尿素合成塔化学爆炸的可能性分析(三)

    沈华民

    (中国化工学会化肥专业委员会上海200336)

    4尿塔化学爆炸能量

    塔器内发生化学爆炸时，其条件比燃烧更为严格，除了需具备发生燃烧的3个充分条件(可燃气、助燃气及火源)外，还被2个必要条件所限制，即爆炸浓度极限和能量极限，且两者必须同时存在，才可能在有火源时被激发进而发生化学爆炸。换言之，只有当塔器内处于爆炸浓度极限范围之内的气体产生足够的能量，此能量源自可燃气与助燃气在火源的激发下发生连锁氧化反应而释放出的化学反应能量，最终导致塔内压力急剧升高而摧毁塔器。现以处于短期停车工况条件下、爆炸浓度极限范围内的3个合成气(E4，E6和E8)为研究对象，对尿塔物系爆炸能量进行研究。

    4.1基础数据

    4.1.1尿塔设备参数

    设备条件：体积40 m3，塔径Φ1 400 mm，塔高26.4 m。

    工艺条件：操作压力20.0 MPa，正常氨碳比4.0～4.1，非正常氨碳比2.5，水碳比0.65。

    原料：φ(CO2)为98.0%～98.5%，其余为惰气H2和N2，且H2/N2=2(体积比)；常规加O2量占CO2体积总量的0.5%，过量加O2量为1.0%；w(NH3)99.80%，w(N2)0.10%，w(H2)0.01%，w(CH4)0.09%。

    原料入塔量(以生成1 t尿素计)：1 333.75 kg NH3(50 ℃)，733 kg CO2(125 ℃)，1 275.75 kg甲铵液(100 ℃)。

    生产负荷：16.67 t/h[I=10 t/(m3·d)]。

    4.1.2标准态燃爆气反应能量[11- 12]

    标准态：压力为0.101 3 MPa(即1 atm)，温度为25 ℃(298 K)。

    NH3(g)+7/4O2(g)=NO2(g)+3/2H2O(g)+

    CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)+

    4.2爆炸能量

    爆炸能量是一个多变量函数，主要有爆炸气的体积和气相组分2个重要参数。

    体积参数：处于爆炸极限浓度范围内的气相体积越大，则爆炸释放的能量就越大。

    爆炸气成分参数：气相组分中燃爆气种类、含量、与助燃气的比例以及燃爆反应状态等因素与爆炸能量密切相关。种类因素：氢气是强燃爆气，其含量越多，爆炸能量越大；氨是弱燃爆气，爆炸释放的能量较小。比例因素：若爆炸气体积组成为2/3 H2和1/3 O2，爆炸能量必然是最大的。当爆炸气体的组成和含量确定时 ......