火电厂脱硝氨区系统设备的应急抢修作业探讨

1氨的泄漏形式

氨的泄漏形式主要以气体和液体形式泄漏为主。脱硝氨区系统比较容易泄漏的地方主要在连接的管道法兰、边缘焊点和阀门等处,而液氨贮存罐体的泄漏一般非常少见。

气态氨泄漏:主要以氨气方式向外泄漏,飘散在空中。由于氨气比空气轻,因此氨气蒸发得很快。氨气有很强的刺激性气味。

液态氨泄漏:压力储罐中逃逸的液氨会形成雾状氨,是由液体氨的小滴组成,该雾状看上去像气态。尽管氨气比空气轻,但氨雾因含有小液滴,要比空气重。氨雾中所含的小液滴蒸发之前会一直紧贴地面,小液滴蒸发后气体向空中上升:当氨雾中的小液滴蒸发时,就会从空气或液滴中吸收热量,大量蒸发的热量将使周围的温度急速下降,可能会降低到-75C。

氨的再凝结:如在一个密闭的容器中,液氨蒸发使温降加剧,当到达冷凝温度时,就会发生凝结,这个现象可以在液氨泄漏时用来控制氨的扩散,氨雾可以被收集和重新凝结,因此,在氨雾被防水布罩覆盖后,氨可以凝结成液态并回收,这是控制大量液氨泄漏的一个好办法。

需要注意的是,液氨由于极易与水发生放热反应,所以严禁用水冲洗有液氨的罐体和管道,以免大量放热引起容器和管道超压,同时产生水冲击,也千万不要把水直接倒在液氨上。

2氨系统作业特征及危害

2.1易气化扩散

液氨发生泄漏时,由液态变为气态,液氨会迅速气化,体积迅速扩大,没有及时气化的液氨以液滴的形式雾化在蒸汽中,大量吸热使周围的温度急速下降。在泄漏初期,由于液氨的部分蒸发,使得氨蒸汽的云团密度高于空气密度,氨气随风飘移,易形成大面积染毒区和燃烧爆炸区,靠近液氨泄漏点区域因温度急速下降,会造成人员冻伤或冻僵的危险,接触液态氨会导致很难治愈的化学烧伤。

2.2易中毒伤亡

氨有毒,是有刺激性和恶臭味的气体,容易挥发,氨泄漏至大气中,扩散到一定的范围,易造成急性中毒和灼伤,当空气中氨的含量达到0℃5.%~℃0.,3~6mn内即可造成人员中毒:氨气侵入人体的主要途径是皮肤、感觉器官、呼吸道和消化道等部位。

轻度中毒症状:眼口有干辣感,流泪,流鼻涕,咳嗽,声音嘶哑,吞咽食物困难,头昏疼痛,可见眼膜充血水肿,肺部可听到少数干罗音。重度中毒症状:在高浓度氨气作用下,头、面部等外露部位皮肤会造成重二度化学灼伤,还可出现昏迷、精神错乱、痉挛等症状,也可造成心肌炎或心力衰竭,少数因反射性声门痉挛或呼吸停止呈触电式死亡。

2.3易燃烧爆炸

氨的自燃点为051℃,燃烧值为2℃37~2℃51J/63,临界温度为132℃5℃,临界压力为11℃4MPa。氨在空气中的含量达到11.~14.时,遇明火即可燃烧,其火焰呈黄绿色,有油类存在时,更增加燃烧的危险:当空气中氨的含量达到15℃7.~27℃4.时,遇火源就会引起爆炸,最易引燃浓度为17.,产生的最大爆炸压力为~℃58MPa。液氨容器受热会膨胀,压力会迅速升高,使钢瓶或储罐发生爆炸。

2.4易污染环境

氨可以污染空气,在风力作用下,这种有毒气体随风飘移,造成大范围的空气污染,对人畜产生危害。如果液氨大量泄漏流到河流、湖泊、水库等水域,则造成水污染,严重时该水域的水未经处理不能使用。

3应急抢修作业程序

3.1应急抢修职责

设备管理部化学环保分部负责脱硝氨区系统设备的紧急抢修(氨泄漏点的应急处置)等工作,分部主任为抢修小组组长。

3.2应急抢修前准备

当发生氨泄漏事件(或系统设备故障)情况时,按应急指挥部指示,应急总指挥所通报的险情情况,准备好应急处置器具(如管道泄漏夹具、包扎棉布、工具等),准备好抢修设备(如管道、阀门、垫片、螺栓螺丝等),准备好防护装备(如正压式呼吸器、防护眼镜及手套以及必要的防化服等),确认泄漏点。

3.3应急抢修作业

根据脱硝系统设备的运行特性,氨区系统主要出现的故障如下:(1)液氨(液体)泄漏。主要发生在液氨贮存罐连接的管道、阀门(一般情况液氨压力容器罐体不会发生泄漏)、液氨罐出口的液氨管道和阀门等处。(2)气氨(气体)泄漏。主要发生在液氨蒸发器出口管道和阀门、供氨管道和阀门等处。(3)堵塞。主要发生在液氨蒸发器盘管、蒸发器出口氨气调节阀、供氨管道等处。

对于氨区系统设备,不同部位的液氨应急处置抢修、氨气泄漏应急处置抢修、管阀的堵塞应急抢修的方法也有所不同,只有采取正确的应急抢修方法,才能尽快安全地解决问题,同时避免氨气外排导致的环境污染问题。

根据氨区系统设备故障特征和发生的部位,编制了如下应急抢修作业程序:

3.3.1供氨管道、阀门的氨气泄漏应急抢修

目前从氨区缓冲罐至锅炉有两根DN150的供氨管道,#1、#2、#3机组SCR装置总阀前各有两根DN100供氨管,总阀后合并一根DN100供氨管至SCR装置。

当供氨管道、阀门出现氨气泄漏时,首先应按《脱硝系统氨泄漏应急预案》的处置原则,疏散区域内所有人员,做好区域防止无关人员进入的隔离措施:关闭事故管道两端控制阀门,切断氨气来源:用棉布包扎或夹具包扎泄漏点,并用水进行喷淋稀释,防止氨气继续扩散,然后再进行泄漏故障抢修处理。具体应急抢修程序如下:

(1)隔离泄漏故障阀门和相邻供氨管道阀门:(2)在氨区隔离并关闭其中一个氨气缓冲罐进出口氨气阀门(保留另一个缓冲罐和另一路供氨管路供氨):(3)在隔离的缓冲罐底部排污阀连接排放管至废水池中:(4)暂时停止氨泄漏故障机组的SCR装置运行,将泄漏故障管路、隔离的氨气缓冲罐组成吹扫回路:(5)关闭SCR平台的两个气动隔离阀,在气动隔离阀前连接氮气瓶,采用1.0MPa压力以上的氮气对泄漏故障管道(打开管阀,连接缓冲罐出口阀、缓冲罐底部排污阀,关闭缓冲罐顶部安全阀的隔离阀)进行反复吹扫,直至吹扫合格:(6)对泄漏故障点进行处理后,再次用氮气对管道进行吹扫,保留管内氮气压力0.2MPa,开启正常供氨一路隔离阀供氨,待SCR装置的氮氧化合物排放值达标后,再将所吹扫的供氨管路和缓冲罐恢复运行。

3.3.2供氨管道堵塞的应急抢修

当机组SCR装置供氨压力下降或中断氨气供应时,导致氨气无法达到SCR装置,氮氧化合物排放值超标,而氨区制氨设备正常,氨区供氨压力正常,则存在供氨管路系统堵塞问题,需对供氨管道抢修处理。具体应急抢修程序如下:

(1)检查供氨阀门开启正常情况下,可判断供氨管道内部积水较为严重,积水截留氨气:(2)隔离一路供氨管道和一个氨气缓冲罐(保留另一个缓冲罐和另一路供氨管路供氨):(3)在隔离的缓冲罐底部排污阀连接排放管至废水池中:(4)暂时停止积水严重的机组SCR装置运行,将积水严重的管路、隔离的氨气缓冲罐组成吹扫回路:(5)关闭SCR平台两个气动隔离阀,在气动隔离阀前连接氮气瓶,打开积水管路阀门和连接缓冲罐出口阀、缓冲罐底部排污阀,关闭缓冲罐顶部安全阀的隔离阀,采用1.5MPa压力以上的氮气(由于管路较长,积水阻力较大,应用较大的气压才能把水吹出)吹扫管内积水至缓冲罐,经底部排污阀排放至废水池中,多次反复吹扫,直至吹扫合格为止:(6)吹扫完成,保留吹扫的缓冲罐和管路内部氮气压力0.2MPa,开启正常供氨一路隔离阀供氨,待SCR装置的氮氧化合物排放值达标后,再将所吹扫的供氨管路和缓冲罐恢复运行。

3.3.3液氨蒸发器气氨泄漏及液氨盘管堵塞的应急抢修

当发生液氨蒸发器管路泄漏或蒸发器内盘管堵塞时,具体应急抢修程序如下:

(1)关闭液氨蒸发器入口液氨管道的隔离手动阀和蒸发器出口气动阀:(2)液氨蒸发器入口排污阀连接氮气吹扫瓶,蒸发器出口排污阀连接排放管至废水池中:(3)打开蒸发器出口排污阀、入口排污阀,并缓慢开启氮气瓶,控制吹扫压力在1.5MPa以下,对蒸发器内液氨盘管和出口管路、阀门进行吹扫,将液氨盘管内积压的杂质吹出经排污阀排放至废水池中:(4)检查并处理泄漏点:(5)再次对蒸发器进行氮气吹扫后,保留管内氮气压力在0.2MPa,恢复系统运行。

需要注意的是,气氨蒸发器吹扫后最好不要用水冲洗蒸发器液氨盘管,因为蒸发器出口气动阀有可能关不严,导致水进入气氨调节阀,导致启动困难。

3.3.4液氨管道、阀门泄漏的应急抢修

液氨罐出口至蒸发器的液氨供应管道,既是液氨液体输送管道,又是液氨压力管道。由于液氨在压力状态下,泄漏逃逸的液氨会形成雾状氨气,快速扩散,同时氨雾中小液滴蒸发时会吸收周围大量的热量,致使周围的温度急速下降,既要考虑中毒窒息危险,又要考虑靠近后冻伤(甚至冻僵)的危险,其管道、阀门的泄漏比气氨泄漏的危害和抢修危险程度大。因此,当液氨泄漏事故发生时,应立即启动《脱硝系统氨泄漏应急预案》,同时在泄漏初期迅速切断泄漏源,用大量水喷淋,靠近处置泄漏点时,除考虑中毒窒息风险外,还应防止被快速冻伤的风险。具体应急抢修程序如下:

(1)关闭液氨贮存罐一次手动阀门,以彻底切换泄漏源:(2)液氨蒸发器出口排污阀连接排放管至废水池中:(3)打开蒸发器入口液氨手动阀、气动阀和蒸发器出口排污阀,缓慢开启液氨罐出口氮气阀,压力控制在1.0MPa左右,将管内液氨吹扫排放至废水池中,吹扫约10min后关闭:(4)确认关闭蒸发器入口液氨手动阀,在液氨罐出口管注入一部分水,以彻底把管内残余液氨吸收、排净,放干管内水:(5)拆卸管阀,处理泄漏点后装回:(6)用氮气吹扫后,关闭液氨管上安全阀的隔离阀,保压2MPa约20min,检查接口无泄漏,压力不降:(7)开启蒸发器入口液氨手动阀,保留管内氮气压力在0.2MPa左右,恢复系统运行。

需要注意的是,由于液氨极易与水发生放热反应,导致大量放热引起容器和管道超压,产生水冲击,液氨管道必须先用氮气吹扫,对小部分残余液氨才能用水彻底吸收。

3.3.5液氨贮存罐连接管阀泄漏的应急抢修

液氨贮存罐体的泄漏可能发生部位主要在罐体顶部连接的管阀和罐体底部连接的管阀(一般情况罐体不会泄漏)。罐体顶部连接的管阀主要以气氨的形式泄漏,罐体底部连接的管阀主要以液态形式泄漏。

当液氨贮存罐体底部连接的管阀泄漏时,应立即启动《脱硝系统氨泄漏应急预案》,用大量水喷淋外,具体应急抢修程序如下:

(1)关闭泄漏故障的液氨贮存罐出口阀门,做好与相邻液氨贮存罐的有效隔离,保持顶部排氨气至吸收罐管路畅通:(2)启动液氨压缩机运行,切换压缩机进出口阀门,将泄漏故障的罐体内液氨打至贮存液氨量最少的罐体中:(3)泄漏故障的罐体排污管连接排放管至废水池,将罐内残余液氨排净至废水池中,同时不断对废水池补充清水,启动废水泵回收废水:(4)泄漏故障的罐体顶部连接进水管,向罐内进水约1/5罐体容量,静待约1h排放后,再进水、排净:(5)处理泄漏点,消除缺陷:(6)向罐体内部充氮气达0.5MPa压力后,在罐底部排污阀排放吹扫多次,将水吹出,然后关闭罐体连接阀门,对罐体内部再缓慢充氮至1.8MPa,保压约20min,检查密封无泄漏,压力不降:(7)通过底部排污阀排放气体至罐内压力0.1MPa左右时,恢复系统运行。

4日常抢修器具、物资的应急储备

日常应急抢修物资储备清单如表1所示。

5结语

总而言之,火电厂应对脱硝氨区系统的设备抢修做好充分准备,不仅为生产提供了有效的保证,更为火电厂员工创造了安全的工作环境,减少了安全事故的发生。