危險性與可操作性分析在氨制冷系統(tǒng)中的應(yīng)用

王明全

（江蘇佳安安全科技有限公司，江蘇鹽城 224000）

1 危險性與可操作性分析概述

危險性與可操作性分析自20世紀60年代發(fā)展起來，以引導(dǎo)詞為核心進行危害分析，可對設(shè)計安全進行全面檢查，并對危害所對應(yīng)因果來源進行追溯評估。本方法圍繞關(guān)鍵詞，找出運行過程期間工藝狀態(tài)的偏差，對偏差產(chǎn)生原因、偏差可能導(dǎo)致后果、以及應(yīng)對偏差的措施進行全面研究。本方法早期應(yīng)用于缺乏預(yù)報危險以及操作性問題經(jīng)驗的分組設(shè)計工作中，近年來也開始被應(yīng)用于已投入運行工藝系統(tǒng)的危險性、可操作性分析中。

氨制冷系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于食品冷凍、醫(yī)藥化工等相關(guān)行業(yè)領(lǐng)域中，系統(tǒng)介質(zhì)以及使用參數(shù)存在較大的危險性，且特種設(shè)備多，加之工作環(huán)境復(fù)雜，各個部位管件、設(shè)備失效均可能導(dǎo)致嚴重后果。因此，應(yīng)用危險性與可操作性分析方法對氨制冷系統(tǒng)進行全面分析，識別危險部位，并對失效原因以及導(dǎo)致后果進行研究，可幫助企業(yè)采取有效措施應(yīng)對風險，最大限度降低事故發(fā)生率，保障整套氨制冷系統(tǒng)的運行良好與穩(wěn)定。

2 節(jié)點劃分

氨制冷系統(tǒng)工藝流程見圖1。

圖1 氨制冷系統(tǒng)基本工藝流程示意圖

整套氨制冷系統(tǒng)的設(shè)備構(gòu)成包括油氣分離器、冷凝器、氨壓縮機、中間冷卻器、低壓循環(huán)桶、儲氨器、柴油器、制冷設(shè)備、氨泵等，以液氨為介質(zhì)在蒸發(fā)過程中對熱量進行吸收，以達到降低制冷設(shè)備運行溫度的目的。結(jié)合圖1，根據(jù)管道部位對氨制冷系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)進行界定，如見表1所示。

表1 氨制冷系統(tǒng)管道設(shè)計參數(shù)

根據(jù)以上實際情況，將氨制冷系統(tǒng)管路節(jié)點劃分如下：①節(jié)點1，中冷節(jié)點，起始位置為壓縮器一級出口經(jīng)中間冷卻器低溫氨氣處理并抽送回壓縮機內(nèi)；②節(jié)點2，高壓氣相管節(jié)點，起始位置為壓縮器二級出口經(jīng)油氣分離器處理后傳輸至冷凝器內(nèi)；③節(jié)點3，高壓液相管節(jié)點，起始位置為氨氣經(jīng)冷卻形成氨液后傳輸至儲氨器內(nèi)，再傳輸至高壓調(diào)節(jié)站內(nèi)；④節(jié)點4，低壓液相管節(jié)點，起始位置為高壓調(diào)節(jié)站將氨液分別傳輸至中間冷卻器裝置以及低壓循環(huán)桶內(nèi)，冷凍油以及機油在低壓環(huán)境下進行泄放；⑤節(jié)點5，制冷設(shè)施節(jié)點，起始位置為低壓循環(huán)桶內(nèi)氨液傳輸至制冷設(shè)施，經(jīng)換熱反應(yīng)產(chǎn)生氨氣送回循環(huán)桶內(nèi)，并經(jīng)壓縮機抽回。

3 節(jié)點風險分析

根據(jù)以上對氨制冷系統(tǒng)管路節(jié)點的劃分標準，利用危險性與可操作性分析法針對各個節(jié)點存在的風險進行分析：

1）中冷節(jié)點風險。本節(jié)點壓縮機裝置壓力異常升高可能導(dǎo)致氣缸破裂、故障停車、以及氨氣泄漏等事故發(fā)生，同時可能對機房內(nèi)操作人員人身安全構(gòu)成威脅。出口端閥門開度過小或功率異常降低可能影響管線壓力以及進氣量水平，對壓縮機冷卻效率產(chǎn)生不良影響。除此以外，密封面以及閥門部件區(qū)域，經(jīng)長時間使用后可能導(dǎo)致泄漏事故，存在一定程度上的環(huán)境污染；

2）高壓氣相管節(jié)點風險。本節(jié)點中，中間冷卻器裝置冷卻性能會直接對氨制冷系統(tǒng)的運行質(zhì)量產(chǎn)生影響，中冷冷卻效果不良會造成管道壓力升高，但不會對其運行安全性產(chǎn)生影響。但若冷凝器中出現(xiàn)不凝介質(zhì)大量聚集反應(yīng)，尤其聚集于不易流通死角部位，可能導(dǎo)致氣腔產(chǎn)生，造成氨氣流動受阻，增高管道壓力，嚴重時可能導(dǎo)致設(shè)備破裂或爆炸事故的發(fā)生。除此以外，管道泄漏事故原因以及所致后果與中冷節(jié)點基本一致，本節(jié)點管道工作溫度在140.0℃，部分管道在室外運行，可能受冷凝水以及雨水侵蝕影響，因腐蝕導(dǎo)致管道泄漏事故發(fā)生；

3）高壓液相管節(jié)點風險。本節(jié)點中因冷凝水流量較小或內(nèi)部不凝介質(zhì)影響可能降低裝置冷卻效果，造成經(jīng)冷凝處理后液氨溫度以及壓力過高。儲氨器液位過高可能在環(huán)境溫度升高情況下導(dǎo)致蒸發(fā)膨脹發(fā)生。由于氣相空間有限，溫度上升導(dǎo)致壓力升高，最終可能導(dǎo)致設(shè)備破裂、爆炸等故障。并且，管道泄漏以及閥門破裂或密封性能失效還可能造成環(huán)境污染以及人員中毒事故，對機房操作人員人身安全構(gòu)成威脅，其風險水平較中冷節(jié)點風險水平明顯更高；

4）低壓側(cè)液相管節(jié)點風險。本節(jié)點管道壓力以及介質(zhì)均來源于高壓調(diào)節(jié)站，管道壓力直接受到節(jié)流閥開度影響。開度過大可能導(dǎo)致管道以及連接中冷裝置以及低壓循環(huán)桶壓力異常升高，造成故障發(fā)生；

5）制冷設(shè)施節(jié)點風險。本節(jié)點中熱氨除霜利用油氣分離器分離高溫、高壓氨氣與低壓回氣管連接并反向融霜，制冷設(shè)備排管內(nèi)液氨受熱蒸發(fā)形成壓力，加之操作失誤可能導(dǎo)致事故發(fā)生。并且，因蒸發(fā)排管結(jié)霜嚴重可能損壞支吊架，導(dǎo)致頂棚管發(fā)生脫落，液氨大量泄漏會對庫房內(nèi)工作人員人身財產(chǎn)安全構(gòu)成極為不良的影響。

4 風險匯總

根據(jù)上述節(jié)點分析情況，利用危險性與可操作性分析方法，對不同節(jié)點相應(yīng)失效模式的可能性以及后果嚴重性進行判定，具體匯總結(jié)果如表2所示。針對表2所識別風險，建議采取如下措施進行針對性防治：

1）上氣管優(yōu)先選擇具有耐腐蝕性能材料；

2）閥門材料不得選擇灰鑄鐵類，并應(yīng)逐個進行耐壓試驗，確保性能安全可靠；

3）熱氨融霜管應(yīng)通過設(shè)置安全閥的方式，避免融霜環(huán)節(jié)管道壓力過高發(fā)生安全事故；

4）上氣管應(yīng)配備壓力表以及安全閥裝置，對冷凝器工作壓力進行監(jiān)控；

5）管道焊接方式應(yīng)以全焊透為主，改進焊接質(zhì)量，以促進抗壓水平的提升；

6）廠房支吊架布設(shè)方式應(yīng)當科學(xué)合理，盡可能避免繞曲布置，以免對其承載力水平產(chǎn)生影響。

表2 匯總分析結(jié)果示意表

5 結(jié)束語

應(yīng)用危險性與可操作性分析方法，能夠準確判斷氨制冷系統(tǒng)在實際運行過程中各個節(jié)點不同失效模式發(fā)生的可能性以及所造成后果，從而制定針對性措施消除潛在風險。將本方法應(yīng)用于氨制冷系統(tǒng)管道風險水平評估中具有非常重要的價值，對提升氨制冷系統(tǒng)運行可靠性以及安全性水平均具有非常重要的意義。