HAZOP分析在工藝包設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

＊張文麗（山東潤昌工程設(shè)計(jì)有限公司 山東 250100）

HAZOP分析在工藝包設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

＊張文麗（山東潤昌工程設(shè)計(jì)有限公司 山東 250100）

隨著工藝生產(chǎn)裝置的日益復(fù)雜化及龐大化，保證裝置及生產(chǎn)操作人員的安全顯得尤為重要，近年全國范圍內(nèi)出現(xiàn)的一些安全生產(chǎn)事故很大程度上都是工藝工程設(shè)計(jì)階段出現(xiàn)了本可避免的失誤。HAZOP分析的目的就是在工藝包設(shè)計(jì)階段明確有關(guān)安全技術(shù)措施，確保實(shí)現(xiàn)工藝生產(chǎn)裝置的安全。

HAZOP分析；氨合成；工藝設(shè)計(jì)；安全

HAZOP分析作用是在工程設(shè)計(jì)當(dāng)中通過分析各個可能的操作因素導(dǎo)致的操作后果確定相關(guān)的安全技術(shù)措施。一般以小組討論形式進(jìn)行，小組成員包括設(shè)計(jì)單位的有關(guān)工藝、儀表、電氣及安全技術(shù)人員，生產(chǎn)單位的有關(guān)工藝、儀表、電氣、安全及操作人員，有時候還包括有關(guān)設(shè)備或系統(tǒng)的供應(yīng)商。HAZOP分析過程主要有：一是危害與可操作性分析階段，這是HAZOP分析的核心內(nèi)容，關(guān)系到安全技術(shù)措施的安全性和可行性；二是工藝包的完善階段，將有關(guān)安全技術(shù)措施落到實(shí)處。本文以氨合成工序中的甲烷化工段闡述HAZOP分析在工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。甲烷化的主要流程：進(jìn)入高壓烷化系統(tǒng)的氣體分為兩路，其中一路分別進(jìn)入甲烷化塔冷卻外壁，出來后與另一路匯合進(jìn)入熱交換器與反應(yīng)氣換熱，溫度提高至～215℃被送往提溫?fù)Q熱器管間與管內(nèi)來自氨合成系統(tǒng)的出塔氣體換熱進(jìn)一步提溫到～250℃后，進(jìn)入甲烷化塔反應(yīng)，將氣體中≤100PPm的CO、CO2轉(zhuǎn)化為H2O和CH4，～250℃的反應(yīng)氣出塔后進(jìn)熱交換器管間與管內(nèi)入塔氣換熱，溫度降至～88℃進(jìn)水冷器，進(jìn)一步冷卻降溫至～37℃，反應(yīng)氣中的水被冷凝，水冷器出口氣液混合氣經(jīng)氨冷卻器進(jìn)一步降溫后送水分離器分離水，水分離器出口的凈化氣體則送往氨合成系統(tǒng)。

提溫?fù)Q熱器用于提溫的熱氣體來自φ1400合成氨系統(tǒng)氨合成塔二次出塔氣，提溫后則回到φ1400氨合成系統(tǒng)的熱交換器進(jìn)口。本裝置設(shè)置內(nèi)置式電加熱爐。其主要物料流程如上圖。

1.HAZOP分析記錄

氨合成中的甲烷化系統(tǒng)，主要目的是將原料氣中的碳氧化物總含量脫除到10ppm以下，操作溫度250～8℃，操作壓力17MPa，主要設(shè)備有提溫?fù)Q熱器、甲烷化塔、烷化熱交換熱器、烷化油分、烷化水冷器、烷化水分、烷化氨冷器。其HAZOP分析記錄如下：

(1)工藝偏離：低（無）流量?？赡茉颍涸蠚饬髁科停豢赡芪：?后果：可導(dǎo)致提溫?fù)Q熱器兩側(cè)溫差過大，嚴(yán)重時損壞設(shè)備；防護(hù)措施及補(bǔ)充說明：原料氣進(jìn)口設(shè)置遠(yuǎn)傳流量計(jì)及低流量報(bào)警；提溫?fù)Q熱器氮?dú)錃獬隹谠O(shè)有溫度變送器；提溫?fù)Q熱器外壁設(shè)溫度高報(bào)警；嚴(yán)重性：3；可能性：3；風(fēng)險(xiǎn)等級：2； LOPA：無；改善意見：無。

(2)工藝偏離：高濃度。可能原因：原料氣CO/CO2含量高可能危害/后果：可能影響CO凈化效果，嚴(yán)重時導(dǎo)致氨合成催化劑中毒；導(dǎo)致甲烷化塔出口溫度升高；防護(hù)措施及補(bǔ)充說明：原料氣進(jìn)口設(shè)手動和在線CO/CO2分析；烷化水分出口設(shè)手動和在線CO/CO2分析；甲烷化塔床層設(shè)溫度高報(bào)警、高聯(lián)鎖停合成氣壓縮機(jī)，由SIS實(shí)現(xiàn)；甲烷化塔塔壁設(shè)溫度高報(bào)警；嚴(yán)重性：4；可能性：2；風(fēng)險(xiǎn)等級：2；LOPA：N；改善意見：建議甲烷化塔床層設(shè)溫度高報(bào)警、高聯(lián)鎖停合成氣壓縮機(jī)(2OO3)，由SIS實(shí)現(xiàn)。

(3)工藝偏離：高溫度?？赡茉颍杭淄榛娂訜崞魇Э?可能危害/后果：可能導(dǎo)致甲烷化塔及相關(guān)設(shè)備溫度升高防護(hù)措施及補(bǔ)充說明：原料氣進(jìn)口設(shè)手動和在線CO/CO2分析；烷化水分出口設(shè)手動和在線CO/CO2分析；甲烷化塔床層設(shè)溫度高報(bào)警、高聯(lián)鎖停合成氣壓縮機(jī)，由SIS實(shí)現(xiàn)；甲烷化塔塔壁設(shè)溫度高報(bào)警；嚴(yán)重性：4；可能性：2；風(fēng)險(xiǎn)等級：2；LOPA：N 改善意見：建議甲烷化塔床層設(shè)溫度高報(bào)警、高聯(lián)鎖停合成氣壓縮機(jī)(2OO3)，由SIS實(shí)現(xiàn)；建議設(shè)床層溫度高聯(lián)鎖停電加熱爐(2OO3)，由SIS實(shí)現(xiàn)。

(4)工藝偏離：低溫度/低溫（氨冷）?？赡茉颍禾釡?fù)Q熱器換熱不佳；烷化氨冷器液氨蒸發(fā)壓力過低；可能危害/后果：可能導(dǎo)致甲烷化塔入口溫度過低，CO/CO2凈化不佳，嚴(yán)重時導(dǎo)致催化劑中毒；烷化氨冷器出口溫度過低，嚴(yán)重時管內(nèi)壁結(jié)冰 防護(hù)措施及補(bǔ)充說明：烷化水分出口設(shè)手動和在線CO/CO2分析；甲烷化塔床層及塔壁設(shè)溫度變送器及高報(bào)警；烷化氨冷器出口設(shè)溫度變送器及低報(bào)警；烷化氨冷器出口設(shè)溫度檢測及低報(bào)警；嚴(yán)重性：3；可能性：3；風(fēng)險(xiǎn)等級：2；LOPA：N；改善意見：建議加強(qiáng)管理。

(5)工藝偏離：高壓。可能原因：后續(xù)工序故障；可能危害/后果：導(dǎo)致系統(tǒng)壓力升高 防護(hù)措施及補(bǔ)充說明：甲烷化系統(tǒng)設(shè)多處壓力檢測及高報(bào)警；氮?dú)鋲嚎s機(jī)出口設(shè)壓力檢測及高報(bào)警和調(diào)節(jié)閥；氮?dú)鋲嚎s機(jī)入口設(shè)壓力檢測及高報(bào)警和調(diào)節(jié)放空閥；氮?dú)鋲嚎s機(jī)入口及本體設(shè)安全閥 嚴(yán)重性：4；可能性：3；風(fēng)險(xiǎn)等級：3； LOPA：Y 改善意見：建議加強(qiáng)管理。

(6)工藝偏離：高液位 可能原因：烷化氨冷器液位調(diào)節(jié)閥故障或開度過大可能危害/后果：液位過高導(dǎo)致氣氨帶液，影響冰機(jī)系統(tǒng)防護(hù)措施及補(bǔ)充說明：烷化氨冷器設(shè)有就地及遠(yuǎn)傳液位檢測高報(bào)警；冰機(jī)系統(tǒng)設(shè)有氣液分離器 嚴(yán)重性：4；可能性：3；風(fēng)險(xiǎn)等級：3； LOPA：N 改善意見：建議加強(qiáng)管理。

(7)工藝偏離：低/無液位 可能原因：操作失誤可能危害/后果：烷化水分液位高低，可能導(dǎo)致高壓氣體外泄 防護(hù)措施及補(bǔ)充說明：烷化水分設(shè)有就地液位計(jì)，排液設(shè)為雙閥；設(shè)置現(xiàn)場可燃?xì)怏w檢測及消防系統(tǒng) 嚴(yán)重性：4；可能性：3；風(fēng)險(xiǎn)等級：3； LOPA：N 改善意見：建議加強(qiáng)管理

(8)工藝偏離：高反應(yīng) 可能原因：同高濃度 可能危害/后果：同高濃度防護(hù)措施及補(bǔ)充說明：同高濃度 嚴(yán)重性：同高濃度；可能性：同高濃度；風(fēng)險(xiǎn)等級：同高濃度；LOPA：N 改善意見：同高濃度1．9、工藝偏離：換熱管道破裂/泄漏 可能原因：提溫?fù)Q熱器換熱管道破裂；烷化水分換熱管道破裂；烷化氨冷換熱管道破裂 可能危害/后果：循環(huán)氣竄入氮?dú)錃庀到y(tǒng)，導(dǎo)致甲烷化塔入口溫度升高；烷化氣竄入冷卻水和冰機(jī)系統(tǒng)，導(dǎo)致冷卻水系統(tǒng)和冰機(jī)系統(tǒng)超壓； 防護(hù)措施及補(bǔ)充說明：提溫?fù)Q熱器出口設(shè)溫度檢測；烷化水分出口設(shè)手動分；烷化水冷器冷卻水管線設(shè)溫度檢測和壓力檢測，水側(cè)設(shè)安全閥；烷化氨冷器氣氨出口設(shè)溫度和壓力檢測，氣氨側(cè)設(shè)安全閥；設(shè)置可燃有毒氣體檢測報(bào)警系統(tǒng) 嚴(yán)重性：3；可能性：3；風(fēng)險(xiǎn)等級：2；LOPA：Y 改善意見：提溫?fù)Q熱器氮?dú)錃獬隹谠O(shè)溫度檢測及高報(bào)警。

2.改善建議

依據(jù)HAZOP分析記錄制定相應(yīng)的改善意見，本系統(tǒng)的改善意見如下：

(1)高濃度：風(fēng)險(xiǎn)等級為2，改善意見：建議甲烷化塔床層設(shè)溫度高報(bào)警、高聯(lián)鎖停合成氣壓縮機(jī)(2OO3)，由SIS實(shí)現(xiàn)，依據(jù)改善意見完善PID及邏輯聯(lián)鎖圖。

(2)高溫度：風(fēng)險(xiǎn)等級為2，改善意見：建議甲烷化塔床層設(shè)溫度高報(bào)警、高聯(lián)鎖停合成氣壓縮機(jī)(2OO3)，由SIS實(shí)現(xiàn)；建議設(shè)床層溫度高聯(lián)鎖停電加熱爐(2OO3)，由SIS實(shí)現(xiàn)，依據(jù)改善意見完善PID及邏輯聯(lián)鎖圖。

(3)低溫度：風(fēng)險(xiǎn)等級為2，改善意見：建議增加烷化水分出口CO/CO2在線分析并增加含量高報(bào)警，依據(jù)改善意見完善PID圖。

(4)管道破裂：風(fēng)險(xiǎn)等級為1，改善意見：提溫?fù)Q熱器氮?dú)錃獬隹谠黾訙囟雀邎?bào)警。

3.完善PID及安全報(bào)警聯(lián)鎖

根據(jù)最終的改善意見進(jìn)一步完善甲烷化系統(tǒng)的PID和邏輯聯(lián)鎖圖。完善后的報(bào)警及聯(lián)鎖回路下表。

儀表回路任號 回路名稱 特殊要求 備注甲烷化塔床層溫度報(bào) 停氮?dú)鋲嚎sTIAHS6101A～C 警聯(lián)鎖 2OO3機(jī)及電加熱爐TIAH6102 提溫?fù)Q熱器出口工藝氣溫度高報(bào)TIAH6103甲烷化塔塔壁溫度～5(A/B/C)高報(bào)TIAH6106～7(A/提溫?fù)Q熱器塔壁溫B/C)度高報(bào)PIAHS6101A～C 烷化新鮮氣壓力報(bào)2OO3 停氮?dú)鋲壕?lián)鎖 縮機(jī)PDIAH6101 提溫?fù)Q熱器冷側(cè)進(jìn)口熱側(cè)出口壓差高報(bào)PDIAH6102 烷化塔進(jìn)出口壓差高報(bào)LICAH6101 高壓烷化氨冷器液位高報(bào)警及調(diào)節(jié)GIAH6101 氨冷區(qū)可燃?xì)怏w檢測報(bào)警GIAH6102 氨冷區(qū)有毒氣體檢測報(bào)警AIAH6101 烷化水分出口C含量高報(bào)警AIAH6102 烷化油分進(jìn)口C含量高報(bào)警

4.總結(jié)

HAZOP分析作為一種安全分析策略和工具，有在工藝包的設(shè)計(jì)階段有利于PID和安全技術(shù)措施的設(shè)計(jì)，它作為一種分析方法，由于具有簡單、因果關(guān)系明確，操作可行性高，分析周期短等原因，越來越得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是在工藝研發(fā)和設(shè)計(jì)中。

[1]廖學(xué)品．《化工過程危險(xiǎn)性分析》．化學(xué)工業(yè)出版社,2000．

[2]馬進(jìn),王浩．《天然氣制氫裝置工藝安全分析》．化工安全與環(huán)境,2012,36（9～10）．

張文麗（1978～），女，山東潤昌工程設(shè)計(jì)有限公司，研究方向：化工工程設(shè)計(jì)。

(責(zé)任編輯王恒）

Application of HAZOP Analysis in Process Design

Zhang Wenli
（Shandong Runchang Engineering Design co., LTD, Shandong, 250100）

As the increasingly complicated and large process production unit, guaranteeing the safety of the device and the operation personnel is particularly important, in recent years, some safety production accidents caused, to a great extent,by the mistakes which are able to be avoided in the stage of process engineering design. The purpose of HAZOP analysis is to make safety technical measures clear in the the process package design phase and ensure the safety of process device unit.

HAZOP analysis；ammonia synthesis；process design；safety

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