加氫裝置高壓串低壓風(fēng)險(xiǎn)分析及對(duì)策

范亞蘋,李 治,段永剛

(1.中國(guó)石化青島安全工程研究院,山東青島 266071 2.中國(guó)石化青島煉油化工有限公司,山東青島 266500)

經(jīng)研究表明，在SIL評(píng)估中發(fā)現(xiàn)串壓是石化系統(tǒng)的典型安全問題。串壓會(huì)使高低壓分離系統(tǒng)發(fā)生災(zāi)難性事故，該系統(tǒng)普遍存在于加氫、高壓聚乙烯等裝置，是具有重大失效可能的工藝單元[1]。

加氫工藝是油品在高溫高壓氫氣環(huán)境下,在加氫反應(yīng)器內(nèi)與催化劑作用，發(fā)生脫硫、脫氮、烯烴飽和以及裂化反應(yīng)等化學(xué)反應(yīng)，使產(chǎn)品達(dá)到性能要求的工藝技術(shù)總稱[2]。在加氫裝置中，通過逐級(jí)降壓的方式從油品中回收溶解氫氣，這種特殊的工藝流程存在較多的高壓介質(zhì)降壓至低壓的部位，自然也成為高壓串低壓的風(fēng)險(xiǎn)部位。圍繞著加氫裝置的安全往往設(shè)計(jì)大量的聯(lián)鎖回路，聯(lián)鎖的拒動(dòng)作或操作工對(duì)高低壓分離器之間的調(diào)節(jié)閥等管路元件的誤操作均會(huì)引起串壓，在極短的時(shí)間內(nèi)使壓力容器超壓甚至爆炸，使人員與財(cái)產(chǎn)遭受巨大損失。例如2018年4月，某石化公司柴油加氫裝置因事故處置不當(dāng)造成的高壓氫氣串入低壓原料罐引起火災(zāi)爆炸事故。

為保證加氫裝置高壓串低壓部位的穩(wěn)定運(yùn)行，保證人身安全，必須對(duì)高壓串低壓部位進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析，并采取相應(yīng)安全防范措施。

1 加氫裝置高壓串低壓風(fēng)險(xiǎn)分析

1.1 火災(zāi)、爆炸的風(fēng)險(xiǎn)分析

1.1.1易燃?xì)怏w泄漏

當(dāng)高壓氫氣未經(jīng)減壓串至低壓系統(tǒng)時(shí)，由于設(shè)備、管線的壓力等級(jí)差距較大(通常高壓部位在16.0 MPa等級(jí)以上，低壓部位2.0～5.0 MPa)，靜密封點(diǎn)、壓力容器等均容易出現(xiàn)氫氣泄漏，含氫氣體泄漏后，在一定范圍內(nèi)集聚，遇明火會(huì)導(dǎo)致閃爆、火災(zāi)等重大事故發(fā)生[3]。

1.1.2設(shè)備物理爆炸

當(dāng)?shù)蛪涸O(shè)備內(nèi)部介質(zhì)壓力超過設(shè)備材質(zhì)最高承受強(qiáng)度時(shí)，設(shè)備本體發(fā)生損壞，內(nèi)部高壓氣體能量釋放，發(fā)生爆炸事故。

1.1.3油品泄漏著火

密封點(diǎn)或者設(shè)備本體的泄漏會(huì)導(dǎo)致大量油品溢出，如果泄漏油品溫度較高且燃點(diǎn)較低(重質(zhì)蠟油、渣油等)，則泄漏后會(huì)發(fā)生火災(zāi)。

1.2 有毒氣體風(fēng)險(xiǎn)

加氫工藝反應(yīng)生成大量硫化氫，特別是加工含硫原料的加氫裝置，未脫硫循環(huán)氫中硫化氫含量可達(dá)10 000×10-6，一旦因串壓而發(fā)生泄漏，富含硫化氫的氣體四處逸散，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)事故應(yīng)急處置人員和逃生人員以及處于下風(fēng)向裝置的操作人員將是致命的威脅。

1.3 氫氣串氮?dú)怙L(fēng)險(xiǎn)

加氫裝置在高壓系統(tǒng)中設(shè)置有氮?dú)庵脫Q點(diǎn)。正常運(yùn)行期間，氮?dú)庵脫Q點(diǎn)均采用高壓盲板進(jìn)行隔離。在停工、開工階段，操作工在未對(duì)氫氣系統(tǒng)有效隔離或者撤壓后向氫氣系統(tǒng)引入氮?dú)?，極容易發(fā)生高壓氫氣串入氮?dú)庀到y(tǒng)中。

氮?dú)馐枪霉こ探橘|(zhì)，氫氣串入后會(huì)釀成巨大的事故。例如某石化廠在加氫裝置檢修期間，由于氫氣和氮?dú)庀到y(tǒng)未能實(shí)現(xiàn)有效的盲板隔離，導(dǎo)致高壓氫氣串入全廠氮?dú)庀到y(tǒng)中，所幸發(fā)現(xiàn)及時(shí)，立即對(duì)全廠氮?dú)庀到y(tǒng)進(jìn)行置換，避免了重大的事故發(fā)生。

1.4 加氫裝置串壓風(fēng)險(xiǎn)矩陣(表1)

表1 中國(guó)石化煉化板塊串壓風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)矩陣

注：ΔP=高壓系統(tǒng)的正常操作壓力-低壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壓力；ΔPR=高壓系統(tǒng)的正常操作壓力/低壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壓力。

2 常見串壓部位風(fēng)險(xiǎn)分析

2.1 常見串壓部位

2.1.1減壓部位

2.1.1.1高壓減壓部位

a)高壓分離器底部。高壓分離器采用高壓減壓閥將高壓油品或者水減壓至中壓甚至低壓后送至下游的中壓或者低壓分離器中。

b)循環(huán)氫脫硫塔底部。高壓貧胺液脫出循環(huán)氫中硫化氫后，由塔底減壓閥將富胺液送至下游低壓閃蒸罐。

此類部位的高壓壓力通常為裝置設(shè)計(jì)的操作壓力，如柴油加氫精制為8.0 MPa，蠟油加氫精制為11.0 MPa，餾分油加氫裂化為14.0 MPa，渣油加氫精制為18.0 MPa。下游系統(tǒng)通常維持2.0～3.0 MPa的壓力，從而形成一個(gè)明顯的串壓點(diǎn)。通常情況下，在裝置設(shè)計(jì)階段考慮到串壓風(fēng)險(xiǎn)，設(shè)計(jì)下游系統(tǒng)(低壓容器)上的安全閥能夠滿足全量串壓的泄放要求，但在較早設(shè)計(jì)的一些加氫裝置高低分離單元中，由于缺乏對(duì)下游系統(tǒng)安全的全面分析，安全閥的泄放量無(wú)法滿足串壓泄放要求。

根據(jù)串壓風(fēng)險(xiǎn)矩陣標(biāo)識(shí)此部位壓比(△PR)≥2，壓差(△P)≥4 MPa，均屬于A類串壓風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。

2.1.1.2中壓減壓部位

a)低壓分離器底部。低壓分離器采用節(jié)流控制手段將中壓壓力降低，然后送至低壓分餾系統(tǒng)。

b)富胺液閃蒸罐底部。部分裝置富胺液閃蒸罐設(shè)置為中壓壓力，其作用是進(jìn)一步回收溶解在富胺液中的氫氣。

此類部位的中壓壓力通常為2.0～3.0 MPa，下游裝置的控制壓力均在0.1 MPa以下。根據(jù)串壓風(fēng)險(xiǎn)矩陣標(biāo)識(shí)此部位壓比(△PR)≥2， 1 MPa≤壓差(△P)<4 MPa，均屬于B類串壓風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。

2.1.2高壓機(jī)泵出口部位

加氫工藝設(shè)置高壓反應(yīng)進(jìn)料泵、高壓貧胺液泵、高壓注水泵，入口部位是低壓(通常壓力1.0 MPa)，而機(jī)泵出口則是高壓系統(tǒng)，故此部位屬于高壓串低壓部位。

根據(jù)串壓風(fēng)險(xiǎn)矩陣標(biāo)識(shí)此部位壓比(△PR)≥2，壓差(△P)≥4 MPa，均屬于A類串壓風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。

2.1.3高壓密閉排放部位

加氫裝置高壓系統(tǒng)、高壓泵等部位設(shè)置密閉排放，用于在停工期間進(jìn)行管線和設(shè)備的排油、吹掃操作，這些高壓密閉排放點(diǎn)后路通常連接地下污油(操作壓力為0.005 MPa，設(shè)計(jì)壓力1.0 MPa)，也是高壓串低壓部位。

2.2 串壓部位串壓可能性分析

2.2.1高(中)減壓部位串壓

a)高壓容器液位減空導(dǎo)致串壓。一是高壓容器液位計(jì)失真導(dǎo)致高壓容器液位被減空(或者液位極低)后，高壓氣體串入低壓系統(tǒng)。儀表出現(xiàn)假指示，促使液位控制閥不斷打開，液位快速下降，當(dāng)高壓容器液位低于10%后，高壓氣體極易出現(xiàn)串入后路低壓系統(tǒng)的情況。在日常操作中特別是北方煉廠冬季防凍防凝期間，出現(xiàn)儀表失真情況的頻率較高。二是裝置開工、停工和事故處理過程中，由于裝置沒有達(dá)到正常的物料平衡，液位調(diào)節(jié)閥調(diào)整幅度較大，加上裝置操作壓力波動(dòng)較大，容易出現(xiàn)液位被減空而導(dǎo)致串壓的情況。另外，在停工吹掃過程中，操作工為提高吹掃效果，將高壓氫氣/氮?dú)饨祲褐林袎汉螅蚝舐反畨捍祾?，此方法也存在較大風(fēng)險(xiǎn)。

b)高壓氣密過程中，閥門漏量或者誤操作導(dǎo)致串壓。加氫裝置高壓系統(tǒng)開工前必須進(jìn)行高壓氣密，由于系統(tǒng)內(nèi)部尚未進(jìn)油，高壓容器內(nèi)部沒有建立液位，全部依靠底部控制閥、手閥進(jìn)行高低壓系統(tǒng)之間的隔離，會(huì)發(fā)生因?yàn)榱鞒谈綦x錯(cuò)亂、閥門誤操作等原因造成的串壓。

2.2.2高壓泵出口串壓

a)高壓泵自停后，出口高壓氫氣串回至入口。部分加氫裝置未設(shè)置高壓機(jī)泵出口快切閥，事故狀態(tài)下沒有及時(shí)關(guān)閉高壓機(jī)泵出口閥門，繼而導(dǎo)致高壓氣體串入高壓機(jī)泵入口的低壓系統(tǒng)。

b)操作不當(dāng)造成串壓。日常啟動(dòng)或者切換機(jī)泵過程中，由于先打開高壓機(jī)泵的出口閥再啟動(dòng)機(jī)泵，從而導(dǎo)致高壓氣體串入機(jī)泵入口低壓系統(tǒng)。

2.2.3高壓密排串氣

在機(jī)泵切除檢修過程中，因?yàn)榍谐粡氐讓?dǎo)致機(jī)泵本體內(nèi)部殘存壓力，導(dǎo)致在密閉排油過程中出現(xiàn)的串壓。

2.2.4氫氣串氮?dú)?/p>

a)日常操作中，特別是對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢修置換過程，機(jī)體內(nèi)部殘存高壓氫氣，在壓力未撤凈的情況下，打開氮?dú)膺M(jìn)行置換易導(dǎo)致氫氣串入氮?dú)狻?/p>

b)停工期間，在加氫裝置用壓縮機(jī)向系統(tǒng)內(nèi)部補(bǔ)入氮?dú)獾倪^程，容易出現(xiàn)機(jī)組誤操作而導(dǎo)致的氫氣串入氮?dú)庵?。例如某石化廠柴油加氫裝置停工期間，需要使用補(bǔ)充氫壓縮機(jī)向系統(tǒng)內(nèi)部補(bǔ)入高壓氮?dú)?，但由于操作失誤，在壓縮機(jī)級(jí)間壓力未達(dá)到要求前將壓縮機(jī)返回閥打開，導(dǎo)致高壓系統(tǒng)的氫氣串入壓縮機(jī)入口氮?dú)庀到y(tǒng)中。

c)裝置檢修期間，由于盲板的管理混亂而導(dǎo)致氫氣和氮?dú)飧綦x的盲板誤操作而引起的氫氣串入氮?dú)庵小?/p>

3 安全措施

3.1 聯(lián)鎖全部有效投用

要確保裝置現(xiàn)有的涉及高壓串低壓的聯(lián)鎖全部有效投用。對(duì)于聯(lián)鎖涉及的儀表、氣動(dòng)切斷閥、電動(dòng)切斷閥、控制閥要確保設(shè)備完好率，定期檢查電動(dòng)閥是否處于遠(yuǎn)程聯(lián)鎖控制，電動(dòng)閥電力是否正常，氣動(dòng)閥氣源壓力是否正常等。

3.2 高壓液位控制穩(wěn)定

日常操作中，高壓容器的液位必須穩(wěn)定控制，嚴(yán)禁較大幅度的波動(dòng)。要選擇可靠性高的液位控制類儀表，并定期檢查其完好性。另外，要完善液位報(bào)警的設(shè)置，選擇合適的窄幅報(bào)警，可以增加液位趨勢(shì)報(bào)警，發(fā)現(xiàn)液位或者控制閥閥位持續(xù)下降、走直線等情況，及時(shí)報(bào)警，及時(shí)處理。

3.3 合理的聯(lián)鎖設(shè)置

在加氫高壓泵的聯(lián)鎖邏輯中設(shè)置泵出口流量低低停泵聯(lián)鎖，聯(lián)鎖動(dòng)作包含關(guān)閉泵出口切斷閥、電動(dòng)閥、控制閥等。

在加氫工藝聯(lián)鎖的設(shè)置中，盡量維持高壓機(jī)泵的運(yùn)行，以保證不會(huì)出現(xiàn)串壓。

3.4 規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的作業(yè)方案

編制嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的操作方案，特別對(duì)機(jī)泵交付檢修前的工藝處理，要單獨(dú)編制工藝隔離方案，明確氮?dú)庵脫Q步驟，注明氫氣串氮?dú)?、高壓串低壓風(fēng)險(xiǎn)及控制措施。

3.5 嚴(yán)密的盲板管理

加強(qiáng)盲板的日常管理，完善盲板的抽/堵方案。盲板作業(yè)前，生產(chǎn)單位必須制定可靠的盲板抽/堵方案，繪制盲板示意圖，并辦理合格的盲板審批手續(xù)，通過工藝、設(shè)備、安全等專業(yè)的嚴(yán)格審批，嚴(yán)把盲板作業(yè)關(guān)。

3.6 制定風(fēng)險(xiǎn)清單并加強(qiáng)培訓(xùn)

定期組織開展加氫裝置高壓串低壓風(fēng)險(xiǎn)排查，對(duì)裝置內(nèi)所有高壓串低壓部位進(jìn)行細(xì)致排查，列出串壓點(diǎn)并描述串壓后的危害，明確各點(diǎn)正常生產(chǎn)期間的管控措施和異常情況的處置措施。

定期對(duì)各崗位操作人員進(jìn)行高壓串低壓風(fēng)險(xiǎn)的培訓(xùn)，增加串壓風(fēng)險(xiǎn)防范意識(shí)的培養(yǎng)。特別是事故處理階段，要明確高壓串低壓部位的應(yīng)急處置措施，加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)切斷閥自動(dòng)、手動(dòng)切換操作培訓(xùn)，定期進(jìn)行針對(duì)性事故預(yù)案演練。

3.7 加強(qiáng)機(jī)泵單向閥管理

生產(chǎn)單位設(shè)備專業(yè)要建立裝置單向閥管理臺(tái)賬。嚴(yán)格控制單向閥維修時(shí)間、維修單位及維修過程質(zhì)量，并在維修完畢后進(jìn)行單向閥泄漏試驗(yàn)、流向試驗(yàn)，確保閥門保壓、液體不可逆流。重要部位的單向閥如大型機(jī)組、重要機(jī)泵等出口單向閥維修時(shí)間建議不得超過1個(gè)檢修期，重要設(shè)備出口單向閥在檢修期間必須制定檢修計(jì)劃、制定檢修專項(xiàng)方案[4]。

3.8 完善低壓側(cè)系統(tǒng)設(shè)置

發(fā)生串壓后，需要第一時(shí)間在隔離點(diǎn)和低壓系統(tǒng)做出反應(yīng)。在日常操作中，后路低壓系統(tǒng)的壓力報(bào)警窄幅設(shè)置壓力高和壓力高高報(bào)警，確保低壓系統(tǒng)設(shè)備安全閥完整投用，可以通過調(diào)整PID提高低壓系統(tǒng)的壓力控制閥響應(yīng)迅速，以減少串壓帶來(lái)的嚴(yán)重后果。

4 結(jié)語(yǔ)

加氫裝置因其獨(dú)特的工藝技術(shù)要求，存在較高氫氣壓力的特殊反應(yīng)環(huán)境，在裝置正常運(yùn)行、停工、開工階段都容易發(fā)生高壓串低壓的事故。必須通過加強(qiáng)各專業(yè)的日常管理，如工藝方面的盲板和操作方案管理、設(shè)備方面的設(shè)備完好性和儀表及聯(lián)鎖投用率管理、安全專業(yè)應(yīng)急事故處置能力培訓(xùn)、日常崗位操作人員的巡檢管理等，從而避免出現(xiàn)加氫裝置高壓氫氣串入低壓系統(tǒng)而導(dǎo)致的火災(zāi)、爆炸、中毒等事故。

5 參考文獻(xiàn)

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[2] 李大東.加氫處理工藝與工程[M].北京:中國(guó)石化出版社,2004.

[3] 王旭.加氫裝置開工過程中的HSE管理[J].安全、健康和環(huán)境，2015,15(9)：54-56.

[4] 王振新.煉化企業(yè)裝置大檢修安全管理探討[J].安全、健康和環(huán)境，2018,18(1)：48-50.