脫氫烷基化裝置的風(fēng)險(xiǎn)分析及對(duì)策研究

摘要：脫氫烷基化裝置工藝介質(zhì)主要含有苯、氟化氫、溶劑油、氫氣等易燃、易爆、有毒及強(qiáng)腐蝕性物質(zhì)，裝置中烷基化工藝是國家重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化工工藝，裝置易發(fā)生化學(xué)品泄漏、火災(zāi)、爆炸等事故，造成嚴(yán)重的人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失及其他社會(huì)影響，開展風(fēng)險(xiǎn)分析及對(duì)策研究，有助于控制裝置運(yùn)行中的風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)石化企業(yè)某脫氫烷基化裝置，用“HAZOP+LOPA+風(fēng)險(xiǎn)矩陣”復(fù)合式風(fēng)險(xiǎn)分析、評(píng)估方法，以裝置主要工藝為研究對(duì)象，分析溫度、壓力、流量、液位等主要工藝參數(shù)出現(xiàn)偏差的原因、后果及對(duì)策措施，以消除或降低風(fēng)險(xiǎn)，保證脫氫烷基化裝置的安全平穩(wěn)運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)；脫氫；烷基化；HAZOP；LOPA1裝置工藝簡介

裝置使用美國UOP公司的專利技術(shù)，于20世紀(jì)80年代建成投產(chǎn)。

裝置以直鏈烷烴（C10～C13）和苯為主要原料生產(chǎn)直鏈烷基苯。直鏈烷基苯初始設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為5萬t/年，后歷經(jīng)多次擴(kuò)容改造。本次“HAZOP+LOPA+風(fēng)險(xiǎn)矩陣”復(fù)合式風(fēng)險(xiǎn)分析對(duì)象即為裝置的脫氫和烷基化單元具體工藝流程。

脫氫裝置：直鏈正構(gòu)烷烴（C10～C13）在脫氫催化劑的作用下，通過臨氫脫氫反應(yīng)生成相應(yīng)的單烯烴，并經(jīng)過精餾塔分離后，作為烷基化裝置的原料。

烷基化裝置：脫氫裝置反應(yīng)產(chǎn)物單烯烴和原料苯在氟化氫催化劑作用下進(jìn)行烷基化反應(yīng)，生成直鏈烷基苯，副產(chǎn)品為重烷基苯。

2分析方法和風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)說明

采用“HAZOP+LOPA+風(fēng)險(xiǎn)矩陣”復(fù)合式風(fēng)險(xiǎn)分析、評(píng)估方法對(duì)脫氫烷基化裝置進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，對(duì)確認(rèn)的潛在安全風(fēng)險(xiǎn)，本著“最低合理可行”ALARP的原則，采取行之有效的措施，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行管理與控制［1］。評(píng)估的程序見圖1。

3分析結(jié)果與建議

3.1存在的主要危險(xiǎn)

本次分析識(shí)別出脫氫烷基化裝置存在的主要危險(xiǎn)。

循環(huán)烷烴氧化鋁處理器入口溫度過低，可能導(dǎo)致脫氟效果差，從而降低脫氫催化劑壽命；可能導(dǎo)致后續(xù)流程中氫氟酸析出，造成后續(xù)設(shè)備腐蝕加??；熱煙氣換熱器E502循環(huán)烷烴循環(huán)中斷，可能導(dǎo)致熱煙氣換熱器內(nèi)部管線局部過熱，引起循環(huán)烷烴氣化，從而導(dǎo)致?lián)Q熱器內(nèi)部管線超壓泄漏，引起裝置局部停車；氣化后的循環(huán)烷烴通過煙囪排放至大氣，造成環(huán)境污染；提餾塔進(jìn)料加熱器E310內(nèi)漏，可能導(dǎo)致烯烴竄入烷烴系統(tǒng)，增加能耗物耗，嚴(yán)重時(shí)降低催化劑壽命；脫氫進(jìn)料泵出口流量低或無，可能導(dǎo)致加熱爐干燒，造成爐管干燒破裂，氫氣泄漏至加熱爐，引起加熱爐閃爆；進(jìn)料平衡罐液位過高，可能導(dǎo)致進(jìn)料平衡灌滿罐，物料溢至輕烴提餾塔回流罐V305，嚴(yán)重時(shí)漫至火炬系統(tǒng)，引起火炬冒黑煙，造成嚴(yán)重社會(huì)影響；脫氫進(jìn)料加熱爐F301主燃料氣流量過低或無，可能導(dǎo)致爐膛熄火，嚴(yán)重時(shí)回火，引起火災(zāi)爆炸；脫氫進(jìn)料加熱爐F301主燃料氣流量過高，可能導(dǎo)致加熱爐加熱量過大，嚴(yán)重時(shí)爐內(nèi)氧含量不足，導(dǎo)致加熱爐冒黑煙甚至熄火，存在二次閃爆風(fēng)險(xiǎn)；脫氫進(jìn)料加熱爐F301長明燈氣流量過低或無，可能導(dǎo)致長明燈熄火，如果主火嘴也熄滅，存在加熱爐閃爆的風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重時(shí)回火，可能引起火災(zāi)爆炸；脫氫反應(yīng)器R301壓力過高，可能導(dǎo)致反應(yīng)器超壓損壞，物料泄漏至環(huán)境，引起火災(zāi)；E301外漏，可能導(dǎo)致氣相烷烴及氫氣泄漏至環(huán)境，引起火災(zāi)；E453、E309內(nèi)漏，可能導(dǎo)致烷烯烴竄入采暖水系統(tǒng)，有火災(zāi)爆炸風(fēng)險(xiǎn)；脫苯塔塔底液位過低，可能導(dǎo)致脫苯塔底泵抽空損壞，物料泄漏至環(huán)境，造成環(huán)境污染、人員中毒，如遇點(diǎn)火源可能發(fā)生火災(zāi)；脫烷烴塔系統(tǒng)泄漏，可能導(dǎo)致空氣泄漏至脫烷烴塔，嚴(yán)重時(shí)脫烷烴塔內(nèi)形成爆炸混合性氣體，如遇點(diǎn)火源可能發(fā)生火災(zāi)爆炸；烷基苯再沸塔系統(tǒng)泄漏，可能導(dǎo)致空氣泄漏至烷基苯再沸塔，嚴(yán)重時(shí)烷基苯再沸塔內(nèi)形成爆炸混合性氣體，如遇點(diǎn)火源可能發(fā)生火災(zāi)爆炸；重烷基苯分餾塔系統(tǒng)泄漏，可能導(dǎo)致空氣泄漏至重烷基苯分餾塔，嚴(yán)重時(shí)重烷基苯分餾塔內(nèi)形成爆炸混合性氣體，如遇點(diǎn)火源可能發(fā)生火災(zāi)爆炸；提餾塔壓力過高，可能導(dǎo)致提餾塔超壓損壞，物料泄漏至環(huán)境，如遇點(diǎn)火源可能發(fā)生火災(zāi)爆炸；提餾塔液位過高，可能導(dǎo)致提餾塔液位升高，嚴(yán)重時(shí)滿塔，可能引起提餾塔超壓損壞，物料泄漏至環(huán)境，如遇點(diǎn)火源可能發(fā)生火災(zāi)爆炸；新鮮苯進(jìn)料流量過多，可能苯干燥塔接受器V403導(dǎo)致滿罐，新鮮苯溢流至火炬系統(tǒng)，造成火炬冒黑煙，引起環(huán)境污染；可能導(dǎo)致苯通過火炬氣回收壓縮機(jī)K505帶至污水處理系統(tǒng)，但污水處理系統(tǒng)無法處理，導(dǎo)致苯排至廠外，引起環(huán)境污染；苯干燥塔冷凝器E403A出口溫度過低，可能導(dǎo)致氣相苯管線凍凝，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致管線脹裂，造成氣相苯泄漏至環(huán)境，引起環(huán)境污染、人員中毒；還可能導(dǎo)致氣相苯管線凍凝，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致苯干燥塔超壓破裂，氣相苯泄漏至環(huán)境，引起環(huán)境污染、人員中毒；烷基化反應(yīng)器R401壓力過高，可能導(dǎo)致烷基化反應(yīng)器超壓泄漏，物料泄漏至環(huán)境，造成人員傷亡，如遇火源可能引起火災(zāi)；循環(huán)酸系統(tǒng)腐蝕，可能導(dǎo)致循環(huán)酸系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)腐蝕穿孔，嚴(yán)重時(shí)高濃度氫氟酸泄漏至環(huán)境，引起環(huán)境污染、人員傷害；酸分層器界位過高，可能導(dǎo)致循環(huán)酸帶入氟化氫提餾塔，導(dǎo)致酸氣化，造成氟化氫提餾塔超壓損壞，物料泄漏至環(huán)境，引起環(huán)境污染、人員傷害；氟化氫提餾塔溫度過低，可能將氫氟酸帶至脫苯塔C404，影響后續(xù)操作，加劇設(shè)備腐蝕，嚴(yán)重時(shí)造成脫苯塔壓力過高，密封泄漏，物料泄漏至環(huán)境，引起環(huán)境污染、人員中毒；氟化氫提餾塔溫度過高，可能導(dǎo)致C403系統(tǒng)腐蝕加?。豢赡軐?dǎo)致C403超壓，密封處泄漏，物料泄漏至環(huán)境，引起環(huán)境污染、人員中毒；氟化氫再生塔液位過低或無，當(dāng)液位無時(shí)，將氫氟酸排至中和系統(tǒng)，引起中和系統(tǒng)設(shè)備腐蝕，環(huán)境污染；NF503加熱爐爐膛負(fù)壓值過高，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致加熱爐熄火，存在閃爆風(fēng)險(xiǎn)；NF503加熱爐爐膛溫度過高，可能導(dǎo)致爐管結(jié)焦加劇，嚴(yán)重時(shí)局部過熱損壞爐管，導(dǎo)致加熱爐發(fā)生火災(zāi)爆炸；NF503加熱爐主燃料氣流量過高，可能導(dǎo)致加熱爐加熱量過大，造成爐管過熱損壞，引起加熱爐大火；嚴(yán)重時(shí)爐內(nèi)氧含量不足，導(dǎo)致加熱爐冒黑煙甚至熄火，存在二次閃爆風(fēng)險(xiǎn)；NF503加熱爐氧含量過低，可能導(dǎo)致加熱爐燃燒不充分，加熱爐冒黑煙，造成環(huán)境污染，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致加熱爐熄火，存在閃爆風(fēng)險(xiǎn)；NF503加熱爐爐膛負(fù)壓值過低，可能導(dǎo)致加熱爐火焰外溢，引起人員燒傷；還可能導(dǎo)致爐管局部過熱，損壞爐管，嚴(yán)重時(shí)反應(yīng)物料泄漏至爐內(nèi)，引起火災(zāi)爆炸［2］。

3.2建議措施

脫氫烷基化裝置各生產(chǎn)單元風(fēng)險(xiǎn)分析，考慮了人員安全、非財(cái)務(wù)性影響與社會(huì)影響及財(cái)產(chǎn)損失3個(gè)方面，共提出了建議措施16條。

建議加熱爐爐膛溫度指示TI13A/B、TI14A/B增設(shè)溫度高報(bào)警及人員響應(yīng)；建議長明燈管線增設(shè)壓力取壓點(diǎn)及壓力遠(yuǎn)傳至DCS，并設(shè)壓力低報(bào)警及人員響應(yīng)，便于監(jiān)測長明燈管線壓力狀態(tài)，防止長明燈壓力低時(shí)引起的危害；建議增設(shè)加熱爐負(fù)壓低報(bào)警及人員響應(yīng)；建議增設(shè)加熱爐負(fù)壓高報(bào)警及人員響應(yīng)；建議換熱器E301出入口增設(shè)DCS壓差高報(bào)警及人員響應(yīng)，便于及時(shí)監(jiān)控E301壓力波動(dòng)情況，降低其外漏的概率；建議提餾塔塔頂增設(shè)壓力遠(yuǎn)傳高報(bào)警及人員響應(yīng)；建議苯干燥塔接受器V403增設(shè)一套可靠液位計(jì)并增設(shè)液位高報(bào)警，便于監(jiān)測液位；涉苯區(qū)域增設(shè)苯有毒氣體報(bào)警儀及人員響應(yīng)；建議考慮在涉酸區(qū)域增設(shè)氫氟酸泄漏報(bào)警儀及人員響應(yīng)；建議酸分層器V401增設(shè)界位指示及遠(yuǎn)傳報(bào)警，當(dāng)界位過高或過低時(shí)人員及時(shí)響應(yīng)，便于操作人員監(jiān)控V401界位；建議氟化氫提餾塔壓力指示PI466增設(shè)壓力遠(yuǎn)傳高報(bào)警及人員響應(yīng)；建議脫苯塔塔頂增設(shè)壓力變送、顯示和壓力高報(bào)警及人員響應(yīng)；脫烷烴塔設(shè)有氮?dú)獗Ｗo(hù)線，建議將氮?dú)獗Ｗo(hù)線接頭更換為快速接頭，便于緊急情況下使用；建議考慮新鮮水系統(tǒng)增設(shè)在線水中油分析儀，以便于監(jiān)測換熱器的泄漏，防止水帶油帶來的安全隱患；建議NF503加熱爐爐膛溫度指示TI5104A/B增設(shè)溫度高報(bào)警及人員響應(yīng)；建議NF503加熱爐出口TRCA5110增設(shè)溫度低報(bào)警及人員響應(yīng)［3］。

4結(jié)論

脫氫烷基化裝置主要風(fēng)險(xiǎn)是中毒、火災(zāi)、爆炸。脫氫單元反應(yīng)溫度較高，易發(fā)生氫氣泄漏，造成火災(zāi)爆炸事故，脫氫反應(yīng)加熱爐易發(fā)生爐管爆裂、爐體爆炸等事故，應(yīng)對(duì)工藝過程進(jìn)行嚴(yán)格的安全控制；烷基化單元反應(yīng)使用有強(qiáng)腐蝕性且有毒性的氟化氫作為催化劑，裝置氟化氫如發(fā)生泄漏易造成人員中毒事故發(fā)生，應(yīng)加強(qiáng)氟化氫防腐、嚴(yán)格選材。

通過“HAZOP+LOPA+風(fēng)險(xiǎn)矩陣”復(fù)合式風(fēng)險(xiǎn)分析、評(píng)估方法對(duì)脫氫烷基化裝置進(jìn)行分析，提出16條建議措施，以提高裝置運(yùn)行安全。

將“HAZOP+LOPA+風(fēng)險(xiǎn)矩陣”復(fù)合式風(fēng)險(xiǎn)分析、評(píng)估方法應(yīng)用于石化在役生產(chǎn)裝置的安全評(píng)價(jià)中，不僅能使參與分析的技術(shù)人員對(duì)本裝置的工藝過程及設(shè)備設(shè)施有更深入的了解，并對(duì)裝置中的風(fēng)險(xiǎn)及應(yīng)采取的安全措施有更透徹的認(rèn)識(shí)，增強(qiáng)職工安全意識(shí)，其風(fēng)險(xiǎn)分析的結(jié)果也可對(duì)裝置的日常生產(chǎn)運(yùn)行和維護(hù)以及裝置的安全管理提供重要的指導(dǎo)作用。

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