硫酸装置存在氢气爆炸的风险源

1. 氢气的危害

氢气是无色、无味难溶于水的可燃气体,其密度只有空气的1/14,在标准状态下密度为0.089g/L。氢气的燃点为574°C,爆炸极限为4.1%-74.1%。在硫酸装置中,氢气会聚集在设备的顶部空间,遇明火发生爆炸事故。

2. 硫酸装置氢气形成原因

稀硫酸与铁反应会生成氢气,方程式:Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑。硫酸装置在运行过程中,水泄漏进硫酸,酸泄漏进水,都会形成大量稀硫酸,稀硫酸与铁反应产生氢气;硫酸装置在检修过程中,浓硫酸吸收空气中水分变成稀硫酸,稀硫酸与铁反应生产氢气。由于设备处于密封状态或者设备顶部存在死角,氢气得不到有效释放,越聚越多,达到爆炸极限,遇明火发生爆炸事故。

3. 硫酸装置那些设备可能聚集氢气及防范意见

1) 液硫区域:液硫中残留少量的氢离子,这些氢离子会漂浮在液硫表面,液硫区域的设备多数以碳钢为主,氢离子与碳钢材质接触就会生成氢气,氢气在设备顶部聚集,达到爆炸极限,遇明火发生爆炸。因此熔硫槽、过滤槽内衬耐酸砖,加热盘管选择不锈钢,或者与液硫接触面的为不锈钢盘管,防止设备腐蚀和氢气的产生,且在槽的顶部均设置排气口。液硫大罐为碳钢的材质,正常情况熔硫过程中会对液硫酸度进行严格的控制,但是仍有微量的氢离子与大罐接触,产生少量的氢气,这些氢气需从大罐顶部的排气口排入大气。

2) 酸管道:硫酸装置在检修过程中,为防止硫酸对人员的腐蚀,会排尽管道中的硫酸,但酸管壁上仍残余的微量硫酸,这些残余的硫酸会吸收空气中的水分,时间长了就形成稀酸,稀酸会破坏管壁上的钝化膜,同时与管道反应生产氢气。这些氢气若得不到释放,越剧越多,达到爆炸极限,遇明火发生爆炸。因此对长时间停用的硫酸管道,要对其进行维护保养,可以用98%浓硫酸间隔时间打酸循环,或者管道中充满浓硫酸,防止空气进入,既保护了设备不被腐蚀,也减少了氢气的产生。

3) 酸塔:干燥和二吸塔除雾器下部为衬砖结构,除雾器上部空间为不锈钢,高温吸收塔为特殊材质不锈钢,在装置正常运行过程中,不会有稀酸出现。若装置加水量不当,会导致酸浓降低;若酸水换热设备泄漏,水漏进酸中,形成稀酸,生成氢气;在检修过程中,塔中酸被排尽,塔壁上残留的浓硫酸吸潮,形成稀酸,也会生成氢气。部分塔的烟气出口未在设备的顶端,就会在塔顶出现一个死角,氢气容易聚集,同时部分烟气管道会出现一个死角顶点,氢气也容易聚集,达到爆炸极限,遇明火发生爆炸。因此装置运行过程中要对酸浓进行严格控制,同时酸水换热设备要进行监控,出现泄漏立即处理;对于停车状态的酸塔也要进行维护保养,可以用98%浓硫酸间隔时间打酸循环。

4) 烟气管道:装置在运行过程中,烟气管道或多或少会形成酸泥,这些酸泥在装置停车后吸收空气中的水分,形成稀酸,与管道反应生成氢气,氢气在烟气管道的顶点死角聚集,达到爆炸极限,遇明火发生爆炸。

5) 给水设备:装置生产过程中,为提高热量的利用率,脱盐水经过酸水换热器加热后进入除氧器。脱盐水箱、除氧器、省煤器、锅炉等设备都是碳钢材质,若酸水换热器出现泄漏,酸大量进入水中,水变成稀酸,水所经过设备均会被腐蚀,产生氢气,若氢气得不到有效释放,聚集在某处,达到爆炸极限,遇明火发生爆炸。因此对酸水换热器的监控尤为重要,发现泄漏必须立即处理,防止设备损坏的同时也防止安全事故的发生。