加氫裝置串壓隱患識(shí)別與治理

摘" " " 要：隨著石油煉化行業(yè)的不斷發(fā)展和油品的質(zhì)量升級(jí)，加氫裝置在其中起到了巨大作用，但由于加氫裝置高溫高壓的屬性，隨之而來的安全隱患也相應(yīng)增加。由于加氫裝置反應(yīng)部分壓力高，發(fā)生串壓的可能性也隨之增加，由于壓力的破壞和裝置本身存在大量的高溫可燃性氣體及液體，使得加氫裝置在設(shè)計(jì)之初就應(yīng)該對(duì)各種串壓的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識(shí)別，并提供解決方案。討論了在運(yùn)行的加氫裝置的串壓隱患識(shí)別和治理措施以及安全閥泄放量的計(jì)算依據(jù)。

關(guān)" 鍵" 詞：加氫裝置；串壓隱患；隱患識(shí)別；治理措施；安全閥泄放量

中圖分類號(hào)：TE687" " " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A" " " 文章編號(hào)： 1004-0935（2023）05-0681-04

加氫裝置在石油煉化行業(yè)的不斷發(fā)展和油品的質(zhì)量升級(jí)中起到了巨大作用，但加氫裝置串壓的風(fēng)險(xiǎn)較高。串壓是指工藝裝置運(yùn)行過程中，介質(zhì)由高壓系統(tǒng)竄入低壓系統(tǒng)，導(dǎo)致低壓系統(tǒng)的壓力超過其設(shè)計(jì)壓力。由其定義可知，只要相鄰系統(tǒng)間存在壓力差，就有可能發(fā)生串壓，因此串壓風(fēng)險(xiǎn)在煉化裝置中普遍存在。加氫裝置因其反應(yīng)單元操作壓力高、裝置內(nèi)遍布易燃易爆的氫氣和高毒性的硫化氫等危險(xiǎn)介質(zhì)的特點(diǎn)，一旦發(fā)生串壓則極易引發(fā)危險(xiǎn)甚至事故，因此需要針對(duì)加氫裝置可能出現(xiàn)的串壓風(fēng)險(xiǎn)制定嚴(yán)格的防控措施。

1" 串壓隱患的等級(jí)分類

中石化加氫裝置串壓風(fēng)險(xiǎn)矩陣見表1[1]。

通過表1將串壓風(fēng)險(xiǎn)分為A、B、C 3個(gè)等級(jí)。另外中國石化安全風(fēng)險(xiǎn)矩陣根據(jù)每年潛在的死亡人數(shù)，將風(fēng)險(xiǎn)分為低分險(xiǎn)、一般風(fēng)險(xiǎn)、較大風(fēng)險(xiǎn)，從而判斷對(duì)串壓風(fēng)險(xiǎn)治理的必要性[2]。表2為各級(jí)風(fēng)險(xiǎn)的最低安全要求。

2" 加氫裝置主要串壓隱患部位識(shí)別

2.1" 高壓泵部位

連接高、低壓系統(tǒng)的泵出口無緊急切斷閥，一旦停泵，如不及時(shí)關(guān)閉泵出口閥同時(shí)止回閥又失效，泵后路高壓系統(tǒng)可能反竄回泵前路低壓系統(tǒng)，導(dǎo)致泵前緩沖罐超壓，對(duì)于加氫裝置來說主要高泵壓力源由高壓進(jìn)料泵、注水泵、高壓貧溶劑泵，根據(jù)實(shí)際裝置情況不同一般高壓系統(tǒng)操作壓力可達(dá)" 6～20 MPa（G），相對(duì)于緩沖罐的的操作壓力" "0.2～1.0 MPa（G）來說差壓巨大，同時(shí)反應(yīng)系統(tǒng)中有大量的循環(huán)氫氣，串壓一旦發(fā)生對(duì)高壓含氫的油氣將通過泵及管路瞬間串入緩存罐，發(fā)生超壓爆" 裂[4]，產(chǎn)生事故。高壓進(jìn)料泵實(shí)際串壓點(diǎn)見圖1。

2.2" 壓縮機(jī)部位

通常煉油裝置中壓縮機(jī)為多級(jí)往復(fù)式壓縮機(jī)，當(dāng)壓縮機(jī)停機(jī)時(shí)，高壓的氣體通過壓縮機(jī)出口到入口的返回線以及級(jí)間回流調(diào)節(jié)閥串入低壓的壓縮機(jī)入口分液罐及級(jí)間分液罐，導(dǎo)致超壓[5]，而加氫裝置中的循環(huán)氫、新氫壓縮機(jī)一般為三到四級(jí)，此間若壓縮機(jī)停機(jī)而壓縮機(jī)出口止回閥失效，再加上安全閥泄放量不足導(dǎo)致緩存罐超壓爆裂，大量氫氣泄漏，引發(fā)事故。循環(huán)氫壓縮機(jī)串壓點(diǎn)見圖2。

2.3" 高壓容器、塔設(shè)備部分的串壓

煉油裝置中高壓容器、塔設(shè)備與下游低壓設(shè)備相連接，當(dāng)高壓容器、塔設(shè)備無液位置時(shí)，系統(tǒng)中的高壓氣體通過高壓容器、塔設(shè)備底部液控閥門串入下游低壓設(shè)備[6]，造成氣超壓，對(duì)于加氫裝置來說此類串壓一般發(fā)生在熱高分到熱低分、冷高分到冷低分、循環(huán)氫脫硫塔到富液閃蒸罐、熱低分到分餾塔、冷低分到分餾塔、低分氣脫硫塔到富液閃蒸罐以及熱低分、冷低分到酸性水排液罐等部位，以上各種情況的串壓量及其造成的實(shí)際后果各不相同，但串壓的方式和原理相同，在治理以上串壓隱患時(shí)可采用相同的辦法。熱高分串壓點(diǎn)見圖3。

2.4" 不同系統(tǒng)連接位置的串壓

排廢氫流程串壓點(diǎn)如圖4所示。

不同的系統(tǒng)在相互通過管線連接的部位是指不同操作壓力的管道相互連接，高壓系統(tǒng)串入低壓系統(tǒng)造成其超壓，加氫裝置中考慮管道中氨結(jié)晶導(dǎo)致管線腐蝕，通常設(shè)置注水系統(tǒng)，高壓注水泵出口一般在注入高壓空冷前以及熱低分氣空冷前，可能存在反應(yīng)系統(tǒng)高壓油氣通過注水管道串入與之相連的低分氣空冷系統(tǒng)，導(dǎo)致低壓系統(tǒng)超壓，引起管道爆裂或者低壓設(shè)備破壞以及安全閥起跳。加氫裝置中反應(yīng)物與低壓流體換熱，此類換熱高低壓換熱器因腐蝕、振動(dòng)等原因高壓流體會(huì)通過破損換熱管截面，串入低壓側(cè)造成串壓隱患[7-8]。還有加氫裝置中循環(huán)氫排廢氫系統(tǒng)中，循環(huán)氫壓縮機(jī)入口分液罐至低分氣脫硫塔，導(dǎo)致脫硫系統(tǒng)超壓。

3" 加氫裝置常見的防串壓措施

3.1" 高壓泵部位產(chǎn)生的串壓，應(yīng)采取以下措施

1）對(duì)于壓差≥4.0 MPa的高壓泵出口設(shè)置不同類型兩道止回閥[9]。

2）泵小流量線從泵出口第一道止回閥前引出。

3）提高泵入口緩沖罐壓力等級(jí)。

4）在泵出口管線設(shè)置連鎖切斷閥[10]，當(dāng)泵流量低低時(shí)進(jìn)行連鎖，防止串壓的發(fā)生。

3.2" 高壓容器及塔設(shè)備的串壓，應(yīng)采取以下措施

1）設(shè)置界位控制、液位控制閥門，保證高壓容器有界位或液位，從而不發(fā)生串壓[11-13]。

2）高壓容器與低壓容器連接是設(shè)置緊急切斷閥，通過液位及界位低低連鎖緊急切斷閥。

3.3" 壓縮機(jī)部位的串壓，應(yīng)采取以下措施

1）此類超壓一般通過壓縮機(jī)出口設(shè)置兩道不同類型的止回閥，從而在壓縮機(jī)停機(jī)后能夠阻擋高壓氣體反串。

2）在新氫裝置管道上不設(shè)置止回閥，可將氫氣管網(wǎng)作為串壓后的緩沖空間。

3.4" 不同系統(tǒng)的相互串壓，應(yīng)采取以下措施

1）在去多支路的管線上均設(shè)置止回閥，用止回閥最大限度地隔絕高壓和低壓系統(tǒng)的互串。

2）將部分低壓系統(tǒng)的管道及設(shè)備設(shè)計(jì)壓力做 提升。

4" 加氫裝置中串壓的安全閥泄放量計(jì)算原則

安全閥作為串壓后保證設(shè)備和管道安全的最后一道防線，安全閥的設(shè)計(jì)尤為重要，在實(shí)際設(shè)計(jì)中安全閥的泄放在考慮串壓工況下的泄放量的計(jì)算可通過以下幾方面進(jìn)行。

首先要明確串壓的介質(zhì)，串壓閥門的流向及其閥門前后的狀態(tài)、壓力、溫度等條件，從而計(jì)算出需要串壓工況下的泄放量，以下介紹了加氫裝置中常見位置的計(jì)算思路。

流控閥門反向流，對(duì)于高壓泵出口的流量控制閥組，由于突然停泵導(dǎo)致壓力源消失，導(dǎo)致反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)的壓力反串，而反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)容存在大量的氫氣，因此需計(jì)算流控閥門反向流時(shí)能夠通過氫氣的最大量[14]，且此時(shí)閥后壓力應(yīng)按照緩沖罐的設(shè)計(jì)壓力進(jìn)行考慮，除此之外還應(yīng)考慮泵出口止回閥對(duì)泄放量的影響，根據(jù)和不同類型的止回閥廠家溝通，一般認(rèn)為當(dāng)出口兩道止回閥失效時(shí)，反串的介質(zhì)有90%的量可通過止回閥串至緩沖罐，若出口有一道止回閥失效時(shí)，反串的介質(zhì)有10%的量可通過止回閥串至緩存罐[15]。

壓控閥門正向流，即考慮閥門在全開的工況下，閥門所能通過最大流量的介質(zhì)，從而根據(jù)以上介質(zhì)確定下游低壓設(shè)備的安全閥泄放量。

液控閥門正向流，因操作不當(dāng)時(shí)產(chǎn)生液位排空，導(dǎo)致高壓氣體串入下游低壓設(shè)備，導(dǎo)致下游設(shè)備超壓，從而觸發(fā)安全閥起跳，此時(shí)安全閥應(yīng)計(jì)算液控閥門能夠通過高壓氣體的最大流量[16]。

關(guān)于安全閥的計(jì)算，一般情況下由于串壓引起的泄放量會(huì)較原泄放工況的泄放量變大，但安全閥的選型除兼顧串壓前后的泄放量，還應(yīng)考慮正常工況以及火災(zāi)工況下的泄放量[17]，應(yīng)按照其中最大量進(jìn)行安全閥選型[18-19]，若遇到串壓工況與其他工況所泄放介質(zhì)不一致時(shí)，還需要通過不同介質(zhì)的安全閥進(jìn)行計(jì)算，從而選擇泄放面積較大的安全閥，以保證設(shè)備的安全[20]。

5" 結(jié)束語

在進(jìn)行串壓隱患的治理中應(yīng)注意，防風(fēng)險(xiǎn)于事前，控隱患于未然，即在那些地方可能發(fā)生串壓，有哪些措施可以防止串壓的發(fā)生，將風(fēng)險(xiǎn)扼殺在搖籃中，在以上的措施下還要考慮，措施失效時(shí)，串壓發(fā)生了應(yīng)該如何盡最大可能地降低系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)避免安全事故的發(fā)生。加氫裝置中高壓、高溫、有毒決定了裝置的本身的屬性，對(duì)于如何維護(hù)裝置的運(yùn)行安全，從而提高油品質(zhì)量，提高環(huán)保，串壓隱患的治理顯得尤為重要。

參考文獻(xiàn)：

[1] 范亞蘋，李治，段永剛.加氫裝置高壓串低壓風(fēng)險(xiǎn)分析及對(duì)策[J].安全健康和環(huán)境，2018，18（6）：20-23.

[2] 萬古軍.基于風(fēng)險(xiǎn)值的中國石化安全風(fēng)險(xiǎn)量化分級(jí)管控[J].安全、健康和環(huán)境，2018（1）：40-43.

[3] Q/SH0560—2013，HSE風(fēng)險(xiǎn)矩陣標(biāo)準(zhǔn)[S].

[4] 劉小波，王禹，聶程.加氫裝置高壓泵出口防逆流串壓設(shè)計(jì)探討[J].石油化工設(shè)計(jì)，2019，36（2）：4-5.

[5] 阮宇紅.加氫裝置防控串壓的安全理念及措施[J].石油化工設(shè)計(jì)，2021，38（1）：1-4.

[6] 李遜，趙東風(fēng).高壓分離器串壓?jiǎn)栴}及安全完整性評(píng)估[C].第六屆CCPS中國過程安全會(huì)議論文集，2018.

[7] 楊曉凌，韓旭輝，張光黎．加氫裂化裝置高低壓換熱器爆管工況動(dòng)態(tài)模擬研究[J]．煉油技術(shù)與工程，2018，48（11）：41-44．

[8] 俞國慶．高低壓型螺紋鎖緊環(huán)換熱器管束爆管后安全泄壓分析[J].壓力容器，2004，21（2）：52.

[9] SH/T3122—2013，煉油裝置工藝管道流程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[10] SH/T3047—2021，石油化工企業(yè)職業(yè)安全衛(wèi)生設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[11] 劉建國.高壓加氫冷高壓分離器液/界位控制系統(tǒng)的安全性設(shè)計(jì)[J].遼寧化工，2021，50（5）：712-714.

[12] 寧學(xué)典.加氫裂化裝置冷高壓分離器控制系統(tǒng)的設(shè)置及其安全性[J].煉油技術(shù)與工程，2005（7）：51-54.

[13] 王紅，高新玉，韓東升.加氫裝置高壓串低壓危害及措施分析[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2019，45（10）：109-110.

[14] 曹虎，周琛，黃世勇.控制閥故障工況下安全閥泄放量的計(jì)算[J].化工技術(shù)與開發(fā)，2014，43（8）：46-48.

[15] API521—2014，Pressure-relieving and Depressuring Systems[S].

[16] 蘇鳳莉.液相調(diào)節(jié)閥失效工況下安全閥泄放量的分析與確定[J]設(shè)計(jì)技術(shù)，2020，30（3）：28-30.

[17] 王江峰. 超臨界壓力下火災(zāi)工況安全閥泄放量的計(jì)算[J].化工設(shè)計(jì)，2010，20（1）：29-32.

[18] 潘能智.淺談管道安全閥泄放量的確定[J].沿海企業(yè)與科技，2011（4）：48-49.

[19] 李志勤，邱澤剛，曹虎.限流孔板在安全閥泄放量計(jì)算中的應(yīng)用[J].化工技術(shù)與開發(fā)，2016，46（7）：58-63.

[20] HG/T20570.2—1995，安全閥的設(shè)置和選用[S].

Abstract：" With the continuous development of the petroleum refining industry and the upgrading of the quality of oil products， the hydrogenation device plays a huge role in it. However， due to the high temperature and high pressure of the hydrogenation device， the safety risks also increase correspondingly. Due to the high pressure of the reaction part of the hydrogenation device， the possibility of the occurrence of cross pressure also increases. Due to the destruction of the pressure and a large number of high temperature of combustible gas and liquid in the device， so that the risks of various series pressure should be identified at the beginning of the design of hydrogenation unit and solutions should be provided. In this article， the identification and treatment measures of the hidden danger of cross pressure in the running hydrogenation units were discussed， as well as the calculation basis of the discharge capacity of the safety valve.

Key words： Hydrogenation unit; Cross pressure hidden danger; Hidden danger identification; Treatment measures; Relief valve discharge