淺析HSE在空分裝置設計中的應用

摘 要：在空分裝置設計過程中貫徹HSE管理理念，對空分裝置從各方面綜合分析項目的風險因素，并在設計中采取相應的風險消除方法，確保裝置能夠安全運行。

關鍵詞：HSE；空分裝置；設計；風險因素；消除方法

1 HSE管理體系概述

HSE是健康（Health）、安全（Safety）和環境（Environment）管理體系的簡稱，是近幾年出現的國際石油天然氣工業通行的管理體系。

HSE管理九項原則中，在“任何決策必須優先考慮健康安全環境”中指出，HSE工作首先要做到預防為主、源頭控制，即在戰略規劃、項目投資和生產經營等相關事務的決策時，同時考慮、評估潛在的HSE風險，配套落實風險控制措施，優先保障HSE條件，做到安全發展、清潔發展。隨著經濟的發展，空分裝置的規模越來越大型化，操作條件越來越苛刻化，萬一發生火災、爆炸、泄漏，其危害的波及面大、消防滅火困難，給企業和社會帶來嚴重的危害。因此，空分裝置設計過程中貫徹HSE管理理念，從各方面綜合考慮項目的風險分析，并采取相應的風險消除方法，盡最大努力做好設計過程的風險管理，對保證裝置的安全尤為重要。

2 空分裝置的工藝技術

空分裝置是用來分離空氣中的各組分氣體，為全廠工藝裝置及各輔助裝置提供所需要的氮氣、氧氣等氣體和液體產品的裝置。在空分領域中，深冷法（低溫精餾法）、變壓吸附法、膜分離法是應用于工業生產的三大分離方法。深冷法是一種傳統的制氮方法。它是以空氣為原料，利用液氧和液氮的沸點不同（在1大氣壓下，O2的沸點為-183℃，N2的為-196℃），通過液態空氣的精餾，使它們分離來獲得純氮，同時也可以獲得純氧。變壓吸附法是利用一種高效能、高選擇性的固體吸附劑對氧優先吸附的功能，把空氣中的氮和氧分離，目前常用碳分子篩吸附劑。膜分離法制氮是利用某些有機高分子和無機材料形成的膜對不同組分分子的選擇性滲透進行分離，大都采用中空纖維膜。

3 空分裝置的風險識別

3.1 空分裝置及其生產過程中可能存在的主要危險源

（1）氧氣：空分裝置的主要產品之一是氧氣，它具有很強的助燃性，為乙類火災危險物質。氧氣是可燃物燃燒、爆炸的主要因素之一，能氧化大多數活性物質。氧氣與可燃物（如乙炔、甲烷等）形成爆炸性混合物，可引燃易燃物產生爆危險。（2）碳氫化合物：原料空氣中還有少量的碳氫化合物，它們的閃點都非常低，爆炸極限較寬。在生產過程中，如果碳氫化合物在空分設備內過量積聚，遇高熱可能引起爆炸。（3）氮氣、液氮、液氬：氮氣、液氮、液氬等產品在空分裝置分餾塔中產生。一旦發生泄露，泄露的氮氣會降低大氣中的氧含量，使人吸入的氣體中氧含量降低；泄露的液氮、液氬在常溫、常壓條件下，會立即汽化，也能使人吸入的氣體中含氧量降低。輕度的氣體泄露，容易造成操作人員的缺氧反應；重度的氣體泄露，有可能會造成操作人員窒息死亡的嚴重后果。（4）油料：空分裝置主要使用透平油和潤滑油。透平油閃點（開口）大于等于195℃，系丙類火災危險性可燃液體。增壓透平膨脹機透平油管一旦發生泄露，遇高熱或明火，會引起火災、爆炸。潤滑油閃點（開口）大于等于230℃，系丙類火災危險性可燃液體。輸油管道一旦發生泄露，遇高熱或明火，也會引起火災、爆炸。（5）電源：空分裝置的主要能耗為電耗，其中，原料空氣壓縮機、增壓壓縮機和氮壓機等均為高壓用電設備。（6）機械設備的噪聲及振動：空分裝置中噪聲及振動較大的設備主要有空氣壓縮機、增壓壓縮機和氮壓機，以及大功率的機泵和風機等，噪聲在80-90dB（A）之間。

3.2 空分裝置及其生產過程中可能存在的主要危險因素

（1）爆炸：由氧氣和液氧作為助燃介質可能引起爆炸。（2）高壓：高壓危險因素為空氣壓縮機、增壓壓縮機、氮壓機以及氣體儲罐等帶壓設施。（3）噪聲及振動：噪聲及振動危險主要指空氣壓縮機、增壓壓縮機和氮壓機，以及大功率的機泵和風機等產生的噪聲及振動。（4）機械傷害：機械傷害事故是機械設備運轉時造成人員傷害的主要事故類型。（5）冷凍傷害：生產的液氧、液氮、液氬等產品，一旦輸送這些產品的泵、閥門、管道及儲罐等設備密封不嚴，或者設備發生裂紋或破碎，將發生泄露事件，使產品噴灑到操作人員身上。由于它們的沸點非常低，加之汽化時要吸收大量的熱量，會造成人體冷凍傷害。（6）窒息傷害：空分裝置生產的氮氣、液氮、和液氬一旦泄露，均可能對操作人員造成窒息傷害。（7）觸電：空分裝置中空氣壓縮機、增壓壓縮機以及氮壓機等高、低壓用電設備及其變配電，在操作過程中可能對操作人員造成觸電傷害。

4 空分裝置在設計中采取的風險消除方法

（1）在設計中選擇先進、成熟、可靠的流程和設備，確保空分裝置和設備安全、穩定、長周期、滿負荷、優質運行。（2）在設計中為確保空分裝置安全生產，主廠房設置雙層窗戶，二個檢修大門及二個操作通行門，滿足防火間距、泄壓要求及安全疏散要求。（3）根據規范要求：《石油化工企業廠區總平面布置設計規范》SH/T3053-2002中5.6條：空分設備的吸風口，宜位于乙炔站、電石渣堆和散發烴類及塵埃等設施的的全年最小頻率風向的下風側。《石油化工企業設計防火規范》GB50160-2008中4.2.5條：空分站應布置在空氣清潔地段，并宜位于散發乙炔及其他可燃氣體、粉塵等場所的全年最小頻率風向的下風側。空分裝置的空分設備吸風口位于散發烴類及塵埃等設施的全年最小頻率風向的下風側。（4）裝置內設貫通式道路，道路有兩個出入口，且兩個出入口處于不同方位。（5）在空分裝置建筑、結構設計中采取的主要防火、防爆措施：建（構）筑物的耐火等級按二級設防；建構筑物主要構件采用非燃燒材料，其耐火極限符合現行的國家標準《石油化工企業設計防火規范》GB50160-2008；承重鋼框架、支架、群座、管架均覆蓋耐火層，耐火層的耐火極限不低于1.5h。（6）設計選用技術先進、安全可靠、經濟合理的現場儀表。自動控制系統采用集散控制系統（DCS）實現對重要工藝參數的監視、控制、操作、報警及聯鎖。（7）空分裝置的防雷等級為二級，設計中采取避雷針和避雷帶設施保護廠房和冷箱。凡與氧氣接觸的設備和管道均進行脫脂處理，并設置防靜電設施：工作接地、保護接地、防雷接地、防靜電聯合接地，接地電阻不大于4歐姆。接地為TN-S系統。空分裝置的負荷等級為：機泵負荷為二級用電負荷，儀表用電負荷為一級負荷。正常照明、檢修負荷為三級負荷，應急照明為二級負荷。（8）空分裝置設置火災報警系統：在控制室設一臺火災報警控制器，在裝置內火災危險區域設火災報警探測器和手動報警按鈕。（9）空分裝置中噪聲及振動較大的設備主要有空壓機、增壓壓縮機、氮壓機以及放空時產生的噪聲及振動。噪聲控制設計按《工業企業噪聲控制設計規范》GBJ87-85和《石油化工噪聲控制設計規范》SH/T3146-2004標準進行，采取以下控制措施：機泵設備選用噪聲≤85dB（A）的產品，并設置在廠房內，放空管道加裝消音器，確保生產區噪聲滿足標準要求。（10）空分裝置在裝置區內設置環狀消防水管網，設置消火栓，空分裝置消防用水量為90L/s，火災延續時間不小于3h；并根據空分裝置各危險場所的生產類別、危險等級，在主廠房、主控制和裝置區內設置移動式干粉滅火器和移動式二氧化碳滅火器。（11）對低溫設備和管道（介質為液氧、液氮、液氬等），進行保冷隔熱處理，保冷層采用阻燃性泡沫塑料制品。（12）壓縮機吸氣管道上設切斷閥和臨時過濾器，排氣管道上設置止回閥和安全閥、放空設施，壓縮機的各級排氣管道上設置溫度、壓力指示和溫度、壓力高報警及聯鎖停車。

5 結束語

HSE對設計的影響以及如何在設計中體現HSE理念，尤為重要。將HSE理念引入設計，在設計階段規避HSE風險和危害，確保設計產品既滿足技術要求，也滿足HSE的要求。

參考文獻

[1]石油和化工工程設計工作手冊[M].中國石油大學出版社，2010.

[2]劉立京，馮榮珍.我國石油化工行業HSE管理體系應用中的問題與對策[J].中國高新技術企業，2009（12）.