HAZOP分析方法在石油化工生产装置中的应用
HAZOP分析方法在石油化工生产装置中的应用 引言（1） 危险与可操作性（HAZOP）研究是以系统工程为基础的一种可用于定性分析或定量评价的危险性评价方法，用于探明生产装置和工艺过程中的危险及其原因，寻求必要对策。通过分析生产运行过程中工艺状态参数的变动，操作控制中可能出现的偏差，以及这些变动与偏差对系统的影响及可能导致的后果，找出出现变动可偏差的原因，明确装置或系统内及生产过程中存在的主要危险、危害因素，并针对变动与偏差的后果提出应采取的措施。本文应用HAZOP分析方法对中国石油某石化分公司的聚丙烯装置进行研究分析。HAZOP总研究过程概述（2）1.1HAZOP研究与分析的目的从工艺流程、状态及参数、操作顺序、安全措施等方面着手，通过HAZOP研究，识别聚丙烯装置在生产运行过程中潜在的危险、有害因素，找出装置在工艺设计、设备运行、操作以及安全措施等方面存在的不足，为装置的安全运行与安全隐患整改提供指导。1.2 限制条件进行HAZOP研究前，评价人员一致同意以下限制条件：1）HAZOP研究范围仅限于聚丙烯主体装置，因此，分析研究工作只考虑从进料到出料的整个系统。2）本次研究是粗略的危险和操作性研究，因此只对主要工艺的关键设施进行检查。为了逻辑、有效地分析工艺管道仪表流程图，研究按照装置生产工艺过程分成五个单元：活化、精制、聚合、闪蒸和尾气回收单元。聚丙烯装置概况（3） 该聚丙烯装置以气体分馏装置分离所得炼厂气中的丙烯为原料，采用国内开发、技术成熟的间歇式液相本体法聚丙烯生产工艺，生产聚丙烯均聚树脂。装置原设计生产能力为1.0×104t/a，1997年改造后生产能力达到1.2×104t/a。该装置工艺过程主要包括原料精制、聚合反应、闪蒸去活和活化再生四个部分，主要设备包括聚合釜、丙烯储罐、活化剂储罐、闪蒸釜，以及丙烯压缩机等。各系统工艺及其操作物料的危险性简介如下。2.1 活化剂输送系统活化剂输送系统操作主要是将活化剂由活化剂运输罐压送至活化剂储罐。系统主要危险物料：活化剂三乙基铝（C6H15Al），为无色透明液体，有强烈的霉烂气味，易燃，化学反应活性很高，接触空气会冒烟自燃。对微量的氧及水分反应极其灵敏，易引起燃烧爆炸。健康危害：三乙基铝对呼吸道和眼结膜具强烈刺激和腐蚀作用，皮肤接触可致灼伤。氮气（N2），不燃，但若遇高热、容器内压增大的情况，有开裂和爆炸的危险。健康危害：氮气为窒息性的惰性气体，空气中氮气过量，使氧分压下降，会引起缺氧。2.2 精制系统精制系统主要将原料丙烯经过脱水、脱硫、脱氧处理，得到合格的精丙烯，供给聚合反应使用。系统主要危险物料为丙烯。丙烯（C3H6，为无色有气味的气体，易燃，与空气形成爆炸性混合物，遇热源、明火有燃烧爆炸的危险。气体比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，遇明火会引起回燃。爆炸极限为1.015.0。健康危害：丙烯具有麻醉作用。2.3 聚合系统丙烯在此系统内发生聚合反应生成聚丙烯粉料。系统主要危险物料：丙烯、氢气、聚丙烯。氢气(H2)，为易燃气体，与空气混合能形成爆炸性混合物，遇热或明火即会发生爆炸。气体比空气轻，在室内使用和储存时，漏气上升滞留屋顶不易排出，遇火星会引起爆炸。爆炸极限为4.174.1。健康危害：氢气为惰性气体，仅在高浓度时，由于空气中氧分压低才引起窒息。在很高的分压下，氢气可呈现出麻醉作用。聚丙烯，为可燃固体，受热分解放出易燃气体。粉料与空气按一定比例混合达到一定浓度时，如有火花点燃则会迅速燃烧，以至引起强烈爆炸。聚丙烯粉尘云自燃温度为420，爆炸下限为20g/m3。健康危害：本身无毒。2.4 闪蒸系统闪蒸是接收聚合釜内生成的粉料，并在闪蒸釜内完成闪蒸、置换、去活的操作过程。充内主要危险物料：聚丙烯粉料、丙烯、氮气。2.5 尾气回收系统尾气回收系统是将气柜内储存的低压丙烯气体加压冷凝为液体。系统内主要危险物料：丙烯。HAZOP研究讨论（4） 在进行HAZOP研究之前，需要事先制定聚丙烯装置的HAZOP研究分析程序图，见图1。有关HAZOP研究的引导词与偏差说明见表1。图1聚丙烯装置HAZOP研究程序图表1引导词与偏差说明在搞清各系统的设计意图与HAZOP分析与研究程序后，我们从操作参数开始，采用引导词、偏差及其产生的后果，一直到为保证装置的安全生产而采取的安全保障措施，对每个系统逐一进行系统危险性分析与讨论,HAZOP研究结果最终讨论如下。3.1 活化剂输送系统氮气线阀门如有泄漏可能导致窒息危害；误操作可导致系统超压，造成管线破裂；泄压时若管线内介质携带催化剂则容易引起火灾。目前装置氮气线完好，但车间内缺少对氮气的检测、防护手段。管线充压时采用现场压力控制，但不具备自动功能。放空线管材为20#碳钢，管内介质为活化剂，且有一段管线埋于地下，可能存在一定的腐蚀。送料线存在介质腐蚀、误操作引起的管线穿孔、火灾危险。退料线存在介质腐蚀、管线超压引起的泄漏、管线破裂危险。活化剂运输罐在储存、装卸、运输方面可能因介质危险性、储存条件要求等因素产生火灾、爆炸危险。活化剂储罐在使用过程中存在因操作失误导致的冒罐现象和因泄漏或储存不当引起的火灾、爆炸事故的危险。3.2 精制系统精制系统精丙烯储存部分最大的危险是误操作可能引起的各类事故，不仅影响生产，还严重威胁安全。丙烯储罐V108存在因多种因素导致的储罐超压引起安全事故的隐患。精制工序丙烯储罐出口管线在生产过程中可能会因丙烯储罐降温或管线泄压不及时等造成管线超压、破损。目前为泄压采取的措施是在管线上安装手动放空系统。丙烯计量罐在生产时存在冒罐、安全附件失灵、腐蚀、泄漏等危险因素。3.3聚合反应系统丙烯投料线如果发生误操作，系统将很容易达到聚合反应器的设计压力，一旦安全措施失效则会威胁系统安全。氢气线存在因人为失误、操作压力超高等引起的管线超压破损、冲蚀减薄等危险。压力高会造成丙烯回收线超压破损，长时间运行也会造成管壁减薄，粉若堵塞管线则会导致聚合釜压力升高，从而给设备的安全运行带来危险。聚合釜在生产过程中会因釜内温度过高、热量没有被及时撤走而出现暴聚现象（由于反应过热导致聚丙烯熔化结块的一种现象，暴聚对设备损坏较大）。目前釜上装有安全阀，但由于管线较粗，因此原设计没有考虑在安全阀入口管线之前加装爆破片的问题。根据石油化工企业设计防火规范(GB5016092，1999年版)第4.4.5条规定：“有可能被物料堵塞或腐蚀的安全阀，应在其入口前设爆破片或在其出入口管道上采取吹扫、加热或保温等防堵措施。”因此，可以认为，原设计已不符合新规范的要求，这一点应当引起车间注意。聚合釜存在来自多方面的腐蚀，如粉料冲蚀、搅拌器磨蚀造成的釜壁减薄，降温效果不好引起的反应过烈、设备超温超压现象等。3.4闪蒸系统闪蒸釜仅依靠经验来观察料位，釜低粉料出口无除尘设施，釜上安全阀入口前没有加爆破片，以上情况均可能给生产和操作带来危险、危害隐患。从闪蒸釜到气柜的管线是回收丙烯用的，如果误操作则会造成气柜抽瘪。3.5尾气回收系统气柜可能存在固碱腐蚀，且该设备目前无任何防护措施。在进气柜之前的管线上由于没有加装过滤设施，而粉料又很容易堵塞管线，这不仅增加了压缩机运转的负荷，同时还给安全生产带来了隐患。丙烯压缩机存在因超压、腐蚀等原因损坏设备以及物料泄漏引发火灾、爆炸事故的危险。HAZOP研究提出的安全措施建议（5） （作者王秀军陶辉）经过对丙烯装置生产过程进行危险与可操作性研究分析后，提出以下安全措施建议：1）大部分压力控制采用手动控制阀，这在紧急情况下将显得有些滞后。因此，建议另上自动控制调节系统，以便能实现压力自动控制。采用自动压力报警系统，并将信号引到DCS控制室显示。2）建议在有条件的时候，将输送具有腐蚀性介质的管线，如含有活化剂的管线更换为不锈钢材质。3）活化剂储罐上应安装液位监测系统，并与DCS控制系统联锁。4）建议安装自动放空阀。5）建议在丙烯储罐上设置降温设施。6）为避免聚丙烯粉料堵塞安全阀，应当在安全阀入口之前加设爆破片。7）由于聚丙烯粉料中可能携带少量可燃气体，因此，设计在闪蒸釜出料口安装了静电消除器，车间内也设有可燃气体报警器，但墙上没有安装轴流风机。为加强室内通风，避免形成过高浓度的粉尘云层，车间应安装防爆轴流风机，选型及安装要求可参考石油化工企业采暖通风与空气调节设计规范（SH30041999）。8）由于气柜内含有的粉料容易堵塞管道，增大压缩机负荷，因此，建议在进气柜之前的管道上加装过滤设施。9）车间在安全管理上应加强力度，提高工作责任心，避免因误操作、漏检等引起安全事故。结束语（6） 将HAZOP分析方法应用于石油化工在役生产装置的安全评价中，不仅能够使分析人员对于单元中的工艺过程及设备有深入了解，对于单元中的危险及应采取的措施有透彻的认识，增强职工安全防范意识，而且，其HAZOP分析研究成果对于装置的日常生产与维护以及装置的安全管理提供了良好的指导作用。因此，可以认为HAZOP分析方法应用于石油化工在役生产装置的安全评价是可行的，其分析程序与内容可以作为对员工进行安全培训的有效方法。
