焦炉煤气净化装置吸附剂更换的危险因素分析及安全控制.doc

分析及安全控制郑宏权（江苏沙钢集团热电厂，江苏张家港 215625）【摘要】针对沙钢集团有限公司热电厂有 4 台 CCPP 燃气 - 蒸汽联合循环机组配套的焦炉煤气净化装置吸附剂失效需更换的现状，从吸附剂的吸附过程、吸附机理、危险因素、过程控制层层进行分析，并在实际的更换过程中严格对危险因素进行安全控制，保证了整个更换过程安全无事故。【关键词】 吸附剂；危险因素；安全控制【中图分类号】 TQ546.5【文献标识码】 B【文章编号】 1006-6764(2011)07-0030-03Coke Oven Gas Purification Device Adsorbent Replacementof the Risk Factors and Safety ControlZHENG Hongquan(Thermal Power Plant, Jiangsu Shagang Group, Zhangjiagang, Jiangsu 215625, China)【Abstracts】Shagang Group Co., Ltd. for a 4 CCPP Thermal Power Plant Gas -steam com bined cycle units supporting the coke oven gas purification device adsorbent failure status to be re placed from the adsorption process, adsorption mechanism, risk factors, process control layers of the analysis, and the actual replacement process in the strict security control of risk factors to ensure the safety of the entire replacement process, no accidents.【Key words】adsorbent；risk factors；security control前言江苏沙钢集团有限公司热电厂有 4 台 CCPP 燃 气-蒸汽联合循环机组，其中燃机为日本三菱公司生 产的M-251S 型机组，将焦炉煤气作为燃机启动时 点火和正常运行时助燃使用，每台机每小时的使用 量约为1000 m3。由于焦炉煤气含杂质多，尤其是含 大量芳香烃、焦油、硫化氢等杂质对燃机的叶片有很 大影响，为了保证焦炉煤气的质量，该 CCPP 燃气- 蒸汽联合循环机组配套使用了一套 12500 m3/h 的 焦炉煤气净化系统。该装置长时间运行后吸附剂已 经失效无法再生，因此必须进行更换。天）再生一次。 再 生 气 是 压 力 0 . 2 MPa ，温 度 400 的过热蒸汽，再生后的废液进入污水池。脱油脱萘剂约 1 年更换一次。焦炉煤气经脱油脱萘系统脱除大部分油和萘， 除去萘、苯、CmHn 和部分 NH3、HCN。该系统由 4 台精脱苯塔组成，其中 3 台脱苯塔并联吸附，1 台脱苯 塔再生。精脱苯塔中吸附剂 12 天全部再生一次。（每3 天再生 1 台）再生气是压力0.2 MPa，温度250 的氮气对精脱苯塔中吸附剂加热到150 ，吹除其 中的萘、苯、CmHn。再生结束后采用常温氮气进行冷 吹，直至吸附剂降至常温。脱苯吸附剂约 2 年更换一次。精脱苯系统出来的焦炉煤气，除去萘、苯、CmHn 和部分 NH3、HCN 杂质，进入精脱硫系统由 2 台精 脱硫塔串并联组成，可 2 台精脱硫塔同时吸附；也可1 台脱硫塔粗脱硫，另 1 台脱硫塔精脱硫。脱硫吸附 剂约 1 年更换一次。1焦炉煤气净化装置的工作过程及再生本装置分为原料焦炉煤气脱油脱萘系统、精脱 苯系统和精脱硫系统三部分。在脱油脱萘系统，原料 气 在 5 8 kPa 压 力 下进入脱油脱萘系统脱除其中的萘、焦油，同时 也可脱除部分硫化氢、苯等杂质。脱油脱萘系统 由 4 台脱油脱萘塔组成，3 台同时吸附，每个脱2吸附剂更换过程中的危险因素分析3彻底的再生，但经过长期对焦炉煤气中有毒气体的吸附，以及长期的温度交变使用后，其内部微孔中积 存有大量的硫化物、萘、焦油、氨态化合物等多种有 害组分，造成吸附剂微孔堵塞和缩变，活性下降，很 难将有害物质全部析出，因此在作业时就会挥发出 焦油、苯等混合气体，长时间接触后就会产生头晕、 呕吐等身体不适。3.2 更换过程中 Fe S 的自燃气污染。如遇到下雨，有害物质极易从袋中流出，污染水质。如遇太阳曝晒，包装袋很容易变质脆化，在 搬运过程中抛洒造成二次污染。吸附剂更换过程中的安全控制防止有毒、有害气体挥发产生中毒的安全措施 为了避免挥发的气体对人体造成伤害，在作业44.1时应逐层进行，并且在塔顶喷水降温降低有害气体的挥发速度。人应站在人孔门的侧面，佩戴有效的防 护仪器用专用工具扒出，尽量不要进入塔内。等塔内 绝大部分废旧吸附剂已经扒出后，分别打开各人孔 门及下料口通风，保持通风 24 h 后，用 CO 报警仪 或含氧量测试仪进行检查或飞鸽试验，合格后方可 进入。若检测不合格，需佩戴空气呼吸器。4.2 防止更换过程中 Fe S 的自燃的安全措施（1）作业中控制氧含量，防止 FeS 自燃。硫化亚 铁的氧化必须有氧气的存在，所用在停工检修之前，用氮气对塔内部的可燃气体置换，使硫化亚铁粉末 不能与空气中氧接触发生氧化反应。在进塔作业前 不能同时打开上下人孔，只打开需作业处人孔，否则 空气会形成对流，使塔内的氧含量大大提高。（2）作业时严格控制温度。影响硫化亚铁氧化的 主要因素为温度，所以在停工、蒸汽吹扫后，决不能立即打开人孔门进行作业，须在塔内温度冷却到室 温以下，且采取防止硫化亚铁自燃的必要措施后才可打开人孔。填料塔体积大，热容量高，在不通风的情况下自然冷却慢，可从塔顶注水冷却，提高冷却速 度。4.3 更换的废旧吸附剂现场保存与无害处理4.3.1 现场保存根据吸附剂的使用参数和其他单位的使用情 况，吸附剂吸附饱和后一般重量都能达吸附剂重量的 140%。则焦炉煤气净化装置吸附剂总重量实际 约增加到 454 t。详见表 1。硫化亚铁的产生原因3.2.1热电厂使用的焦炉煤气中 H2S 的含量超过了300 mg/m3，首先经过脱油脱萘后，大量的硫化氢会 被吸附，由于脱油脱萘塔采用蒸汽再生，当有水存在时，这些硫化氢对焦炉煤气管道和塔体铁质设备具 有明显的腐蚀作用，反应过程为：H2S=H+HS-HS-=H+S2- 这是一种电化学腐蚀过程： 阳极反应：FeFe2+2e 阴极反应：2H+2eH（2 渗透钢中） Fe2+与 S2-及 HS-反应：Fe2+S2-FeSFe2+HS-=FeS+H+ 另外，硫与铁可直接作用生成硫化亚铁： FeSFeS生成的硫化亚铁结构比较疏松，均匀地附着在 设备及管道内壁。3.2.2 硫化亚铁自燃的机理及现象（1）硫化亚铁自燃的机理 硫化亚铁及铁的其他硫化物在空气中受热或光照时，会发生如下反应：FeS+3/2O2=FeO+SO2+49 kJ2FeO+1/2O2=Fe2O3+271 kJ FeS2+O2=FeS+SO2+222 kJ Fe2S3+3/2O2=Fe2O3+3S+586 kJ（2）硫化亚铁自燃的现象硫化亚铁自燃的过程中如没有一定的可燃物支 持，将产生白色的 SO2 气体，常被误认为水蒸汽，伴有刺激性气味；同时放出大量的热。在吸附剂的扒出过程中往往能看见从塔体人孔门冒白色蒸汽，塔内 温度同步也会上升。3.3 更换下来的废旧吸附剂环境污染 从塔内扒出的吸附剂一般都是装袋堆放，由于吸附剂的数量较大，场地占有面积很大，而且由于吸表 1吸附剂吸附前后重量变化表比重/tm- 3体积/m3重量/t吸附饱和后重量/t品名与型号备注20 mm 瓷球50 mm 瓷球 can- 229 can- 110 can- 324 xnl- 01合计不增加不增加 增加 40% 增加 40% 增加 40% 增加 40%-1.81.60.530.450.780.8-28.967.2551.9111.651.9111.6152.5948.65111.73477.252454.816205.641509 108.9977.2222222102.32051368.97534.7579.8155.18489.342575 345.14附剂在现场应按吸附剂的种类装袋，禁止混装。并在堆废料现场采取防雨、防晒措施，另外现场废料的堆 放时间一般不能超过 3 天。4.3.2 有毒吸附剂处理 根据国内目前有毒吸附剂的处理经验，结合沙钢的特殊情况，特制定两种处理方案。第一种方案：由环保公司有偿处理 454 t 吸附剂，其处理费 为 2000 元/t，处理总费用约为 90.8 万元。其包含工 作内容为：含从厂内用车拉走的运输费和装车费、以 及拉走后的处理费。第二种方案： 更换卸出的有毒旧吸附剂，进行场地转移搬运、捡选、分类、以及施工过程中的安全防护。将分出的 碳质吸附剂（约 300 t）运往焦化厂，加入到焦炉内焚 烧，其挥发出的有害组分与焦炉煤气的组分相同，并 一同去净化工序处理；焚烧后的碳变成了焦碳去炼公司有偿处理。出于经济性考虑，宜采用第二种处理方案，同时对 60 多吨重的瓷球可进行回收再利用。吸附剂更换的实施2010 年 5 月 10 日开始，热电厂组织对焦炉煤 气净化装置进行吸附剂更换，采用边生产、边施工的 模式逐组进行。对准备更换吸附剂的脱油脱奈塔、脱 苯塔与塔体连接的所用阀门采用眼镜阀或加装盲板 可靠隔离，然后分别按照再生工艺对其进行彻底的 再生、冷吹，具备条件后，严格按照吸附剂更换的安 全控制措施执行，至 7 月 30 日整个吸附剂全部更换 结束，没有出现人员中毒、现场污染、自燃等情况。因 此只要掌握了废旧焦炉煤气吸附剂的危害因素及安 全控制的方法，就能够避免吸附剂更换过程的重大 风险。收稿日期：2010- 10- 19 作者简介：郑宏权（1975-），男，1999 年毕业于中国矿业大学热能动 力专业，工程师，现从事电厂运行管理工作。5!（上接第 29 页）政策、法规、法令。突出专业专业化队伍的工作组织和职责。严格贯彻煤气危险作业指示图表等有关 煤气作业程序。加强煤气系统信息联络和调度指挥 等是实现煤气安全生产的主要任务。 参 考 文 献 1 刘全兴. 高炉热风炉操作与煤气知识问答M. 北京：冶金工业出 版社，2005.2 刘全兴. 关于钢铁厂煤气事故特征分析与防范的探讨J. 钢铁产 业，2007，（6）：25- 2.收稿日期：2011- 05- 18作者简介：程前进（1977-），男，2001 年毕业于山东科技大学城市燃 气专业，工程师，现从事煤气生产管理工作。结语55.1 钢铁工业快速发展,煤气操作及管理人员队伍培养相对“滞后”；煤气安全技术普及教育没有形成规范化、制度化; 设计、施工、生产管理缺乏对煤气 设施应有的专业知识和经验，设计、施工、检修不合 实际，给工厂埋下隐患；煤