加氫裝置串壓隱患識別與治理

摘" " " 要：隨著石油煉化行業的不斷發展和油品的質量升級，加氫裝置在其中起到了巨大作用，但由于加氫裝置高溫高壓的屬性，隨之而來的安全隱患也相應增加。由于加氫裝置反應部分壓力高，發生串壓的可能性也隨之增加，由于壓力的破壞和裝置本身存在大量的高溫可燃性氣體及液體，使得加氫裝置在設計之初就應該對各種串壓的風險進行識別，并提供解決方案。討論了在運行的加氫裝置的串壓隱患識別和治理措施以及安全閥泄放量的計算依據。

關" 鍵" 詞：加氫裝置；串壓隱患；隱患識別；治理措施；安全閥泄放量

中圖分類號：TE687" " " "文獻標識碼： A" " " 文章編號： 1004-0935（2023）05-0681-04

加氫裝置在石油煉化行業的不斷發展和油品的質量升級中起到了巨大作用，但加氫裝置串壓的風險較高。串壓是指工藝裝置運行過程中，介質由高壓系統竄入低壓系統，導致低壓系統的壓力超過其設計壓力。由其定義可知，只要相鄰系統間存在壓力差，就有可能發生串壓，因此串壓風險在煉化裝置中普遍存在。加氫裝置因其反應單元操作壓力高、裝置內遍布易燃易爆的氫氣和高毒性的硫化氫等危險介質的特點，一旦發生串壓則極易引發危險甚至事故，因此需要針對加氫裝置可能出現的串壓風險制定嚴格的防控措施。

1" 串壓隱患的等級分類

中石化加氫裝置串壓風險矩陣見表1[1]。

通過表1將串壓風險分為A、B、C 3個等級。另外中國石化安全風險矩陣根據每年潛在的死亡人數，將風險分為低分險、一般風險、較大風險，從而判斷對串壓風險治理的必要性[2]。表2為各級風險的最低安全要求。

2" 加氫裝置主要串壓隱患部位識別

2.1" 高壓泵部位

連接高、低壓系統的泵出口無緊急切斷閥，一旦停泵，如不及時關閉泵出口閥同時止回閥又失效，泵后路高壓系統可能反竄回泵前路低壓系統，導致泵前緩沖罐超壓，對于加氫裝置來說主要高泵壓力源由高壓進料泵、注水泵、高壓貧溶劑泵，根據實際裝置情況不同一般高壓系統操作壓力可達" 6～20 MPa（G），相對于緩沖罐的的操作壓力" "0.2～1.0 MPa（G）來說差壓巨大，同時反應系統中有大量的循環氫氣，串壓一旦發生對高壓含氫的油氣將通過泵及管路瞬間串入緩存罐，發生超壓爆" 裂[4]，產生事故。高壓進料泵實際串壓點見圖1。

2.2" 壓縮機部位

通常煉油裝置中壓縮機為多級往復式壓縮機，當壓縮機停機時，高壓的氣體通過壓縮機出口到入口的返回線以及級間回流調節閥串入低壓的壓縮機入口分液罐及級間分液罐，導致超壓[5]，而加氫裝置中的循環氫、新氫壓縮機一般為三到四級，此間若壓縮機停機而壓縮機出口止回閥失效，再加上安全閥泄放量不足導致緩存罐超壓爆裂，大量氫氣泄漏，引發事故。循環氫壓縮機串壓點見圖2。

2.3" 高壓容器、塔設備部分的串壓

煉油裝置中高壓容器、塔設備與下游低壓設備相連接，當高壓容器、塔設備無液位置時，系統中的高壓氣體通過高壓容器、塔設備底部液控閥門串入下游低壓設備[6]，造成氣超壓，對于加氫裝置來說此類串壓一般發生在熱高分到熱低分、冷高分到冷低分、循環氫脫硫塔到富液閃蒸罐、熱低分到分餾塔、冷低分到分餾塔、低分氣脫硫塔到富液閃蒸罐以及熱低分、冷低分到酸性水排液罐等部位，以上各種情況的串壓量及其造成的實際后果各不相同，但串壓的方式和原理相同，在治理以上串壓隱患時可采用相同的辦法。熱高分串壓點見圖3。

2.4" 不同系統連接位置的串壓

排廢氫流程串壓點如圖4所示。

不同的系統在相互通過管線連接的部位是指不同操作壓力的管道相互連接，高壓系統串入低壓系統造成其超壓，加氫裝置中考慮管道中氨結晶導致管線腐蝕，通常設置注水系統，高壓注水泵出口一般在注入高壓空冷前以及熱低分氣空冷前，可能存在反應系統高壓油氣通過注水管道串入與之相連的低分氣空冷系統，導致低壓系統超壓，引起管道爆裂或者低壓設備破壞以及安全閥起跳。加氫裝置中反應物與低壓流體換熱，此類換熱高低壓換熱器因腐蝕、振動等原因高壓流體會通過破損換熱管截面，串入低壓側造成串壓隱患[7-8]。還有加氫裝置中循環氫排廢氫系統中，循環氫壓縮機入口分液罐至低分氣脫硫塔，導致脫硫系統超壓。

3" 加氫裝置常見的防串壓措施

3.1" 高壓泵部位產生的串壓，應采取以下措施

1）對于壓差≥4.0 MPa的高壓泵出口設置不同類型兩道止回閥[9]。

2）泵小流量線從泵出口第一道止回閥前引出。

3）提高泵入口緩沖罐壓力等級。

4）在泵出口管線設置連鎖切斷閥[10]，當泵流量低低時進行連鎖，防止串壓的發生。

3.2" 高壓容器及塔設備的串壓，應采取以下措施

1）設置界位控制、液位控制閥門，保證高壓容器有界位或液位，從而不發生串壓[11-13]。

2）高壓容器與低壓容器連接是設置緊急切斷閥，通過液位及界位低低連鎖緊急切斷閥。

3.3" 壓縮機部位的串壓，應采取以下措施

1）此類超壓一般通過壓縮機出口設置兩道不同類型的止回閥，從而在壓縮機停機后能夠阻擋高壓氣體反串。

2）在新氫裝置管道上不設置止回閥，可將氫氣管網作為串壓后的緩沖空間。

3.4" 不同系統的相互串壓，應采取以下措施

1）在去多支路的管線上均設置止回閥，用止回閥最大限度地隔絕高壓和低壓系統的互串。

2）將部分低壓系統的管道及設備設計壓力做 提升。

4" 加氫裝置中串壓的安全閥泄放量計算原則

安全閥作為串壓后保證設備和管道安全的最后一道防線，安全閥的設計尤為重要，在實際設計中安全閥的泄放在考慮串壓工況下的泄放量的計算可通過以下幾方面進行。

首先要明確串壓的介質，串壓閥門的流向及其閥門前后的狀態、壓力、溫度等條件，從而計算出需要串壓工況下的泄放量，以下介紹了加氫裝置中常見位置的計算思路。

流控閥門反向流，對于高壓泵出口的流量控制閥組，由于突然停泵導致壓力源消失，導致反應系統內的壓力反串，而反應系統內容存在大量的氫氣，因此需計算流控閥門反向流時能夠通過氫氣的最大量[14]，且此時閥后壓力應按照緩沖罐的設計壓力進行考慮，除此之外還應考慮泵出口止回閥對泄放量的影響，根據和不同類型的止回閥廠家溝通，一般認為當出口兩道止回閥失效時，反串的介質有90%的量可通過止回閥串至緩沖罐，若出口有一道止回閥失效時，反串的介質有10%的量可通過止回閥串至緩存罐[15]。

壓控閥門正向流，即考慮閥門在全開的工況下，閥門所能通過最大流量的介質，從而根據以上介質確定下游低壓設備的安全閥泄放量。

液控閥門正向流，因操作不當時產生液位排空，導致高壓氣體串入下游低壓設備，導致下游設備超壓，從而觸發安全閥起跳，此時安全閥應計算液控閥門能夠通過高壓氣體的最大流量[16]。

關于安全閥的計算，一般情況下由于串壓引起的泄放量會較原泄放工況的泄放量變大，但安全閥的選型除兼顧串壓前后的泄放量，還應考慮正常工況以及火災工況下的泄放量[17]，應按照其中最大量進行安全閥選型[18-19]，若遇到串壓工況與其他工況所泄放介質不一致時，還需要通過不同介質的安全閥進行計算，從而選擇泄放面積較大的安全閥，以保證設備的安全[20]。

5" 結束語

在進行串壓隱患的治理中應注意，防風險于事前，控隱患于未然，即在那些地方可能發生串壓，有哪些措施可以防止串壓的發生，將風險扼殺在搖籃中，在以上的措施下還要考慮，措施失效時，串壓發生了應該如何盡最大可能地降低系統風險，同時避免安全事故的發生。加氫裝置中高壓、高溫、有毒決定了裝置的本身的屬性，對于如何維護裝置的運行安全，從而提高油品質量，提高環保，串壓隱患的治理顯得尤為重要。

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Abstract：" With the continuous development of the petroleum refining industry and the upgrading of the quality of oil products， the hydrogenation device plays a huge role in it. However， due to the high temperature and high pressure of the hydrogenation device， the safety risks also increase correspondingly. Due to the high pressure of the reaction part of the hydrogenation device， the possibility of the occurrence of cross pressure also increases. Due to the destruction of the pressure and a large number of high temperature of combustible gas and liquid in the device， so that the risks of various series pressure should be identified at the beginning of the design of hydrogenation unit and solutions should be provided. In this article， the identification and treatment measures of the hidden danger of cross pressure in the running hydrogenation units were discussed， as well as the calculation basis of the discharge capacity of the safety valve.

Key words： Hydrogenation unit; Cross pressure hidden danger; Hidden danger identification; Treatment measures; Relief valve discharge