О безопасности аммиачных производств


Газообразный аммиак является токсичным соединением, опасен при вдыхании. Смесь аммиака с воздухом взрывоопасна. Поэтому для безопасного функционирования аммиачных производств необходимо осуществлять бесперебойное энергоснабжение, выполнять все работы в строгом соответствии с регламентом, иизмерения и своевреспользовать подходяще материалы для изготовления оборудования, а также проводить диагностические менный ремонт.

 

Поломки и аварии
Одним из условий надежного функционирования завода по производству аммиака является бесперебойная подача электричества. Последствия прекращения подачи электроэнергии приводит зачастую не только к потере продукции, в чем на своем опыте убедилась фирма Kaltim, когда в марте 2003 г. случился сбой подачи высоковольтного напряжения на ее заводе. К сожалению это послужило причиной сбоя в работе установок первичного и вторичного риформинга, потому система не отключила воздушный компрессор во время остановки. И кода подача энергии возобновилась, воздушный компрессор остался в рабочем положении. Воздух прошел через установку вторичного риформинга и попал в высокотемпературный конвертер, что послужило причиной превышения температуры. Из-за этого спекся катализатор, и повредились сварные швы между нижней плитой реактора и перфорированным куполом, который поддерживает катализатор. После замены катализатора и ремонта сварных швов, установку можно было заново пустить в работу, но теперь ее мощность понизилась и составляла 92% от первоначальной. В этих условиях завод функционировал до января 2004 г., когда в установку был встроен новый высокотемпературный конвертер. После этого завод функционирует нормально, его производительность составляет 108% от проектной.
Компания Incitec Pivot анализирует поломку пускового нагревателя в конвертере синтеза, которая случилась на заводе в 2005 г. на заводе Gibson Island, построенном в 60-х годах прошлого века. Обычно у операторов имелись сложности с растопкой печи, потому что контроллеры пламени не были надежными. Устоявшейся практикой стало зажигать растопочную горелку перед любой подачей синтез-газа в печь, для чего было необходимо перекрывать нижний поток на предохранительном клапане. Эта практика существовала до 2004, даже после того, как горелки заменили.
По этой причине основные горелки были запущены с закрытым потоком синтез-газа. Последовал перегрев спиралей в печи, что явилось причиной их разрушения, и газ, поступив в камеру горения, вызвал взрыв. Группа специалистов предложила внести процедуры HAZOP и CHAZOP в технический регламент процесса для защиты от возможного повторения такого происшествия. Эти процедуры были разработаны, и в установку встроены различные расходомеры, термопары и другие приборы. В своем докладе эти специалисты особо подчеркивают, что нельзя отключать системы безопасности, которые контролируют работу оборудования.
Хотя аварии часто случаются не внезапно, водородная коррозия достаточно незаметна и проявляется не сразу. Компания Agrium сообщает о важных методах обнаружения, контроля и исправления дефектов в горизонтальном конвертере аммиака. После всестороннего изучения и проверок, проводившихся с 1994 г. на аммиачном заводе Fort Saskatchewan компании Kellogg, в 2005г было сделано заключение, что причиной аварии была водородная коррозия при высокой температуре, и что в некоторых сварных швах были использованы неподходящие материалы.

Хранение аммиака
Большая часть аммиака хранится в охлаждаемых резервуарах при атмосферной температуре. Альтернативный вариант – хранение при температуре окружающей среды и под давлением применяется только для относительно маленьких колличеств (около 1000 т). Резервуары бывают различных типов, в основном их можно разделить на две группы: одностенные с наружной изоляцией и двустенные.
Учитывая, что емкости рассчитаны на хранение от 5 до 60 тыс. м³ аммиака, последствия внезапного разлива могут быть катастрофическими. Существует две  основные причины разрушения резервуаров. Первая – это образование трещины в результате коррозии под давлением, при действии аммиака и кислорода на высокопрочные углеродистые стали. Другая причина – это повышение давления, выше уровня нормального функционирования.
Компания Yara International имеет обширный опыт работы с охлаждающими емкостями для хранения аммиака и владеет 24 такими танками. В январе 2005 г. в Ростоке (Германия) произошла интенсивная реакция в емкости, принадлежащей компании Yara. Эта емкость была возвращена в эксплуатацию после ремонта. Ее охладили в соответствии со стандартной процедурой, принятой в аммиачной промышленности, ввели сначала водный раствор аммиака и затем начали вводить распыленный жидкий аммиак, который должен был постепенно смешиваться с водным раствором. Но на поверхности водного раствора аммиака имелся тонкий слой масла, который помешал смешиванию. В тот момент, когда открыли дренажный клапан, слой масла нарушился, и произошла интенсивная реакция между жидким аммиаком и раствором, а выпускные клапаны не были рассчитаны на такой выброс, резервуар раздулся и разорвался в месте сварного шва с плитой основания. Более 100 т аммиака вылилось, два работника предприятия были ранены, один смертельно. В результате этого инцидента компания Yara решила исследовать на предмет безопасности все свои резервуары для хранения аммиака при атмосферном давлении.
Из-за коррозионного растрескивания под давлением, которое вызывает аммиак, компания Yara не рекомендует открывать резервуар ни для каких целей, если при открытии в него может попасть кислород, так как этот вид коррозии (обычно затрагивающий сварные швы и наиболее деформируемые под давлением зоны) случается только в присутствии жидкого аммиака и кислорода. Компания составила ряд важных критериев для выявления причин и выбора методов проверок аммиачных резервуаров, и совместно с компанией TNO, Delft, (Нидерланды) разработала метод ультразвуковой дефектоскопии для обнаружения коррозийного растрескивания, основанный на пропускании узкого луча. Времяпролетную дифракцию (Time of Flight Diffraction - TOFD) можно использовать для выявления размеров дефектов найденных с помощью узкого луча.
Кроме риска коррозийного растрескивания под воздействием аммиака существуют и другие несомненные недостатки опорожнения резервуаров для внутреннего осмотра, одним из очевидных недостатков является потеря емкостей для складирования. Также неизбежно происходит нагревание пустой емкости на несколько градусов, и ее последующее охлаждение при новом заполнении, все это может стать причиной повреждения.
Одесский портовый завод совместно с Институтом электросварки им Е. О. Патона (Киев, Украина) установил систему мониторинга, основанную на акустической эмиссии, на своих аммиачных резервуарах емкостью 30 тыс. т, расположенных в городе Южном на Черном море. Эта система непрерывно контролирует состояние и обеспечивает мгновенное предупреждение об анормальных изменениях в конструктивной целостности резервуара. Данная система дополняет обычные приемы проверки. Матрица, состоящая из 56 датчиков, вмонтированных под изоляцией вдоль всех стенок резервуара с шагом 7 м по вертикали и 10 м по горизонтали, эффективно собирает сигналы, которые исходят от структуры резервуара, когда происходят какие-то деформации или другие неполадки, такие как образование трещин. Сигналы собираются в промежуточный усилитель и передаются через оптоволоконный канал связи в Институт электросварки для расшифровки и анализа, с помощью программного обеспечения, разработанного этим институтом совместно компанией Videoton (Венгрия).
Система может ответить на фундаментальные вопросы, такие как «какая нагрузка разрушительна для структуры?» и «как долго структура может функционировать с неисправностями, обнаруженными во время проверки?»
Одесский портовый завод уже применяет метод акустической эмиссии в производстве аммиака, начав с самых опасных и ненадежных участков. Это приближает завод к очевидной цели – выводить из работы установки на основе их актуального технического состояния, а не в соответствии с планом.

По материалам журнала «Nitrogen+Syngas»