岑森裕 蒋松江

(四川美丰梅塞尔气体产品有限公司，四川绵阳，621000)

1 概述

某公司二氧化碳生产装置的原料气为氮肥生产企业合成氨装置和硝铵装置的脱碳尾气，原料气为二氧化碳含量99%以上的混合气体。原料气中含有微量的氧、氮、一氧化碳、氢、碳氢化合物、含氧有机物、水等组分杂质气体。该二氧化碳生产装置将二氧化碳原料气体经洗涤、压缩、干燥、提纯、液化等工序，除去原料气中的杂质，从而生产出符合国标的食品级液体二氧化碳，并储存至二氧化碳储罐内。

2 工艺流程简介

该公司生产装置采用的是中压法回收制备液体二氧化碳。

来自硝铵装置的尾气(温度约为50℃、压力约为0.03barG)进入本装置后进入水洗塔。水洗除去硝铵、硝酸等杂质后的气体(温度约为30℃)进入分离器，分离气体中的气态水。来自硝铵装置的原料气通过增压装置进行增压后，与来自合成氨装置的原料气混合。混合后的气体进入二氧化碳气体压缩机一段进口，经压缩机三段压缩增压，压缩机三段的出口气体压力提高到2.2MPaG以上，再进入CO2净化提纯系统。

通过压缩增压后的气体送入预冷器进行制冷，其冷量由液氨蒸发获得。从预冷器出来的气体温度小于5℃，再将它送入干燥器，通过干燥器内的分子筛除去甲醇和水。除去甲醇和水之后的CO2再进入吸附器，主要吸附原料气中的硫、氮氧化物等杂质气体。吸附器采用两塔串并联工艺，采用活性炭作为触媒进行吸附杂质气体，触媒可通过人工操作切换再生。装置日常运行时，两台干燥器采用并联形式进行工作，一台进行吸附，同时另一台进行电加热再生。干燥器的吸附周期一般为36小时，经过36小时的吸附后切换进入再生过程。整个干燥与再生的过程均通过中控室PLC程序控制完成。

再将经低温吸附后的CO2气体送入液化器，此时CO2气体在液化器内被冷却液化成液态。液化过程中的冷量利用氨制冷框架中的液氨循环制冷。液态CO2及所夹杂的不凝气进入提纯塔进行精馏以进一步分离相对低沸点的杂质，在提纯塔内不凝气与液体CO2进行分离。来自提纯塔排放的不凝气体和干燥器再生时排放的再生废气，通过提纯塔顶部的放空排气筒统一进行集中排放。在提纯塔底形成符合质量要求的液体CO2，经过冷器的进一步冷凝之后最终进入CO2储罐，再通过低温液体屏蔽泵充装充入槽车、气瓶等容器内，再通过运输车辆供应到终端客户。

生产工艺流程简图如图1。

图1 生产工艺流程图

3 原料气的成分情况

生产装置所用二氧化碳原料气为合成氨脱碳尾气和硝铵脱碳尾气，该原料气中CO2含量大于99%(mol%)，同时含有氧、氮、一氧化碳、氢、碳氢化合物、含氧有机物、等组分以及饱和水等杂质气体。将原料气取样实验室进行全组分分析，原料气的详细组分见表1。

表1 硝酸铵装置CO2尾气数据表

表2 合成氨装置CO2尾气数据表

4 对放空气进行易燃气体含量追踪分析

该二氧化碳生产装置的放空气来源：来自提纯塔排放的不凝气体和干燥器再生时排放的再生废气，通过提纯塔顶部的放空排气筒统一进行集中排放。根据原料气组分分析中含量最高的两种易燃性气体H2和CO，通过气相色谱对放空气进行易燃气体含量进行组分分析，近半年的追踪分析情况如表3和图2。

表3 放空气中易燃气体含量组分的追踪分析

图2 提纯塔放空气中二氧化碳和氢气组分的追踪分析

根据半年时间的追踪分析可见，CO的爆炸极限是12.5%-74.2%(体积浓度)，放空气中的CO含量远远小于爆炸极限的体积浓度下限。

氢气的爆炸极限是4.0%-75.6%(体积浓度)，如果放空气中氢气的体积浓度在此范围内时，遇到火源就会发生爆炸。根据近半年时间的追踪分析，有较长一段时间内，放空气中H2组分的体积浓度会大于氢气的爆炸极限的下限4.0%。故二氧化碳生产装置内的放空气体成分中的氢气组分，极有可能因放空气体的反窜等情况在部分设备、管道等的狭小空间内积聚。如果氢气在有限空间内积聚后含量较高，在检修等作业过程时遇到外面空气进入混合则极易发生闪燃、闪爆等安全事故。

5 安全防护措施

为有效控制消除二氧化碳生产装置中放空气反窜等造成局部空间内放空气体积聚，易燃气体氢气含量较高的易燃易爆风险，公司有针对性地采取了以下安全管理措施：

(1)中心控制室监控设备上发现设备压力、气体流量等数据与操作规程的工艺数据偏差波动较大时，应立即上报公司生产、工艺部门尽快安排检查，采取有效措施排除异常。日常巡查工作中对干燥器、吸附器、提纯塔一段装置设备进行重点关注，发现有管道、阀门等疑似泄露情况时应立即上报公司生产、安全管理部门立即安排进行处理。

(2)在安排检修工作前，生产管理部门应安排中控室操作人员对生产装置进行吹扫排空，吹扫时间应不少于一个班(8小时)，确保各个设备内无尾气反窜导致积聚的易燃气体，排除易燃气体在设备内积聚达到超过爆炸极限下限的安全隐患。

(3)在检维修作业中，严格落实各类特殊作业许可证的管理和审批。企业必须规定在进行各项检维修作业前，必须向安全管理部门申请办理相关作业许可证，安全管理人员对作业方案进行审核，并对现场检修设备管道、设备内的气体进行易燃气体检测分析，对有气体泄漏的管道应增设盲板堵漏，确认作业环境、安全条件符合安全要求后，再出具相关作业许可证，作业人员方可进行检修施工。

(4)加强检维修作业过程中的监护力度。在检维修过程中，作业人员进行管道动火作业、受限空间作业时，监护人员应加强监护力度，对环境内的易燃气体和氧气组分含量至少每两小时进行取样分析，以确保检维修作业过程中的作业环境安全。

6 总结

总而言之，化工装置的生产工艺流程大多比较复杂。由于生产装置、设备连续性运行，原辅料、生产环境等因素均会积累产生安全隐患，导致生产装置在日常运行、检修作业中存在着许多潜在的不安全因素。多年来人们一直在寻找一种简便易行的方法，用来防范风险，消除隐患，预防事故。如果能有效地识别各个风险因素，熟练地掌握或驾驭这些不安全因素和预防方法，化工生产装置和设备的运行、检修就会顺利，可以有效避免各种安全事故的发生。