變換爐的風險評估技術

劉春雷 李錫華 劉 軍 航天長征化學工程股份有限公司

根據(jù)《固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》等的要求：對第Ⅲ類壓力容器，設計時應出具包括主要失效模式和風險控制等內(nèi)容的風險評估報告。目前在設計階段實施風險評估，由于還沒有制定較為具體的風險評估報告實施細則，且與傳統(tǒng)的設計程序有非常大的區(qū)別，設計者非常不習慣，壓力容器設計、制造和使用單位還缺少相關經(jīng)驗，在具體的實施過程中會有許多困難，如風險評估報告的格式、內(nèi)容、深度等。

為此，筆者根據(jù)相關規(guī)范和標準的精神以某項目煤化工變換爐為例，通過對其設計、制造和使用過程中應考慮的典型風險(或危害)進行識別、分析，出具了風險評估報告。僅供與同行交流，并請批評指正。

1 變換爐基本參數(shù)與操作工況

1.1 基本設計參數(shù)（見表1）

表1 設備基本設計參數(shù)

1.2 各工況條件

1）操作工況描述

變換爐屬于軸向反應容器，具有雙層催化劑，設備由殼體、入口氣體分布器、集氣器、溫度計、卸料口、催化劑層、耐火球等組成。來自上游經(jīng)換熱后降溫至210℃的變換氣從設備頂部管口進入，經(jīng)氣體分布器均布后，沿軸向向下進入催化劑層進行變換反應，反應溫度控制在250℃以內(nèi)，出口CO含量控制在0.7%（mol%干）左右，最后經(jīng)過兩次變換反應后的氣體由設備底部氣體出口離開變換爐進入下一流程。

進口氣體組成：H2O、CO、H2、CO2、H2S、N2、Ar、COS；

進口溫度：220℃；

出口氣體組成：H2O、CO、H2、CO2、H2S、N2、Ar、COS；

出口溫度：246℃；

2）各工況參數(shù)（見表2）

表2 不同工況參數(shù)

2 主要失效模式及風險控制[1～10]（見表3）

表3 失效模式及風險控制

3 人員防護及措施

3.1 人員要求及措施

1）對容器設計、制造、檢驗、運輸、安裝和操作等各環(huán)節(jié)所有參與人員，要滿足相應國家規(guī)定的崗位資質(zhì)要求，如焊接人員要有相應焊接資質(zhì)等。

2）崗前教育培訓

（1）對容器設計、制造、檢驗、運輸、安裝和操作等各環(huán)節(jié)所有參與人員，都應通過崗前教育培訓滿足相應工作技能要求；

（2）特別對使用單位的關鍵操作人員提出如下要求：強化與操作對象相關的工藝、設備、結構、性能、特點的知識掌握和認知程度，避免因誤操作引起設備故障；應進行安全防護及救護的知識培訓，對關鍵操作人員應培訓考核合格后上崗。

3）定期組織特種設備操作人員進行技術培訓和安全教育。

4）定期收集、整理壓力容器有關記錄并組織相關人員總結前段時間壓力容器運行中的經(jīng)驗教訓并制定改進措施。

5）設備操作人員參與制訂有關安全生產(chǎn)方面的規(guī)章制度，制定嚴格的管理制度和事故預防預案，避免違規(guī)操作或違章行為。

3.2 防護設備

容器操作時應配備以下防護設備,確保防護到位。

1）應配備：對設備壁表面降溫措施，如水噴淋裝置及水池；堵漏設備及設施；安全帽；防毒面具及防護服；接地電阻測試儀；消防器材并在有效期內(nèi)；裝卸防靜電火花措施；設備裝避雷裝置。

2）對動力源、動力線路及照明裝置應采取防爆或隔爆措施。

3）劃分控制區(qū)和非控制區(qū)并有警示標識或標志。

4 運輸和安裝階段危險識別及防護

4.1 可能發(fā)生危險

碰撞、跌落和筒體變形。

4.2 防護措施

1）要注重設備運輸及安裝人員的素質(zhì)和實踐經(jīng)驗，負責運輸安裝單位要制定科學合理的方案；

2）運輸中設備固定牢固,盡量不超載,對超高和超寬運輸應有防護措施,對設備易變形部位要支撐加固。

3）設備直徑較大再加上接管，有可能在某一個角度上超過國家運輸規(guī)定，給設備運輸造成困難。因此，在確定設備管口方位時，充分滿足工藝需求外，確定運輸方案。

5 其它說明事項

1) 本報告不作為事故評估依據(jù)，主要目的是為制造廠和最終用戶提供足夠的信息，便于合理的制造和制訂科學的使用方案。

2) 制造廠和用戶按照本報告信息要結合自身實際經(jīng)驗，繼續(xù)完善各種危害識別和風險控制措施，做好技術防范儲備和安全操作規(guī)程。

3) 本報告采用的法規(guī)、標準和引用的文獻資料以國家正式頒布的標準為主。

我國的標準目前尚沒有完成體系的建設，基于失效模式的設計理念剛剛被引入到壓力容器的設計中，還沒有條件全面開展完整的風險評估，因此我國的設計階段風險評估主要針對危害識別和風險控制[8]，對風險進行定性和定量的評價是風險評估的一個難題，具體評價方法、評判依據(jù)或可接收準則還在研究積累[10，11]。壓力容器設計階段實施風險評估勢在必行，隨著認識深入、經(jīng)驗積累、不斷完善，設計階段風險評估報告的質(zhì)量必將再上新臺階，真正達到設計階段進行風險評估的目的，提高我國壓力容器風險防范的能力。

1 GB 150.1～150.4－2011壓力容器

2 SH/T3075－2009石油化工鋼制壓力容器材料選用規(guī)范

3 API RP571,Damage Mechanisms Affecting Fixed Equipment in the Refi ning Industry.2003

4 李世玉.壓力容器設計工程師培訓教程.北京;新華出版社,2005

5 HG/T20581－2011鋼制化工容器材料選用規(guī)定

6 王榮貴,汪渝.高溫氫和硫化氫混合氣體對設備的腐蝕及防護.化肥設計,2005,43(1):22－26

7 謝鐵軍,壽比南,王曉雷,等.《固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》釋義.北京:新華出版社, 2009

8 史曉紅.熱壁加氫反應器設計和使用的幾點探討.設計與研究,2007,34(9):23－25

9 錢春,李業(yè)勤,李 陽.壓力容器風險評估報告的格式.石油與化工設備,2010, 13(3): 18－21

10 馬德金.壓力容器設計階段風險評估的初步研究.廣州化工,2010,38(8):247－249

11 戴樹和.風險分析技術(二)－典型裝置上的工程應用.壓力容器,2002,19(3):1－6