌کند؛ برای تصفیه گازها از روش‌های شستشو با متانول در دمای پایین و شستشو با نیتروژن مایع در دمای پایین استفاده می‌شود. دستگاه شستشو با نیتروژن مایع، گاز تصفیه‌شده‌ای را که از فرآیند شستشو با متانول در دماهای پایین دریافت می‌کند، سپس در دماهای پایین، CO، CH4، Ar و غیره موجود در آن گاز را با نیتروژن مایع حذف کرده و گاز سنتز هیدروژن/نیتروژن با نسبت H2/N2=3:1 تهیه می‌کند. گاز سنتز شده از هیدروژن و نیتروژن ابتدا توسط کمپرسور گاز H2-N2 در فرآیند سنتز آمونیا فشرده می‌شود و سپس در همان فرآیند، آمونیا مایع تولید می‌گردد. ۱. توضیح فرآیند شستشو با نیتروژن مایع: شستشو با نیتروژن مایع در یک برج شستشو با دمای -۱۸۸ درجه سانتی‌گراد تا -۱۹۳ درجه سانتی‌گراد و فشار اتمسفری ۵.۲۷ Mpa انجام می‌شود. نیتروژن مایع از بالای برج وارد می‌شود و گاز خام از پایین برج وارد می‌گردد؛ این دو در جهت مخالف با یکدیگر تماس پیدا کرده و انتقال حرارت در بین صفحات برج اتفاق می‌افتد. ذرات ناخواسته مانند CO، CH4، Ar و غیره توسط نیتروژن مایع شسته شده و گاز خالص به دست می‌آید. هیدروژن تصفیه‌شده حاوی ۸.۹٪ نیتروژن از بالای برج خارج می‌شود و پس از عبور از گازهای خنثی، گازی خالص با میزان CO کمتر از ۵×۱۰-۶ تولید می‌گردد. هنگامی که میزان اکسیدها در توربین سنتز آمونیا بالاتر از ۲۰×۱۰⁻⁶ باشد، منجر به توقف فرآیند سنتز آمونیا می‌شود؛ بنابراین، کنترل میزان CO در گاز سنتز شده بسیار مهم است. دوم، روند وقایع: در تاریخ ۲۹ اوت ۲۰۱۴، ساعت ۱۹:۰۰، مقدار AI17002 که نشان‌دهنده آنالیز آنلاین خروجی نیتروژن مایع بود، در حدود ۰.۷ پی‌پی‌ام نوسان داشت؛ در ساعت ۱۹:۳۰ این مقدار به بالاترین حد خود یعنی ۱.۵ پی‌پی‌ام رسید و سپس به صفر کاهش یافت. در ساعت ۲۰:۰۰ مشخص شد که مقدار AI17002 دوباره به ۱.۵ پی‌پی‌ام رسیده است؛ بنابراین بخش کنترل مرکزی نظارت بر AI17002 را تشدید کرد. در ساعت ۲۰:۱۰، مقدار AI17002 به ۲.۰ پی‌پی‌ام افزایش یافت؛ در همین زمان، بخش کنترل عملیاتی به کارکنان مسئول تصفیه گاز دستور داد تا مقدار N2 و N3 را کاهش دهند. کارکنان بخش کنترل مرکزی نیز به بخش کنترل عملیاتی اطلاع دادند که مقدار AI17002 در حال افزایش است و لازم است مقدار N2 افزایش یابد؛ همچنین درخواست شد تا آنالیز دستی بر روی AI17002 انجام شود. پس از آن، دریچه‌های مربوط به نیتروژن مورد استفاده برای شستشو، TV17039 برای تنظیم دمای گاز، و FV17009 برای تنظیم مقدار نیتروژن، تنظیم شدند. ۲۱:۰۲، AI17002 به ۶.۴ ppm افزایش یافت و همچنان در حال افزایش بود. در این هنگام، کارمند کنترل مرکزی به بخش تنظیمات اطلاع داد تا مقدار مورد نظر را کاهش دهد و همچنین به بخش تحلیل گفت تا تحلیل دومی برای ماده A17002 انجام دهد؛ نتیجه تحلیل ۱۱ پی‌پی‌ام بود. حجم ورودی نیتروژن مایع از ۹۴٬۳۸۴ Nm³/sاز کاهش یافت و به ۸۳٬۸۷۲ Nm³/s رسید. ۲۱:۲۱: مقدار AI17002 به بالاترین میزان یعنی ۹.۵ پی‌پی‌ام رسید؛ در حالی که مقدار آن در تحلیل دستی ۱۵ پی‌پی‌ام بود. در این هنگام، مقدار نیتروژن مورد نیاز برای شستشو به بیشترین میزان خود یعنی ۱۳۰۲۳ کیلوگرم در ساعت رسید. ۲۱:۵۰، مقدار AI17002 به ۵ پی‌پی‌ام رسید. ساعت ۲۲:۰۴ به ۲ PPM کاهش یافت و تحلیل دستی آن ۳ PPM بود. از تاریخ ۲۹ اوت، میزان CO در گاز سنتزی در حال نوسان بوده و با افزایش غلظت آن، سیستم شستشو با نیتروژن مایع وارد عمل شده تا مقدار گاز کاهش یابد. به دلیل فراتر رفتن غلظت CO از حد مجاز، گاز سنتزی دو بار مجبور به توقف شد و سیستم نیز ۲۹ بار برای کاهش مقدار گاز وارد عمل شد. سپس تحلیل تخصصی‌ای بر روی شستشو با نیتروژن مایع انجام شد ； علل وجود CO در گاز سنتزی و روش‌های مقابله با آن ； (۱) مقدار نیتروژن مورد نیاز برای شستشو با نیتروژن مایع کافی نیست ； (۲) دمای شستشو با نیتروژن مایع بیش از حد است ； ، (۳) فشار عملیاتی بسیار پایین است ； (۴) خرابی خط راه‌اندازی شستشو با متانول ； (۵) دلایل تخته‌های مخزن ； راه‌حل ； (۱) افزایش مقدار نیتروژن مورد استفاده برای شستشو (۲) کاهش دمای عملیات شستشو با نیتروژن مایع TI17039 تا زیر -۱۸۵ درجه سانتی‌گراد ； (۳) افزایش فشار سیستم به بالای فشار عملیاتی طبیعی، یعنی ۵.۰ مگاپاسکال ； (۴) وضعیت واقعی باز و بسته بودن مجموعه دریچه‌های خط راه‌اندازی شستشو با متان، HV16003A/B/C/D، را بررسی کرده و اطمینان حاصل کنید که در موقعیت طبیعی قرار دارند ； (۵) تعمیر و نگهداری خودرو. پس از اطمینان از عدم وجود مشکل در اختلاف‌جذب‌کننده‌ها، پلت‌ها و شیرها، دوباره تمرکز خود را بر تحلیل خلوص نیتروژن گذاشتیم. در تاریخ ۱۱ سپتامبر، با همکاری بخش تولید و مرکز کنترل کیفیت (که در صورت نوسان CO در گاز سنتزی، تحلیل دستی ترکیبات N2 انجام می‌شد)، از طریق تحلیل مقایسه‌ای نمونه‌برداری در طی سه روز، سرانجام در تاریخ ۱۳ سپتامبر مشخص شد که دلیل مشکل، میزان بالای CO در نیتروژن است. سه، پیامدهای تجاوز به استانداردها:
۱. باعث توقف دو بار فرآیند سنتز آمونیا شد و بر سیستم سنتز آمونیا تأثیر گذاشت.
۲. مقدار نیتروژن مایع مورد استفاده برای شستشو چندین بار کاهش یافت و این امر بر تولید آمونیا و یوریا تأثیر گذاشت.

چهار، تحلیل علل:
(۱) مقایسه ترکیب گازها ； کربن مونواکسید در شرایط استاندارد، به صورت خالص، گازی بی‌رنگ، بی‌بو و بی‌اثرات تحریک‌کننده است. جرم مولکولی نسبی آن ۲۸.۰۱ است، چگالی آن ۱.۲۵ گرم بر لیتر، نقطه یخبندان آن -۲۰۵.۱ درجه سانتی‌گراد و نقطه جوش آن -۱۹۱.۵ درجه سانتی‌گراد می‌باشد. حلالیت در آب بسیار پایین است و به سختی در آب حل می‌شود. نیتروژن در شرایط عادی گازی بی‌رنگ، بی‌بو و بی‌طعم است و معمولاً غیرسمی می‌باشد. نیتروژن ۷۸.۱۲٪ از کل جو را تشکیل می‌دهد (از نظر درصد حجمی) و چگالی آن در شرایط استاندارد ۱.۲۵ گرم بر لیتر است. نیتروژن در آب حل نمی‌شود؛ در دما و فشار معمول، تقریباً تنها ۰.۰۲ برابر حجم نیتروژن در هر لیتر آب حل می‌شود. نقطه ذوب: -۲۱۰ درجه سانتی‌گراد، نقطه جوش: -۱۹۵.۸ درجه سانتی‌گراد، وزن مولکولی نسبی: ۲۸. از نظر ترکیب گازی، نقطه جوش و جرم مولکولی CO و N2 تقریباً یکسان است. همچنین، شرکت ما تنها با یک دیوار از فیلتر ورودی پمپ‌های فشاردهی هوا در نزدیکی محل تخلیه گازهای کوره‌های فولادسازی فاصله دارد. به دلیل ارتفاع کافی نداشتن محل تخلیه گازها در کوره‌های فولادسازی، در صورت تغییر جهت باد و خاموش شدن مشعل، CO می‌تواند بر اساس جهت باد وارد ورودی پمپ‌های فشاردهی هوا شود. تقطیر فشاری: استفاده از تفاوت نقاط جوش مواد، برای انجام چندین بار فرآیند تقطیر جزئی بخارات مخلوط و تبخیر جزئی مایعات مخلوط، به منظور جداسازی آن‌ها. اجزای مهم هوا، نام، نماد شیمیایی، درصد حجمی و دمای جوش (در ۱۰۱.۳۲۵ کیلوپاسکال):

نیتروژن: N2، ۷۸.۰۹٪، -۱۹۵.۸ درجه سانتی‌گراد
کربن مونوکسید: CO، –۱۹۱.۵ درجه سانتی‌گراد
ارگون: Ar، ۰.۹۳۲٪، -۱۸۵.۷ درجه سانتی‌گراد
اکسیژن: O2، ۲۰.۹۵٪، -۱۸۳ درجه سانتی‌گراد

همان‌طور که از جدول بالا مشخص است، دمای جوش کربن مونوکسید و نیتروژن بسیار نزدیک به هم است؛ بنابراین کربن مونوکسید تولید شده توسط کارخانه‌های فولاد، همراه با هوا وارد توربین‌های تقطیر می‌شود. (۲) روند فرآیند تقطیر در واحد جداسازی هوا، به این صورت است که هوا در ابتدا به نیتروژن و هوای مایع غنی از اکسیژن تقسیم می‌شود؛ نیتروژن گازی موجود در بخش بالایی، در اواپراتور تقطیر اصلی مایع می‌شود، در حالی که اکسیژن مایع موجود در سمت کم‌فشار اواپراتور تقطیر اصلی، گازی می‌گردد. بخش عمده‌ای از نیتروژن مایع به عنوان مایع بازگشتی به برج پایینی بازمی‌گردد؛ بقیه نیتروژن مایع نیز از طریق خنک‌کننده، توسط نیتروژن گازی خالص و نیتروژن گازی آلوده خنک شده و سپس پس از کاهش فشار، به بالای برج بالایی ارسال می‌شود. نیتروژن کثیف استخراج‌شده از بخش بالایی برج پایین، پس از سردسازی در یک کولر، از طریق تنگ‌کن به بخش بالایی برج بالا فرستاده می‌شود. مایع غنی از اکسیژن که از پایین برج پایینی استخراج می‌شود، پس از سردسازی در دستگاه سردکننده، از طریق تنگ‌کن به قسمت میانی برج بالایی فرستاده شده تا به عنوان مایع بازگشتی عمل کند. نیتروژن آلوده از بخش بالایی برج بالا منتقل می‌شود. سپس پس از گرم‌شدن مجدد در خنک‌کن بیش‌فرآوری و انتقال‌دهنده‌های اصلی با فشار بالا و پایین، به بیرون از برج تقطیر ارسال می‌شود؛ بخشی از آن به عنوان گاز بازسازی برای خالص‌سازی با الکترولیت استفاده می‌شود و بقیه وارد برج خنک‌کن آبی می‌گردد. نیتروژن خالص از بالای برج بالا آورده می‌شود، پس از گرم شدن مجدد در کولر فراخنک‌کننده و اختلاط‌کننده اصلی با فشار پایین، از محفظه سرد خارج شده و به برج خنک‌کننده آبی فرستاده می‌شود تا به عنوان منبع سرد، آب محیط را خنک کند. CO همراه با نیتروژن از بالای برج پایینی خارج شده، در اختزال‌کننده اصلی کم‌فشار دوباره گرم می‌شود و سپس از محفظه سرد خارج می‌گردد؛ پس از آن توسط دستگاه فشرده‌سازی نیتروژن تا فشار ۶.۰ MPa فشرده شده و برای شستشو با نیتروژن مایع و سپس برای فرآیند سنتز ارسال می‌شود. تحلیل علل ； (۱) طراحی فانوس‌های گازی کارخانه فولاد مناسب نبوده و انتشار CO به سیستم تقسیم هوا، علت اصلی این حادثه بوده است.
(۲) آگاهی کافی درباره CO وجود نداشت؛ CO همراه با پمپ‌های هوا وارد توربین‌های تقطیر شده و سپس به لوله‌های اصلی N2 راه یافت.
(۳) کارکنان مستقر در محل، هنگام دریافت هشدارهای مربوط به CO، آن‌ها را به موقع گزارش نکردند؛ این امر باعث تأخیر در رفع مشکلات ناشی از میزان بالای CO شد.

چهارم: اقدامات پیشگیرانه
(۱) به کارخانه فولاد اطلاع داده شود که اجازه وجود وضعیت خاموشی فانوس‌های گازی وجود ندارد.
(۲) به کارکنان مسئول بازرسی، گفته شود که در صورت مشاهده هشدارهای مربوط به CO، باید آن‌ها را فوراً به کارکنان کنترل مرکزی گزارش دهند. (۳) همکاری با کارکنان بخش تقسیم هوا برای نمونه‌برداری و تحلیل دوره‌ای CO در N2. منابع: [۱] لو شیائوفنگ، راهنمای عملیات فرآیند شستشو با نیتروژن، انتشارات هوانیو؛ [۲] لی یونگکانگ، شن ویلنگ، «فناوری سرمای شدید»، مجله کلیدی علم و فناوری چین، سال ۱۹۶۱