HAZOP分析在空分裝置風(fēng)險(xiǎn)分析運(yùn)用的研究

邢文俊(盈德氣體(上海)有限公司，上海 200137)

0 引言

《危險(xiǎn)化學(xué)品企業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)隱患排查治理導(dǎo)則》(應(yīng)急〔2019〕78號(hào))中規(guī)定：“2.4企業(yè)應(yīng)對(duì)涉及“兩重點(diǎn)一重大”的生產(chǎn)、儲(chǔ)存裝置定期開(kāi)展HAZOP分析”及“3.2.3企業(yè)對(duì)涉及“兩重點(diǎn)一重大”的生產(chǎn)、儲(chǔ)存裝置運(yùn)用HAZOP方法進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)分析，一般每3年開(kāi)展一次；對(duì)涉及“兩重點(diǎn)一重大”和首次工業(yè)化設(shè)計(jì)的建設(shè)項(xiàng)目，應(yīng)在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)階段開(kāi)展HAZOP分析工作”。明確提出需要對(duì)空分裝置開(kāi)展HAZOP分析后，政府執(zhí)法、企業(yè)運(yùn)營(yíng)對(duì)HAZOP分析的重視也在逐步提高[1-2]。但是目前更多的是從氧槽作為重大危險(xiǎn)源的角度分析為主，對(duì)于空分自身工藝的分析不是很充分。

文章在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段通過(guò)對(duì)新建空分裝置進(jìn)行HAZOP分析，從設(shè)計(jì)源頭上嚴(yán)格分析，避免事故產(chǎn)生，進(jìn)而保障空分裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。

1 空分裝置簡(jiǎn)介

空分裝置是用來(lái)把空氣中的各組分氣體分離，分別生產(chǎn)空氣組分的氧氣、氮?dú)狻鍤獾葰怏w的一套工業(yè)設(shè)備裝置。通常采用深度冷凍空氣分離技術(shù)，以空氣為原料，通過(guò)壓縮循環(huán)深度冷凍的方法把空氣變成液態(tài)，經(jīng)過(guò)低溫精餾根據(jù)不同沸點(diǎn)而從液態(tài)空氣中逐步分離生產(chǎn)出氧氣、氮?dú)饧皻鍤獾榷栊詺怏w的設(shè)備，廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)的冶金、化工以及半導(dǎo)體器件制造等領(lǐng)域。

低溫精餾法是先將空氣冷卻至液化，然后在不同的沸騰溫度下選擇性地蒸餾成分。該工藝可以生產(chǎn)高純度氣體，能耗高。低溫分離過(guò)程要求熱交換器和分離塔緊密結(jié)合，以獲得良好的效率，所有制冷能量都由裝置入口的空氣壓縮機(jī)提供。為了達(dá)到較低的精餾溫度，利用膨脹機(jī)獲取大的等熵膨脹制冷量將空氣液化，并且冷設(shè)備必須保持在一個(gè)絕緣的外殼內(nèi)(通常稱為“冷箱”)。自空壓機(jī)來(lái)的壓縮空氣，經(jīng)空氣預(yù)冷系統(tǒng)預(yù)冷凈化，分子篩除去水分、二氧化碳、碳?xì)浠衔锏入s質(zhì)后，一部分空氣被直接送往精餾塔的上塔，另一部分則進(jìn)入膨脹機(jī)經(jīng)膨脹制冷后被送往下塔。精餾塔中，上升蒸汽和下落液體經(jīng)熱量交換后，在上塔的頂部可得到純度很高的氮?dú)猓谏纤撞靠傻玫郊兌群芨叩难鯕狻Ｒ话惆ㄒ韵缕邆€(gè)系統(tǒng)：

(1)壓縮系統(tǒng)：空氣壓縮系統(tǒng)包括空氣入口過(guò)濾器、空壓機(jī)、空壓機(jī)級(jí)間冷卻器、空壓機(jī)放空消音器等。(2)預(yù)冷系統(tǒng)：空氣預(yù)冷系統(tǒng)包括水冷塔、空冷塔、水泵、冷凍機(jī)等。(3)純化系統(tǒng)：分子篩純化系統(tǒng)包括分子篩吸附器、氮?dú)夥趴障羝鞯取?4)換熱系統(tǒng)：空分換熱系統(tǒng)包括主換熱器、過(guò)冷器等。(5)精餾系統(tǒng)：空分精餾系統(tǒng)包括精餾塔、冷凝蒸發(fā)器等。(6)產(chǎn)品送出系統(tǒng)：產(chǎn)品送出系統(tǒng)包括調(diào)壓站、計(jì)量站等。(7)液體儲(chǔ)存后備系統(tǒng)：后備系統(tǒng)包括液體儲(chǔ)罐、氣體儲(chǔ)罐、液體蒸發(fā)器等。

2 HAZOP分析過(guò)程

HAZOP是一種以系統(tǒng)工程為基礎(chǔ)、針對(duì)化工裝置而開(kāi)發(fā)的定性的危險(xiǎn)性分析方法。HAZOP用來(lái)識(shí)別和評(píng)估工藝過(guò)程安全方面的危險(xiǎn)以及操作性問(wèn)題，確切的說(shuō)它是對(duì)生產(chǎn)工藝系統(tǒng)危險(xiǎn)性與可操作性進(jìn)行嚴(yán)格檢查的一種風(fēng)險(xiǎn)分析方法[3]。

HAZOP的基本步驟有：將工藝圖劃分節(jié)點(diǎn)，確定需要討論的偏差，逐項(xiàng)分析得到詳細(xì)偏差、原因、后果、現(xiàn)有保護(hù)措施、建議措施的結(jié)果。

3 基于HAZOP的某空分裝置危險(xiǎn)性分析

結(jié)合P&ID圖紙及工藝流程，將HAZOP分析分為空氣壓縮及預(yù)冷系統(tǒng)、分子篩系統(tǒng)、膨脹機(jī)系統(tǒng)、高低壓換熱器、精餾塔系統(tǒng)、氧儲(chǔ)槽及后備系統(tǒng)、氮儲(chǔ)槽及后備系統(tǒng)、氬儲(chǔ)槽等節(jié)點(diǎn)。以流量相關(guān)的偏差為例，HAZOP的分析結(jié)果如下。

3.1 空氣壓縮及預(yù)冷系統(tǒng)

(1)偏差：無(wú)/少流量，即常溫水或低溫水進(jìn)空冷塔流量低或無(wú)。由常溫水泵或低溫水泵故障不上量造成，會(huì)導(dǎo)致進(jìn)分子篩的空氣溫度高，分子篩吸附二氧化碳、水能力降低，長(zhǎng)時(shí)間會(huì)導(dǎo)致二氧化碳、水穿透分子篩進(jìn)入冷箱，堵塞主換熱器，影響生產(chǎn)。屬于高風(fēng)險(xiǎn)，采取的保護(hù)措施為：出空冷塔設(shè)置有溫度點(diǎn)報(bào)警、分子篩后有在線二氧化碳分析儀高高延遲聯(lián)鎖空壓機(jī)卸載、常溫水泵設(shè)置有流量低起泵聯(lián)鎖，低溫水泵設(shè)置有流量低起泵聯(lián)鎖。削減后風(fēng)險(xiǎn)屬于低風(fēng)險(xiǎn)，建議出空冷塔溫度點(diǎn)增加溫度高高延遲停車(chē)聯(lián)鎖。

(2)偏差：多流量，即空氣出空冷塔流速大。原因是在開(kāi)車(chē)時(shí)，人工操作往冷箱倒氣速度過(guò)快，導(dǎo)致短時(shí)間流速過(guò)快。從而使得空氣攜帶水分過(guò)大，超過(guò)分子篩的吸附能力，導(dǎo)致水分穿透分子篩，水分進(jìn)入冷箱，堵塞主換熱器，影響生產(chǎn)。屬于高風(fēng)險(xiǎn)，采取的保護(hù)措施為：空冷塔設(shè)置有壓差高報(bào)警、分子篩后有在線二氧化碳分析儀高高延遲聯(lián)鎖空壓機(jī)卸載。削減后風(fēng)險(xiǎn)屬于低風(fēng)險(xiǎn)。

(3)偏差：逆流，即空壓機(jī)出口空氣逆流。因空壓機(jī)故障停機(jī)時(shí)放空閥未打開(kāi)導(dǎo)致，會(huì)造成空壓機(jī)出口高壓空氣逆流，空壓機(jī)倒轉(zhuǎn)，損壞機(jī)組，進(jìn)而造成財(cái)產(chǎn)損失。屬于高風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)將空冷塔去水冷塔管線由手動(dòng)閥改為自動(dòng)控制，在空壓機(jī)跳車(chē)后閥門(mén)規(guī)定時(shí)間內(nèi)未打開(kāi)，則打開(kāi)另一閥門(mén)進(jìn)行泄壓。削減后風(fēng)險(xiǎn)屬于較高風(fēng)險(xiǎn)，建議前空分裝置檢修周期為1次/年，檢修時(shí)對(duì)放空閥進(jìn)行維護(hù)。

(4)偏差：錯(cuò)流，即水冷塔溢流管線有氮?dú)馀懦觥Ｔ蚴撬渌何豢刂苹芈饭收希a(bǔ)水閥關(guān)閉，低溫水泵繼續(xù)運(yùn)行，導(dǎo)致液位過(guò)低，如果有人員出現(xiàn)可能導(dǎo)致人員窒息。屬于高風(fēng)險(xiǎn)，采取的保護(hù)措施為：巡檢人員佩戴四合一報(bào)警儀、溢流管線處于開(kāi)放空間。削減后風(fēng)險(xiǎn)屬于低風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 膨脹機(jī)系統(tǒng)

(1)偏差：多流量，即進(jìn)入膨脹機(jī)膨脹端流量大。由膨脹機(jī)入口噴嘴卡澀造成，會(huì)導(dǎo)致膨脹機(jī)超速，震動(dòng)過(guò)大損壞設(shè)備。屬于高風(fēng)險(xiǎn)，采取的保護(hù)措施為：膨脹機(jī)設(shè)置有超速保護(hù)，聯(lián)鎖關(guān)閉入口緊急切斷閥、人工關(guān)閉增壓端入口手閥。削減后風(fēng)險(xiǎn)屬于低風(fēng)險(xiǎn)。建議膨脹機(jī)入口緊急切斷閥長(zhǎng)期不動(dòng)作，考慮增加部分行程測(cè)試功能并定期測(cè)試。

(2)偏差：逆流，即膨脹機(jī)膨脹端入口低溫氣體逆流回增壓端管線。由膨脹機(jī)卸載后回流閥全開(kāi)造成，會(huì)使膨脹端管線低溫脆化損壞。屬于高風(fēng)險(xiǎn)，采取的保護(hù)措施為：膨脹機(jī)增壓端設(shè)置有止回閥，止回閥至膨脹機(jī)入口管線內(nèi)低溫氣體殘余量較少，不足以造成低溫脆化、膨脹機(jī)停車(chē)后，人工關(guān)閉增壓端出口閥門(mén)。削減后風(fēng)險(xiǎn)屬于低風(fēng)險(xiǎn)。

(3)偏差：低溫，即膨脹機(jī)膨脹端入口低溫。由膨脹機(jī)長(zhǎng)期停機(jī)再啟動(dòng)時(shí)，入口閥前管線內(nèi)氣體溫度低，導(dǎo)致膨脹機(jī)出口會(huì)產(chǎn)生大量液體，膨脹機(jī)損壞，影響生產(chǎn)。屬于高風(fēng)險(xiǎn)。采取的保護(hù)措施為：膨脹機(jī)入口管線設(shè)置有溫度點(diǎn)，當(dāng)溫度低于一定數(shù)值時(shí)無(wú)法啟動(dòng)；膨脹機(jī)設(shè)置有振動(dòng)高聯(lián)鎖停車(chē)。

3.3 換熱系統(tǒng)

(1)偏差：低溫，即氣體管線溫度低。由空壓機(jī)卸載或停車(chē)時(shí)，箱內(nèi)低溫介質(zhì)倒流，會(huì)凍裂進(jìn)冷箱空氣管線，導(dǎo)致生產(chǎn)中斷。屬于高風(fēng)險(xiǎn)，采取的保護(hù)措施有：空壓機(jī)卸載或停車(chē)信號(hào)會(huì)聯(lián)鎖關(guān)閉空氣進(jìn)冷箱閥門(mén)及高壓液空節(jié)流閥；空壓機(jī)卸載或停車(chē)信號(hào)會(huì)聯(lián)鎖打開(kāi)下塔液空進(jìn)上塔液體閥門(mén)，下塔低液位后恢復(fù)液位自動(dòng)控制。

(2)腐蝕/沖蝕，即閥門(mén)后管線沖蝕。由閥門(mén)后管線為節(jié)流兩相流沖刷，有減薄風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致液空泄漏，生產(chǎn)中斷。屬于高風(fēng)險(xiǎn)，采取的保護(hù)措施有：閥門(mén)后管線為加厚設(shè)計(jì)及有扒沙情況時(shí)，加強(qiáng)對(duì)此處管線進(jìn)行檢查。

3.4 分餾塔

偏差：多流量，即氧氣送出閥流速過(guò)快。由外送氧氣時(shí)氧氣送出閥前后壓差過(guò)大，閥門(mén)開(kāi)啟過(guò)快造成，會(huì)導(dǎo)致氧氣超速，有爆燃風(fēng)險(xiǎn)。屬于高風(fēng)險(xiǎn)，采取的保護(hù)措施為：氧氣送出閥設(shè)置有壓差大時(shí)無(wú)法打開(kāi)，外送氧氣時(shí)，先打開(kāi)均壓閥均壓。削減后風(fēng)險(xiǎn)屬于低風(fēng)險(xiǎn)。氧氣送出閥均壓閥現(xiàn)場(chǎng)觀察不便，建議改造。

3.5 精餾塔系統(tǒng)

偏差：逆流，即下塔液空逆流到分子篩。由冷開(kāi)車(chē)時(shí)，分子篩壓力較低時(shí)打開(kāi)分子篩出口閥門(mén)造成，會(huì)導(dǎo)致下塔中液空逆流，造成設(shè)備冷脆損壞。屬于高風(fēng)險(xiǎn)，采取的保護(hù)措施為：下塔壓力與分子篩出口壓力做差值，壓差大時(shí)，分子篩出口閥門(mén)失電無(wú)法打開(kāi)。削減后風(fēng)險(xiǎn)屬于低風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)該空分裝置HAZOP分析可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于大部分的分析項(xiàng)目，該空分裝置設(shè)有較為完備的安全措施以避免安全可靠性事故的發(fā)生。但仍可能由于一些小概率事件的發(fā)生，對(duì)安全穩(wěn)定生產(chǎn)造成不同程度的影響。

當(dāng)前國(guó)內(nèi)空分行業(yè)對(duì)空分裝置的HAZOP分析還不夠重視，是基于相關(guān)部門(mén)的文件要求以及河南義馬氣化廠“7·19”重大爆炸事故的后續(xù)影響開(kāi)展此項(xiàng)工作，沒(méi)有將HAZOP與詳細(xì)設(shè)計(jì)相融合。但在設(shè)計(jì)階段對(duì)空分裝置進(jìn)行HAZOP分析，將會(huì)將設(shè)計(jì)審查和現(xiàn)有空分裝置運(yùn)行操作的事故預(yù)案結(jié)合起來(lái)，從源頭解決本質(zhì)安全問(wèn)題，從而保證空分裝置的運(yùn)行可靠性。

隨著國(guó)內(nèi)安全形勢(shì)要求越來(lái)越高，也越來(lái)越多的將國(guó)外先進(jìn)的安全理念及工作方法在國(guó)內(nèi)推廣或強(qiáng)制要求，HAZOP作為目前過(guò)程安全風(fēng)險(xiǎn)分析工具已經(jīng)在國(guó)外的相關(guān)行業(yè)驗(yàn)證了有效性，將更廣泛地在國(guó)內(nèi)化工等行業(yè)推廣，真正發(fā)揮提高安全可靠性的初衷。