HAZOP分析在石化行業空分裝置中的應用

于明飛 中國石油天然氣股份有限公司哈爾濱石化分公司

空分裝置是能耗大戶，隨著各專業氣體公司的發展與國內市場經濟的完善，空分市場逐步形成以運行效率支撐行業利潤的局面，比如在產品銷售價格不變的情況下，裝置設計效率一定，日常運行效率高，則產品成本降低，利潤增加；反之，利潤下降。所以，對空分裝置的運行性能評估顯得尤為重要。

一、空分空壓單元HAZOP審查背景

空分空壓單元的HAZOP 審查會議于2008 年1 月28 日 至2008 年2 月1 日 在 大慶石化工程公司召開。HAZOP 會議主席由印度籍工藝工程師Ajit.Kale 擔任，審查小組包括工藝、自控、設備、安全、生產管理等相關專業人員。在審查小組成員深入分析討論的基礎上，結合工藝設計及可操作性方面的資料，對空分空壓工藝進行系統的工藝安全分析，全面系統地查找工藝及可操作性方面可能存在的問題，識別出裝置存在的能夠導致重大工藝安全事故的危險，并進行全面的保護層分析，提出相應的解決措施，保證該工藝安全平穩的運行。會議供用時40h，分析11 張PID 圖樣，產生建議數35 個。

二、HAZOP分析在石化行業空分裝置中的應用

（一）針對液態產品的設備選型

通過上述空分裝置工藝實施原理能夠明確，其以空氣為主要原料，通過多種可實施手段將空氣從氣態轉換為液態，從而通過蒸餾等方式將其提煉出所需的純度，應用于專業氣體供應的眾多領域。在此過程中，無論采取哪種提煉手段和方式，都要熟知所應用領域主體客戶的需求所在。在操作流程中，各項氣體的沸點在數據勘測和實驗中就有明確的界定和操作準則。由于在前期無法確定分子篩的滲透量，在空分裝置的設備選型上應當更側重于低溫精餾工藝的兼容使用。通過內外壓縮工藝的同時進行，為設備的選擇進行一定程度消耗量以及提取量的比值區間劃分，在長期的使用對象更換以及采取方式的提煉過程中找到其存在的規律和實施準則，目前來看這是較為合理且值得拓展的途徑。

除此之外，用戶對于產品的選擇是具有靈活性和波動性的。因此，在具體的空分裝置設備選型中應當考慮到設備產值帶來的經濟效益，或者是在市場買入產品的操控和選取中，找到產品的共通點進行分批次或者同批次量產，有選擇地對能夠負荷的基礎維度進行開拓和發散，這才是設備選型正確體現經濟效益的關鍵所在。同時，站在市場買入方的角度能夠理解他們希望在較短的時間內獲取產品的想法。這時，就要綜合考量評斷其中的矛盾依存點是否可調和。若想要在短時間內大規模地獲取產品，那么產品稀釋的純凈度必然會隨之下降；反之，萃取提煉純凈度較大的產品也需要放寬時長、延長周期。因此，在設備的選型上要采取不可持續性產值的工藝路線，以低溫蒸餾工藝為準。雖然該方式的使用較為煩瑣，但是目前所提煉的氧氣及氮氣純凈度都在95%以上。考慮設備選型時應當對于其液態產品的產值和產能作出正向的市場回饋和調查，進而能夠較為清晰地根據含氧量的數據進行壓縮工藝的選擇，在提升實施效率的同時節約人工成本。

（二）膨脹機的性能評估

膨脹機的工藝效率評估分為兩大類，通過對氣體膨脹機增壓側、膨脹側等熵效率和液膨膨脹側效率的計算，回顧是否在最佳運行點。另對氣膨及液膨的損失功的計算，跟蹤膨脹機傳動損失、惡化增大的趨勢，及時建立大修計劃。

根據膨脹機等熵膨脹原理，通過膨脹機入口壓力、溫度及空氣組分由林德物性計算器GTC 可計算出入口空氣的熵值和焓值；同時根據出口壓力及溫度，可查出膨脹機出口的實際熵值和焓值；根據等熵原理，查出出口理論焓值并計算出等熵效率。等熵膨脹效率低，表示膨脹機效率低，可能的原因有：存在泄漏，冷量損失增大，或存在機械問題等。由膨脹機輸出功和膨脹增壓段輸入功率或發電機功率比較，得出中間的功率損失量；損失功率大，則表示潤滑不足、發電機效率下降等。膨脹機膨脹端和增壓端的效率均在設計值內，能量損失略有偏大，后期需檢查檢查膨脹端及增壓端回流閥是否有內漏，通過油品分析和狀態監測等進一步分析膨脹機的運行狀況，必要時進行拆檢保養。

三、結語

很多國內業主和工程公司出于對項目投資和進度的考慮以及在思想上受固有觀念的束縛，對HAZOP 不夠重視，即使是項目在國外基礎設計包中已經包含HAZOP 研究報告，在詳細設計時也未將HAZOP 結果融入設計中去，認為如果遵照HAZOP 的結果來進行設計和操作，一方面會造成投資額的增加，另一方面會導致開車困難，或者根本無法開車。實際上，HAZOP 相當于將設計階段的設計審查和工廠操作的事故預案結合起來進行的更加系統、更加全面的分析考慮，并將這一考慮在項目開始階段就融入裝置設計中去，是把“安全源于設計”的理念最好的落實，它能保證將一個安全合格的裝置移交給業主。應該說目前國內裝置很少做HAZOP 研究，但是隨著國外技術和國際工程公司的大量介入，以及國內業主和工程公司在理念上和程序上與國際先進水平的接軌，HAZOP 研究會在越來越多的工程設計中得到應用。