談聯(lián)堿裝置重大危險源液氨罐區(qū)安全管理

王志新，閔文偉，呂徑春

(天津渤化永利化工股份有限公司，天津 300452)

目前化工裝置的安全生產(chǎn)形勢極為嚴(yán)峻，安全工作與企業(yè)的發(fā)展和生死存亡息息相關(guān)[1]。近幾年，一些危險化學(xué)品企業(yè)因設(shè)備、管道、控制系統(tǒng)“年老”失效，引發(fā)多起典型的泄漏、火災(zāi)、爆炸事故，對全國危險化學(xué)品安全生產(chǎn)形勢穩(wěn)定造成不利影響。2021年9月1日新修訂的新《安全生產(chǎn)法》的實施，強調(diào)堅持黨的領(lǐng)導(dǎo)，把保護人民生命安全擺在首位，加強各級部門監(jiān)督管理力度，進一步強化和落實生產(chǎn)經(jīng)營單位主體責(zé)任，加大對企業(yè)和人員違法行為的處罰力度等，這些也將對化工企業(yè)的安全生產(chǎn)管理提出更高的要求[2]。

我公司聯(lián)堿裝置從2007年9月開始建設(shè)，2010年12月投產(chǎn)，目前已運行12年。該裝置涉及氨、氯化鈉和氯化銨等介質(zhì)，存在一定的危險性和腐蝕性，且隨著運行年限延長，因設(shè)備磨損、疲勞、老化、腐蝕等原因，裝置故障率上升，運行穩(wěn)定性、可靠性降低，安全風(fēng)險也隨之增大。同時隨著新標(biāo)準(zhǔn)的不斷實施，按原有標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的裝置出現(xiàn)許多“先天不足”，存在布局不合理、壓力控制保護不足、儀表控制水平低、安全措施不完善等問題。對于涉及到毒性氣體、液化氣體、劇毒液體的一級或二級重大危險源，未設(shè)置獨立安全儀表系統(tǒng)SIS、ESD等。因此，對我公司的聯(lián)堿裝置重新進行風(fēng)險分析，對裝置的安全穩(wěn)定生產(chǎn)具有重要的意義。

1 危險源識別及分級

1.1 危險源識別

生產(chǎn)過程中涉及的危險化學(xué)品主要包括：二氧化碳、液氨和氮氣，其中液氨是主要的危險源，因此以下主要對液氨進行分析。

液氨作為制冷系統(tǒng)的介質(zhì)，主要存在于結(jié)晶工序外冷器、氨儲罐及液氨輸送管道。計算氨儲存量時，氣氨因體積大，重量輕，在計算儲量時可忽略。

1)冷析外冷器儲氨量

冷析外冷器(φ2000×9995，F(xiàn)=800 m2)有6組，每組3臺。液氨走殼程，總液氨量V1=114 m3。

2)液氨管道儲氨量V2=17.0 m3。

3)液氨罐儲氨量V3=168 m3。

則聯(lián)堿界區(qū)內(nèi)液氨總量為V=V1+V2+V3=114+17+168=299 m3。

折合總重量為299.4×0.62=186 t(液氨密度0.62 g/cm3)。

1.2 危險源分級

按照《危險化學(xué)品重大危險源辨識》(GB18218-2018)標(biāo)準(zhǔn)，對辨識后的各生產(chǎn)場所和儲存場采用單元內(nèi)各種危險化學(xué)品實際存在(在線)量與其在該標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的臨界量比值，經(jīng)校正系數(shù)校正后的比值之和R作為分級指標(biāo)。

R的計算方法：

R=α(β1×q1/Q1+β2×q2/Q2+…βn×qn/Qn)

式中：q1,q2,…,qn——每種危險化學(xué)品實際存在(在線)量，t;

Q1,Q2,…,Qn——與各危險化學(xué)品相對應(yīng)的臨界量，t;

β1，β2…,βn——與各危險化學(xué)品相對應(yīng)的校正系數(shù);

α——該危險化學(xué)品重大危險源的廠區(qū)邊界向外擴展500 m范圍內(nèi)暴露人員的校正系數(shù)。(100人以上，α=2)

根據(jù)計算，聯(lián)堿裝置各單元重大危險源分級結(jié)果見表1。

表1 各單元重大危險源分級結(jié)果一覽表

通過計算，該公司聯(lián)堿外冷廠房的危險化學(xué)品構(gòu)成三級重大危險源，氨罐區(qū)的危險化學(xué)品構(gòu)成二級重大危險源。

2 聯(lián)堿裝置風(fēng)險因素分析及整改措施

2.1 現(xiàn)有裝置的HAZOP分析

對聯(lián)堿生產(chǎn)裝置涉氨區(qū)域進行HAZOP分析與研究，劃分了7個節(jié)點，內(nèi)容涵蓋10張PID圖。提出5項建議。同時對后果風(fēng)險等級評估為“Ⅲ”和“Ⅳ”級的偏差及現(xiàn)有聯(lián)鎖回路的裝置建議采用“保護層分析(LOPA)”方法進行評估。

表2 HAZOP分析建議措施匯總列表

2.2 LOPA分析和SIL定級

2.2.1 保護層分析(LOPA)

保護層分析(LOPA)的目的是在定性危險分析的基礎(chǔ)上，進一步對具體的場景的風(fēng)險進行相對量化(準(zhǔn)確到數(shù)量級)的研究，包括對場景的準(zhǔn)確表述及識別已有的獨立保護層，從而判定該場景發(fā)生時系統(tǒng)所處的風(fēng)險水平是否達到可容許風(fēng)險標(biāo)準(zhǔn)的要求，并根據(jù)需要增加適當(dāng)?shù)谋Ｗo層，以將風(fēng)險降低至可容許風(fēng)險標(biāo)準(zhǔn)所要求的水平。LOPA的一個基本假設(shè)就是不存在不失效的保護層。基本流程如下：

定性危險分析(如：HAZOP分析)→場景識別與篩選→后果及嚴(yán)重性評估

初始事件描述及頻率確認→獨立保護層識別及PFD的確認→風(fēng)險評估及建議→后續(xù)跟蹤與審查

2.2.2 SIL定級

SIL定級，即確定安全完整性等級，是在HAZOP分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合行業(yè)特點、工藝裝置特性、企業(yè)性質(zhì)和管理要求，采用適宜的風(fēng)險管理和分析方法(一般使用LOPA分析)進行SIL等級的確定。安全完整性等級作為衡量安全功能重要因素，是安全系統(tǒng)的核心;安全系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、檢驗評估、維護都是圍繞著SIL來進行的。SIL定級的方法主要有矩陣法、風(fēng)險圖法、保護層分析法。

2.2.3 場景識別和篩選

根據(jù)HAZOP分析結(jié)果初步進行場景識別和篩選，提出需分析的事故場景、確認IE及頻率、現(xiàn)有獨立保護層及頻率，在HAZOP分析中嚴(yán)重度等級為4級及以上、風(fēng)險評估為Ⅲ級基礎(chǔ)上，歸納辨識了6個場景，LOPA場景詳見表3。

表3 LOPA場景分析和SIF定級

2.2.4 LOPA分析和SIL定級結(jié)果

通過對現(xiàn)有裝置進行LOPA分析[3]，按表3結(jié)果中偏差后果嚴(yán)重程度較高、風(fēng)險等級較高的(Ⅲ級和Ⅳ級)的5個場景進行了SIL等級定級分析，各場景的SIL等級結(jié)果見表3所示[4]。

SIF是指安全儀表功能，為一個聯(lián)鎖回路中執(zhí)行 HSE 相關(guān)的回路一個聯(lián)鎖。SIF 分為無要求、SILa、SIL1-3 級。當(dāng) SIF 安全完整性等級為“無要求”時，這個回路可以取消，假如保留則可以通過 DCS 實現(xiàn)(符合原安監(jiān)總局 40 號令，原安監(jiān)總管三[2013]3號的要求除外)。當(dāng)SIF安全完整性等級為SIL1-3時，這個SIF必須通過SIS實現(xiàn)。

根據(jù)以上分析及SIL等級定級結(jié)果，聯(lián)堿裝置需設(shè)置獨立的SIS(安全儀表系統(tǒng))。

2.3 現(xiàn)場主要風(fēng)險隱患及整改措施

2.3.1 工藝方面

1)現(xiàn)場無氮氣置換設(shè)施，設(shè)備檢修后需進行充氮試壓。

整改措施：將與氣液分離器相連接的管線GA090813-B-32-MB，用于氮氣沖壓，為外冷器做氣密使用。中壓氮氣對應(yīng)6個混/冷結(jié)晶器，甩頭6處，用高壓膠管連接。

2)針對外冷廠房六樓吸氨調(diào)節(jié)閥(HV0851，DN300)，在日常生產(chǎn)中處于滿開狀態(tài)，使用MI/MII調(diào)節(jié)閥進行吸氨操作調(diào)整。

整改措施：將此閥更換為切斷閥，提升密封等級，用于吸氨器泄漏時，緊急關(guān)閉此閥。

3)改變界區(qū)外送液氨進氨罐的操作流程，現(xiàn)流程為界區(qū)外送的液氨經(jīng)調(diào)節(jié)閥與蒸發(fā)冷下來的液氨匯合到總管進入氨罐。存在因蒸發(fā)冷壓力高時，導(dǎo)致液氨供應(yīng)方需提高輸送液氨的壓力，以滿足結(jié)晶生產(chǎn)用氨的需求。

整改措施：將界區(qū)外來的液氨改為直接進外冷器液氨總管。

2.3.2 設(shè)備方面

1)現(xiàn)場因周邊環(huán)境腐蝕性氣體較多，大部分的材質(zhì)為碳鋼的管線都存在腐蝕較嚴(yán)重的現(xiàn)場。

整改措施：將材料升級為316L，提升耐腐蝕性。

2)氨罐區(qū)和冰機廠房、外冷廠房的晶漿泵電機、操作柱、照明，換氣扇、應(yīng)急出口指示牌為非防爆型電器。

整改措施：全部改為防爆型電器設(shè)施。

2.3.3 電儀及其它方面

1)現(xiàn)場可燃氣體和有毒氣體檢測探頭間距及數(shù)量不符合《石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50493-2019)中的要求。

整改措施：需按規(guī)范進行補充，同時要符合職衛(wèi)中OEL為職業(yè)接觸限值，氨的OEL為30 mg/m3(氨的1 mg/m3約為1.4 ppm左右)。

2)氨罐區(qū)未實現(xiàn)視頻全覆蓋。

整改措施：對罐區(qū)，冰機區(qū)域，蒸發(fā)冷區(qū)域共需40個攝像頭，滿足現(xiàn)場視頻全覆蓋的要求。

3 結(jié) 語

作為安全生產(chǎn)第一負責(zé)人，要認真貫徹落實習(xí)近平總書記關(guān)于新時代安全生產(chǎn)和生態(tài)文明建設(shè)的理念，進一步落實各級安全職責(zé)，夯實安全工作基礎(chǔ)，完善安全管理體系，以強化全員安全生產(chǎn)責(zé)任制的落實為主線，進一步筑牢風(fēng)險分級管控和隱患排查治理的防線，全面防范一切事故，實現(xiàn)安全生產(chǎn)零目標(biāo)，為企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展保駕護航。