HAZOP分析在工藝包設計中的應用

＊張文麗（山東潤昌工程設計有限公司 山東 250100）

HAZOP分析在工藝包設計中的應用

＊張文麗（山東潤昌工程設計有限公司 山東 250100）

隨著工藝生產裝置的日益復雜化及龐大化，保證裝置及生產操作人員的安全顯得尤為重要，近年全國范圍內出現的一些安全生產事故很大程度上都是工藝工程設計階段出現了本可避免的失誤。HAZOP分析的目的就是在工藝包設計階段明確有關安全技術措施，確保實現工藝生產裝置的安全。

HAZOP分析；氨合成；工藝設計；安全

HAZOP分析作用是在工程設計當中通過分析各個可能的操作因素導致的操作后果確定相關的安全技術措施。一般以小組討論形式進行，小組成員包括設計單位的有關工藝、儀表、電氣及安全技術人員，生產單位的有關工藝、儀表、電氣、安全及操作人員，有時候還包括有關設備或系統的供應商。HAZOP分析過程主要有：一是危害與可操作性分析階段，這是HAZOP分析的核心內容，關系到安全技術措施的安全性和可行性；二是工藝包的完善階段，將有關安全技術措施落到實處。本文以氨合成工序中的甲烷化工段闡述HAZOP分析在工程設計中的應用。甲烷化的主要流程：進入高壓烷化系統的氣體分為兩路，其中一路分別進入甲烷化塔冷卻外壁，出來后與另一路匯合進入熱交換器與反應氣換熱，溫度提高至～215℃被送往提溫換熱器管間與管內來自氨合成系統的出塔氣體換熱進一步提溫到～250℃后，進入甲烷化塔反應，將氣體中≤100PPm的CO、CO2轉化為H2O和CH4，～250℃的反應氣出塔后進熱交換器管間與管內入塔氣換熱，溫度降至～88℃進水冷器，進一步冷卻降溫至～37℃，反應氣中的水被冷凝，水冷器出口氣液混合氣經氨冷卻器進一步降溫后送水分離器分離水，水分離器出口的凈化氣體則送往氨合成系統。

提溫換熱器用于提溫的熱氣體來自φ1400合成氨系統氨合成塔二次出塔氣，提溫后則回到φ1400氨合成系統的熱交換器進口。本裝置設置內置式電加熱爐。其主要物料流程如上圖。

1.HAZOP分析記錄

氨合成中的甲烷化系統，主要目的是將原料氣中的碳氧化物總含量脫除到10ppm以下，操作溫度250～8℃，操作壓力17MPa，主要設備有提溫換熱器、甲烷化塔、烷化熱交換熱器、烷化油分、烷化水冷器、烷化水分、烷化氨冷器。其HAZOP分析記錄如下：

(1)工藝偏離：低（無）流量。可能原因：原料氣流量偏低；可能危害/后果：可導致提溫換熱器兩側溫差過大，嚴重時損壞設備；防護措施及補充說明：原料氣進口設置遠傳流量計及低流量報警；提溫換熱器氮氫氣出口設有溫度變送器；提溫換熱器外壁設溫度高報警；嚴重性：3；可能性：3；風險等級：2； LOPA：無；改善意見：無。

(2)工藝偏離：高濃度。可能原因：原料氣CO/CO2含量高可能危害/后果：可能影響CO凈化效果，嚴重時導致氨合成催化劑中毒；導致甲烷化塔出口溫度升高；防護措施及補充說明：原料氣進口設手動和在線CO/CO2分析；烷化水分出口設手動和在線CO/CO2分析；甲烷化塔床層設溫度高報警、高聯鎖停合成氣壓縮機，由SIS實現；甲烷化塔塔壁設溫度高報警；嚴重性：4；可能性：2；風險等級：2；LOPA：N；改善意見：建議甲烷化塔床層設溫度高報警、高聯鎖停合成氣壓縮機(2OO3)，由SIS實現。

(3)工藝偏離：高溫度。可能原因：甲烷化電加熱器失控 可能危害/后果：可能導致甲烷化塔及相關設備溫度升高防護措施及補充說明：原料氣進口設手動和在線CO/CO2分析；烷化水分出口設手動和在線CO/CO2分析；甲烷化塔床層設溫度高報警、高聯鎖停合成氣壓縮機，由SIS實現；甲烷化塔塔壁設溫度高報警；嚴重性：4；可能性：2；風險等級：2；LOPA：N 改善意見：建議甲烷化塔床層設溫度高報警、高聯鎖停合成氣壓縮機(2OO3)，由SIS實現；建議設床層溫度高聯鎖停電加熱爐(2OO3)，由SIS實現。

(4)工藝偏離：低溫度/低溫（氨冷）。可能原因：提溫換熱器換熱不佳；烷化氨冷器液氨蒸發壓力過低；可能危害/后果：可能導致甲烷化塔入口溫度過低，CO/CO2凈化不佳，嚴重時導致催化劑中毒；烷化氨冷器出口溫度過低，嚴重時管內壁結冰 防護措施及補充說明：烷化水分出口設手動和在線CO/CO2分析；甲烷化塔床層及塔壁設溫度變送器及高報警；烷化氨冷器出口設溫度變送器及低報警；烷化氨冷器出口設溫度檢測及低報警；嚴重性：3；可能性：3；風險等級：2；LOPA：N；改善意見：建議加強管理。

(5)工藝偏離：高壓。可能原因：后續工序故障；可能危害/后果：導致系統壓力升高 防護措施及補充說明：甲烷化系統設多處壓力檢測及高報警；氮氫壓縮機出口設壓力檢測及高報警和調節閥；氮氫壓縮機入口設壓力檢測及高報警和調節放空閥；氮氫壓縮機入口及本體設安全閥 嚴重性：4；可能性：3；風險等級：3； LOPA：Y 改善意見：建議加強管理。

(6)工藝偏離：高液位 可能原因：烷化氨冷器液位調節閥故障或開度過大可能危害/后果：液位過高導致氣氨帶液，影響冰機系統防護措施及補充說明：烷化氨冷器設有就地及遠傳液位檢測高報警；冰機系統設有氣液分離器 嚴重性：4；可能性：3；風險等級：3； LOPA：N 改善意見：建議加強管理。

(7)工藝偏離：低/無液位 可能原因：操作失誤可能危害/后果：烷化水分液位高低，可能導致高壓氣體外泄 防護措施及補充說明：烷化水分設有就地液位計，排液設為雙閥；設置現場可燃氣體檢測及消防系統 嚴重性：4；可能性：3；風險等級：3； LOPA：N 改善意見：建議加強管理

(8)工藝偏離：高反應 可能原因：同高濃度 可能危害/后果：同高濃度防護措施及補充說明：同高濃度 嚴重性：同高濃度；可能性：同高濃度；風險等級：同高濃度；LOPA：N 改善意見：同高濃度1．9、工藝偏離：換熱管道破裂/泄漏 可能原因：提溫換熱器換熱管道破裂；烷化水分換熱管道破裂；烷化氨冷換熱管道破裂 可能危害/后果：循環氣竄入氮氫氣系統，導致甲烷化塔入口溫度升高；烷化氣竄入冷卻水和冰機系統，導致冷卻水系統和冰機系統超壓； 防護措施及補充說明：提溫換熱器出口設溫度檢測；烷化水分出口設手動分；烷化水冷器冷卻水管線設溫度檢測和壓力檢測，水側設安全閥；烷化氨冷器氣氨出口設溫度和壓力檢測，氣氨側設安全閥；設置可燃有毒氣體檢測報警系統 嚴重性：3；可能性：3；風險等級：2；LOPA：Y 改善意見：提溫換熱器氮氫氣出口設溫度檢測及高報警。

2.改善建議

依據HAZOP分析記錄制定相應的改善意見，本系統的改善意見如下：

(1)高濃度：風險等級為2，改善意見：建議甲烷化塔床層設溫度高報警、高聯鎖停合成氣壓縮機(2OO3)，由SIS實現，依據改善意見完善PID及邏輯聯鎖圖。

(2)高溫度：風險等級為2，改善意見：建議甲烷化塔床層設溫度高報警、高聯鎖停合成氣壓縮機(2OO3)，由SIS實現；建議設床層溫度高聯鎖停電加熱爐(2OO3)，由SIS實現，依據改善意見完善PID及邏輯聯鎖圖。

(3)低溫度：風險等級為2，改善意見：建議增加烷化水分出口CO/CO2在線分析并增加含量高報警，依據改善意見完善PID圖。

(4)管道破裂：風險等級為1，改善意見：提溫換熱器氮氫氣出口增加溫度高報警。

3.完善PID及安全報警聯鎖

根據最終的改善意見進一步完善甲烷化系統的PID和邏輯聯鎖圖。完善后的報警及聯鎖回路下表。

儀表回路任號 回路名稱 特殊要求 備注甲烷化塔床層溫度報 停氮氫壓縮TIAHS6101A～C 警聯鎖 2OO3機及電加熱爐TIAH6102 提溫換熱器出口工藝氣溫度高報TIAH6103甲烷化塔塔壁溫度～5(A/B/C)高報TIAH6106～7(A/提溫換熱器塔壁溫B/C)度高報PIAHS6101A～C 烷化新鮮氣壓力報2OO3 停氮氫壓警聯鎖 縮機PDIAH6101 提溫換熱器冷側進口熱側出口壓差高報PDIAH6102 烷化塔進出口壓差高報LICAH6101 高壓烷化氨冷器液位高報警及調節GIAH6101 氨冷區可燃氣體檢測報警GIAH6102 氨冷區有毒氣體檢測報警AIAH6101 烷化水分出口C含量高報警AIAH6102 烷化油分進口C含量高報警

4.總結

HAZOP分析作為一種安全分析策略和工具，有在工藝包的設計階段有利于PID和安全技術措施的設計，它作為一種分析方法，由于具有簡單、因果關系明確，操作可行性高，分析周期短等原因，越來越得到了廣泛的應用，尤其是在工藝研發和設計中。

[1]廖學品．《化工過程危險性分析》．化學工業出版社,2000．

[2]馬進,王浩．《天然氣制氫裝置工藝安全分析》．化工安全與環境,2012,36（9～10）．

張文麗（1978～），女，山東潤昌工程設計有限公司，研究方向：化工工程設計。

(責任編輯王恒）

Application of HAZOP Analysis in Process Design

Zhang Wenli
（Shandong Runchang Engineering Design co., LTD, Shandong, 250100）

As the increasingly complicated and large process production unit, guaranteeing the safety of the device and the operation personnel is particularly important, in recent years, some safety production accidents caused, to a great extent,by the mistakes which are able to be avoided in the stage of process engineering design. The purpose of HAZOP analysis is to make safety technical measures clear in the the process package design phase and ensure the safety of process device unit.

HAZOP analysis；ammonia synthesis；process design；safety

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