論HSE在空分裝置設計當中的應用

張豪豪 趙麗娜 韓甜甜 高志粉

摘要：HSE是健康（Health）、安全（Safety）和環境（Environment）管理體系的簡稱，是近年來出現的國際石油天然氣工業通行的一種管理體系。HSE對設計的影響以及怎樣在設計中體現出HSE的理念，極其重要。將HSE理念引入到設計當中，在設計階段就規避HSE的風險和種種危害，既能確保設計產品也滿足技術要求，同時滿足HSE的要求。

關鍵詞：HSE；空分裝置；設計；風險因素；消除方法

伴隨經濟發展，空分裝置規模也越來越大型化發展，操作條件也越來越復雜并苛刻，火災、爆炸、泄漏一旦發生，滅火消防困難，波及面也是很大，對社會和企業的危害更是嚴重。因此在空分裝置設計的過程中要認真貫徹HSE的管理理念，要同時考慮和評估到當中潛在的HSE風險，并配套落實風險的控制和措施，要優先保證HSE的條件，要做到安全發展，清潔發展，盡最大的努力做好設計過程的風險管理。

1空分裝置的工藝技術

空分裝置的作用是分離出空氣中各組分氣體，提供給工藝裝置和各輔助裝置所需要的氮氣、氧氣等氣體和液體產品的裝置。應用于工業生產的三大分離方法：變壓吸附法、深冷法（低溫精餾法）、膜分離法。深冷法是一種傳統的制氮方法，原料就是空氣，由于液氧和液氮的沸點不同（在1大氣壓下，O2的沸點為-183℃，N2的為-196℃），通過液態空氣的精餾，使它們分離從而獲得純氮，當然同時也能獲得到純氧。變壓吸附法是利用一種高效能、高選擇性的固體吸附劑對氧優先吸附的功能，把空氣中的氮、氧分離，是現在常用的碳分子篩吸附劑。膜分離法制氮是利用某些有機高分子和無機材料形成的膜，對不同組分分子的選擇性滲透進行分離，大都采用中空纖維膜。

2空分裝置的風險識別

2.1 空分裝置及其生產過程中可能存在的主要危險源

（1）氧氣：氧氣是空分裝置的主要產品之一，具很強的助燃性，是乙類火災危險物質。氧氣不但能氧化大多數活性物質，更是可燃物燃燒、爆炸的主要因素之一。氧氣如果與可燃物（如乙炔、甲烷等）形成了爆炸性的混合物，可引燃易燃物從而引起爆炸的危險。（2）碳氫化合物：在原料空氣中有少量碳氫化合物，它們閃點都很低，爆炸的極限比較寬。在生產的過程中，若在空分設備內過量積聚碳氫化合物，遇到高熱就可能引起爆炸。（3）氮氣、液氮、液氬：氮氣、液氮、液氬等一些產品在空分裝置分餾塔中產生，泄露一旦發生，大氣中的氧含量會降低；在常溫、常壓條件下泄露的液氮、液氬，便會立即汽化，也能使氣體中的含氧量降低。輕度泄露會給操作員造成缺氧反應；若是重度泄露，可能會導致操作員窒息死亡。（4）油料：空分裝置使用以透平油和潤滑油為主。透平油閃點≥195℃，屬于丙類火災危險性可燃液體。一旦發生增壓透平膨脹機透平油管的泄露，遇到明火高熱便會引起火災和爆炸。潤滑油閃點≥230℃，屬于丙類火災危險性可燃液體。一旦輸油管道發生了泄露，遇到明火或高熱，同樣也會引起火災和爆炸。（5）電源：空分裝置主要能耗是電耗，原料空氣壓縮機、增壓壓縮機、氮壓機等，都是高壓用電的設備。（6）機械設備的噪聲及振動：空氣壓縮機、增壓壓縮機、氮壓機，噪聲及振動都比較大，包括大功率的機泵、風機噪聲在80-90dB（A）之間。

2.2空分裝置及其生產過程中可能存在的主要危險因素

（1）爆炸：氧氣和液氧作為助燃介質，可能會引起爆炸。（2）高壓：空氣壓縮機、增壓壓縮機、氮壓機以及氣體儲罐等，帶壓設施為高壓危險因素。（3）噪聲及振動：噪聲及振動危險指空氣壓縮機、增壓壓縮機、氮壓機及大功率機泵、風機等，產生的噪聲及振動。（4）機械傷害：機械設備運轉時造成人員的傷害屬于機械傷害事故。（5）冷凍傷害：生產的產品如液氧、液氮、液氬等，在輸送過程中的閥門、泵、儲罐、管道、設備密封不嚴，或設發生裂紋、破碎，便會發生泄露事件，產品噴灑到操作員身上，造成人體的冷凍傷害。（6）窒息傷害：空分裝置生產的氮氣、液氮、液氬一旦泄露，都有可能造成操作員窒息。（7）觸電：空氣壓縮機、增壓壓縮機、及氮壓機等，高、低壓用電設備和變配電，操作過程可能使操作員觸電傷害。

3 空分裝置在設計中采取的風險消除方法

3.1在設計的時候選擇先進、成熟并可靠的流程設備，要確保空分裝置與設備安全穩定、長周期滿負荷、優質的運行。

3.2為確保空分裝置的安全生產，在設計中主廠房要設置雙層窗戶，兩個檢修大門，兩個操作通行門，防火間距、泄壓要求、安全疏散等要求要全部滿足。

3.3設置空分設備吸風口，選擇在乙炔站、電石渣堆、散發烴類及塵埃等設施全年最小頻率風向的下風側。空分站在空氣清潔地段，散發乙炔及其他可燃氣體、粉塵等場所的全年最小頻率風向的下風側。空分裝置的空分設備吸風口應在散發烴類、塵埃等設施全年最小頻率風向的下風側。

3.4裝置內設貫通式道路，道路有兩個出入口，且兩個出入口處于不同方位。

3.5在空分裝置建筑、結構設計中采取的主要防火、防爆措施：建（構）筑物的耐火等級按二級設防；建構筑物主要構件采用非燃燒材料；承重鋼框架、支架、群座、管架均覆蓋耐火層，耐火層的耐火極限不低于1.5h。

3.6設計選用技術先進、安全可靠、經濟合理的現場儀表。自動控制系統采用集散控制系統（DCS）實現對重要工藝參數的監視、控制、操作、報警及聯鎖。

3.7空分裝置的防雷等級為二級，設計中采取避雷針和避雷帶設施保護廠房和冷箱。凡與氧氣接觸的設備和管道均進行脫脂處理，并設置防靜電設施：工作接地、保護接地、防雷接地、防靜電聯合接地，接地電阻不大于4歐姆。

3.8空分裝置設置火災報警系統：在控制室設一臺火災報警控制器，在裝置內火災危險區域設火災報警探測器和手動報警按鈕。

3.9空分裝置中噪聲及振動：機泵設備選用噪聲≤85dB（A）的產品，并設置在廠房內，放空管道加裝消音器，確保生產區噪聲滿足標準要求。

3.10空分裝置在裝置區內設置環狀消防水管網，設置消火栓，空分裝置消防用水量為90L/s，火災延續時間不小于3h；并根據空分裝置各危險場所的生產類別、危險等級，在主廠房、主控制和裝置區內設置移動式干粉滅火器和移動式二氧化碳滅火器。

3.11對低溫設備和管道，進行保冷隔熱處理，保冷層采用阻燃性泡沫塑料制品。

3.12壓縮機吸氣管道上設切斷閥和臨時過濾器，排氣管道上設置止回閥和安全閥、放空設施，壓縮機的各級排氣管道上設置溫度、壓力指示和溫度、壓力高報警及聯鎖停車。

4 結束語

在空分裝置設計過程中貫徹HSE管理理念，對空分裝置從各方面綜合分析項目的風險因素，并在設計中采取相應的風險消除方法，確保裝置能夠安全運行。

參考文獻：

[1]祁星，吳海萍.淺析HSE在空分裝置設計中的應用[J].科技創新與應用，2016（17）：109.

[2]石油和化工工程設計工作手冊[M].中國石油大學出版社，2010.

（作者單位：龍蟒佰利聯集團股份有限公司）