危險性與可操作性分析在氨制冷系統中的應用

王明全

（江蘇佳安安全科技有限公司，江蘇鹽城 224000）

1 危險性與可操作性分析概述

危險性與可操作性分析自20世紀60年代發展起來，以引導詞為核心進行危害分析，可對設計安全進行全面檢查，并對危害所對應因果來源進行追溯評估。本方法圍繞關鍵詞，找出運行過程期間工藝狀態的偏差，對偏差產生原因、偏差可能導致后果、以及應對偏差的措施進行全面研究。本方法早期應用于缺乏預報危險以及操作性問題經驗的分組設計工作中，近年來也開始被應用于已投入運行工藝系統的危險性、可操作性分析中。

氨制冷系統被廣泛應用于食品冷凍、醫藥化工等相關行業領域中，系統介質以及使用參數存在較大的危險性，且特種設備多，加之工作環境復雜，各個部位管件、設備失效均可能導致嚴重后果。因此，應用危險性與可操作性分析方法對氨制冷系統進行全面分析，識別危險部位，并對失效原因以及導致后果進行研究，可幫助企業采取有效措施應對風險，最大限度降低事故發生率，保障整套氨制冷系統的運行良好與穩定。

2 節點劃分

氨制冷系統工藝流程見圖1。

圖1 氨制冷系統基本工藝流程示意圖

整套氨制冷系統的設備構成包括油氣分離器、冷凝器、氨壓縮機、中間冷卻器、低壓循環桶、儲氨器、柴油器、制冷設備、氨泵等，以液氨為介質在蒸發過程中對熱量進行吸收，以達到降低制冷設備運行溫度的目的。結合圖1，根據管道部位對氨制冷系統的關鍵設計參數進行界定，如見表1所示。

表1 氨制冷系統管道設計參數

根據以上實際情況，將氨制冷系統管路節點劃分如下：①節點1，中冷節點，起始位置為壓縮器一級出口經中間冷卻器低溫氨氣處理并抽送回壓縮機內；②節點2，高壓氣相管節點，起始位置為壓縮器二級出口經油氣分離器處理后傳輸至冷凝器內；③節點3，高壓液相管節點，起始位置為氨氣經冷卻形成氨液后傳輸至儲氨器內，再傳輸至高壓調節站內；④節點4，低壓液相管節點，起始位置為高壓調節站將氨液分別傳輸至中間冷卻器裝置以及低壓循環桶內，冷凍油以及機油在低壓環境下進行泄放；⑤節點5，制冷設施節點，起始位置為低壓循環桶內氨液傳輸至制冷設施，經換熱反應產生氨氣送回循環桶內，并經壓縮機抽回。

3 節點風險分析

根據以上對氨制冷系統管路節點的劃分標準，利用危險性與可操作性分析法針對各個節點存在的風險進行分析：

1）中冷節點風險。本節點壓縮機裝置壓力異常升高可能導致氣缸破裂、故障停車、以及氨氣泄漏等事故發生，同時可能對機房內操作人員人身安全構成威脅。出口端閥門開度過小或功率異常降低可能影響管線壓力以及進氣量水平，對壓縮機冷卻效率產生不良影響。除此以外，密封面以及閥門部件區域，經長時間使用后可能導致泄漏事故，存在一定程度上的環境污染；

2）高壓氣相管節點風險。本節點中，中間冷卻器裝置冷卻性能會直接對氨制冷系統的運行質量產生影響，中冷冷卻效果不良會造成管道壓力升高，但不會對其運行安全性產生影響。但若冷凝器中出現不凝介質大量聚集反應，尤其聚集于不易流通死角部位，可能導致氣腔產生，造成氨氣流動受阻，增高管道壓力，嚴重時可能導致設備破裂或爆炸事故的發生。除此以外，管道泄漏事故原因以及所致后果與中冷節點基本一致，本節點管道工作溫度在140.0℃，部分管道在室外運行，可能受冷凝水以及雨水侵蝕影響，因腐蝕導致管道泄漏事故發生；

3）高壓液相管節點風險。本節點中因冷凝水流量較小或內部不凝介質影響可能降低裝置冷卻效果，造成經冷凝處理后液氨溫度以及壓力過高。儲氨器液位過高可能在環境溫度升高情況下導致蒸發膨脹發生。由于氣相空間有限，溫度上升導致壓力升高，最終可能導致設備破裂、爆炸等故障。并且，管道泄漏以及閥門破裂或密封性能失效還可能造成環境污染以及人員中毒事故，對機房操作人員人身安全構成威脅，其風險水平較中冷節點風險水平明顯更高；

4）低壓側液相管節點風險。本節點管道壓力以及介質均來源于高壓調節站，管道壓力直接受到節流閥開度影響。開度過大可能導致管道以及連接中冷裝置以及低壓循環桶壓力異常升高，造成故障發生；

5）制冷設施節點風險。本節點中熱氨除霜利用油氣分離器分離高溫、高壓氨氣與低壓回氣管連接并反向融霜，制冷設備排管內液氨受熱蒸發形成壓力，加之操作失誤可能導致事故發生。并且，因蒸發排管結霜嚴重可能損壞支吊架，導致頂棚管發生脫落，液氨大量泄漏會對庫房內工作人員人身財產安全構成極為不良的影響。

4 風險匯總

根據上述節點分析情況，利用危險性與可操作性分析方法，對不同節點相應失效模式的可能性以及后果嚴重性進行判定，具體匯總結果如表2所示。針對表2所識別風險，建議采取如下措施進行針對性防治：

1）上氣管優先選擇具有耐腐蝕性能材料；

2）閥門材料不得選擇灰鑄鐵類，并應逐個進行耐壓試驗，確保性能安全可靠；

3）熱氨融霜管應通過設置安全閥的方式，避免融霜環節管道壓力過高發生安全事故；

4）上氣管應配備壓力表以及安全閥裝置，對冷凝器工作壓力進行監控；

5）管道焊接方式應以全焊透為主，改進焊接質量，以促進抗壓水平的提升；

6）廠房支吊架布設方式應當科學合理，盡可能避免繞曲布置，以免對其承載力水平產生影響。

表2 匯總分析結果示意表

5 結束語

應用危險性與可操作性分析方法，能夠準確判斷氨制冷系統在實際運行過程中各個節點不同失效模式發生的可能性以及所造成后果，從而制定針對性措施消除潛在風險。將本方法應用于氨制冷系統管道風險水平評估中具有非常重要的價值，對提升氨制冷系統運行可靠性以及安全性水平均具有非常重要的意義。