加热炉hazop分析.docx

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加热炉hazop分析

HAZOP技术应用实例解析

HAZOP技术应用实例解析

　　加热炉是石化装置中的重要设备。

因其能量的来源多为燃料油、瓦斯气等的燃烧，且被加热物质多为易燃易爆物质，如控制不当或设施失效，极有可能造成火灾、爆炸事故。

　　脱氢－烷基化装置设备的再沸器、换热器等所需的热量由导热油提供，温度降低后的导热油送至导热油加热炉进行加热。

为了保证导热油加热炉安全运行，应用危险及可操作性研究（HAZOP）分析方法进行了系统、全面的危险辨识。

　　1导热油加热系统

　　1.1工艺流程简述

　　导热油加热炉流程简图如图1所示。

F-501是导热油加热炉，导热油由泵从平衡罐抽出输送到加热炉F-501中加热，被加热后的导热油送至脱氢－烷基化装置设备的再沸器、换热器等。

加热炉的燃料油用泵从缓冲罐抽出，经热交换器加热到150℃左右，通过压力控制阀去燃烧器燃烧，同时通过加执炉物料出品温度（5TRCAH-16）和燃烧器前燃料油的压力（5PIC-22）串接控制来控制加热炉的出口温度。

加热炉设有导热油低流量联锁、雾化蒸气与燃料油压差5PDIC-28联锁等，当各参数低于设定值时，会通过联锁控制关闭燃料油进料阀门，使加热炉熄火。

图1  导热油加热炉流程简图

　　导热油经由八组炉管进入导热油加热炉。

从导热油平衡罐来的导热油温度约285℃，加热炉出口导热油温度为329℃，由5FRC9A调节燃料油流量来控制出口温度。

在每一组炉管的出口都有手动阀门，根据温度指示来调节每一组的流量，以使得各组流量均匀一致。

当导热油流量低于某一给定值时将自动停止燃料油的供应，使加热炉停止工作。

加热炉的烟道设有含氧分析在线仪表，经常指示氧含量，以便调整操作。

　　1.2加热炉主要工艺控制指标

　　主要工艺控制指标见表1。

表1主要控制指标

控制内容    指标    控制仪表和要求

出口温度/℃

热油总流量/th-1

热油最低流量/th-1

炉膛温度/℃

炉管油压/MPa

八组炉管流量，％

八组炉管温度差/℃    ＜330

1050-1200

＞680

＜800

＞0.8

＜5

＜5    TRCAH-16指定值±1

FR-9（正常值）

刻度＞4个单位

TI-11、TI-14

测压仪表

差值和最低流量相比

最高和最低温度之差

2HAZOP分析

　　2.1分析节点

　　通常，导热油加热炉分析节点可划分为：

导热油进料管线、燃料油进料管线、雾化蒸汽管线、加热炉F-501等。

为了对导热油加热炉所有危害的起因进行全面分析，本次分析对加热炉本身及导热油进料、燃料进料系统作为一体进行分析。

　　2.2偏差的确定

引导词（关键词）是HAZOP分析方法特有的概念，它用于引导人们查找工艺参数的偏差，然后深入进行危险分析。

虽然加热炉本身的工艺控制参数只有上述几项，但因本次分析中将燃烧系统的进料管线和加热炉作为一个分析节点来一起考虑，所以在查找偏差时，这些管线的工艺控制参数偏差也应统一考虑。

确定的有实际意义的偏差如表2所示：

表2工艺参数偏差

　　2.3分析结果

　　表3是导热油加热炉HAZOP分析表，考虑到篇幅限制，分析表中将一些没有严重后果或内容类同的偏差分析略去。

表3导热油加热炉HAZOP分析表

偏差    可能原因    后果    安全措施    建议安全措施

空气流量高    1、风机挡板开度过大（人为调节错误、风机挡板坏）

2、F-501风门开度大

3、烟道密封挡板开度大    1、燃烧炉正压，损坏加热炉

2、炉膛温度低，炉效率低

3、火从看火孔喷出（防爆门、观火孔打开时）伤人

4、脱火或熄灭，造成燃料油在炉内集聚，重新点火时引起炉膛爆炸事故    1、氧气含量分析仪

（5AR-12）

2、负压检测（测炉膛压

力）

3、风机出口压力显示

4、火焰检测      

偏差    可能原因    后果    安全措施    建议安全措施

空气流量低/无    1、风机挡板开度过大（人为调节错误、风机挡板坏）

2、风机故障

3、预热系统堵塞

4、泄漏    1、后烧，炉顶部烧坏

2、火焰不稳定、直接烧炉管、造成炉管局部高温

3、炉效率低    1、氧气含量分析仪（5AR-12）

2、负压检测（测炉膛压力）

3、风机出口压力显示      

燃料油温度高    1、燃料油罐加热盘管加热温度高

2、燃料油缓冲罐加热温度高（正常范围120℃以下）

3、换热器加热温度高（正常范围100～160℃）

4、管线加热套管加热温度高    1、突沸（燃料油贮罐）

2、粘度过低，压力降低，进燃料油量少

3、炉温度偏低    1、燃料油罐、缓冲罐及换热器各有温度显示    换热器添加温度自动控制或出口温度DCS显示

燃料油温度低    1、燃料油罐加热盘管加热温度低

2、燃料油缓冲罐加热温度低（正常范围120℃以下）

3、换热器加热温度低（正常范围100～160℃）

4、管线加热套管加热温度低    1、燃料油温度低，燃烧不完全，结焦

2、燃料油凝固，燃料油进料停，炉熄火    1、燃料油罐、缓冲罐及换热器各有温度显示    换热器添加温度自动控制或出口温度DCS显示

燃料油压力高    1、燃料油泵出口回流少

2、炉压高

3、燃料油粘度大

4、5PIC-22压力控制阀全开

5、火嘴部分熄灭

6、燃料油泵出口压力高    1、炉膛温度过高、加热温度高

2、严重时燃烧不完全、结焦    1、燃料油泵、换热器出口压力显示

2、换热器装有安全阀

3、燃料油进炉前压力控制5PIC-22阀      

燃料油压力低/无    1、回流过大

2、泵故障致出口压力过低

3、压力控制阀关小

4、燃料油罐液位低，抽空    1、温度低、甚至火嘴熄灭    1、换热器出口设有低压报警

2、压力显示      

雾化蒸汽压力高    1、蒸汽系统压力高

2、压差控制阀（5PIC-28）失灵（正常蒸汽压力高于燃料油压力0.15～0.2MPa）    回火、燃料不稳定    压力显示      

雾化蒸汽压力低    1、蒸汽系统压力低

2、压差控制失灵（5PDIC-28）    1、雾化效果不好、燃烧不完全

2、严重时燃料油在炉膛积聚，导致爆燃事。

    1、压力显示

2、蒸汽压力低联锁停炉

3、蒸汽压力低报警      

点火失效    点火器失效；人为失误    如不按规程操作，可能导致炉膛内积累燃料；再点火时导致燃烧炉炉体爆炸或烧坏炉管    1、按规程吹扫炉膛并进行检测合格再点火      

炉膛温度高    1、燃料油压力高

2、热电偶指示故障    1、炉管、炉壁温度高

2、增大能量消耗

3、损害加热炉    5-TI-11、14显示炉管表面温度    建议添加高温报警

偏差    可能原因    后果    安全措施    建议安全措施

导热油流量高    1、各装置用量大

2、端点返回量大    1、负荷大，能耗大

2、燃料油泵超负荷起跳，联锁加热炉停炉    流量显示      

导热油流量低    1、各装置用量小

2、燃料油泵故障

3、炉管结焦，阻力大    1、出口温度高

2、炉管结焦    1、低流量显示、报警、联锁      

导热油流量无    1、炉管堵塞

2、燃料油泵停转

3、误操作，关闭进、出阀门    加热炉干烧、结焦、损坏炉管。

一旦炉管爆裂，可引起严重火灾    1、低流量显示、报警、联锁停炉      

炉管偏流    1、某一管内形成气阻

2、流量计故障

3、误操作    加热炉干烧、结焦、损坏炉管。

一旦炉管爆裂，可引起严重火灾    1、各炉管流量检测

2、炉壁温度、出口温度检测，现场设置炉出口压力表    炉管表面热电偶坏，检修时更换。

导热油出口温度高    1、导热油流量小

2、燃料油流量高    导热油裂解与聚合    出口湿度显示、报警      

导热油出口温度低    1、导热油流量大

2、燃料油流量小    装置热负荷不够    出口湿度显示、报警      

八炉管温度差高    1、管内导热油偏流

2、炉不稳定，火焰偏烧    加剧导热油结焦，影响导热油寿命    炉出口温度显示      

　　3加热炉重大危险汇总

　　导热油加热炉的重大危险见表4。

表4加热炉重大危险汇总

危险与可操作性（HAZOP）研究是以系统工程为基础的一种可用于定性分析或定量评价的危险性评价方法，用于探明生产装置和工艺过程中的危险及其原因，寻求必要对策。

通过分析生产运行过程中工艺状态参数的变动，操作控制中可能出现的偏差，以及这些变动与偏差对系统的影响及可能导致的后果，找出出现变动可偏差的原因，明确装置或系统内及生产过程中存在的主要危险、危害因素，并针对变动与偏差的后果提出应采取的措施。

　　　　本文应用HAZOP分析方法对中国石油某石化分公司的聚丙烯装置进行研究分析。

HAZOP总研究过程概述

（2）

　　1.1　HAZOP研究与分析的目的

　　　　　从工艺流程、状态及参数、操作顺序、安全措施等方面着手，通过HAZOP研究，识别聚丙烯装置在生产运行过程中潜在的危险、有害因素，找出装置在工艺设计、设备运行、操作以及安全措施等方面存在的不足，为装置的安全运行与安全隐患整改提供指导。

　　1.2限制条件

　　进行HAZOP研究前，评价人员一致同意以下限制条件：

　　1）HAZOP研究范围仅限于聚丙烯主体装置，因此，分析研究工作只考虑从进料到出

　　料的整个系统。

　　　　2）本次研究是粗略的危险和操作性研究，因此只对主要工艺的关键设施进行检查。

　　　　为了逻辑、有效地分析工艺管道仪表流程图，研究按照装置生产工艺过程分成五个单元：

活化、精制、聚合、闪蒸和尾气回收单元。

聚丙烯装置概况（3）

   该聚丙烯装置以气体分馏装置分离所得炼厂气中的丙烯为原料，采用国内开发、技术成熟的间歇式液相本体法聚丙烯生产工艺，生产聚丙烯均聚树脂。

装置原设计生产能力为1.0×104t/a，1997年改造后生产能力达到1.2×104t/a。

该装置工艺过程主要包括原料精制、聚合反应、闪蒸去活和活化再生四个部分，主要设备包括聚合釜、丙烯储罐、活化剂储罐、闪蒸釜，以及丙烯压缩机等。

各系统工艺及其操作物料的危险性简介如下。

　　2.1活化剂输送系统

　　　　活化剂输送系统操作主要是将活化剂由活化剂运输罐压送至活化剂储罐。

系统主要危险物料：

　　　　活化剂——三乙基铝（C6H15Al），为无色透明液体，有强烈的霉烂气味，易燃，化学反应活性很高，接触空气会冒烟自燃。

对微量的氧及水分反应极其灵敏，易引起燃烧爆炸。

健康危害：

三乙基铝对呼吸道和眼结膜具强烈刺激和腐蚀作用，皮肤接触可致灼伤。

　　　　氮气（N2），不燃，但若遇高热、容器内压增大的情况，有开裂和爆炸的危险。

健康危害：

氮气为窒息性的惰性气体，空气中氮气过量，使氧分压下降，会引起缺氧。

　　2.2精制系统

　　　　精制系统主要将原料丙烯经过脱水、脱硫、脱氧处理，得到合格的精丙烯，供给聚合反应使用。

系统主要危险物料为丙烯。

　　　　丙烯（C3H6，为无色有气味的气体，易燃，与空气形成爆炸性混合物，遇热源、明火有燃烧爆炸的危险。

气体比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，遇明火会引起回燃。

爆炸极限为1.0％～15.0％。

健康危害：

丙烯具有麻醉作用。

　　2.3聚合系统

　　　　丙烯在此系统内发生聚合反应生成聚丙烯粉料。

系统主要危险物料：

丙烯、氢气、聚丙烯。

　　　　氢气（H2），为易燃气体，与空气混合能形成爆炸性混合物，遇热或明火即会发生爆炸。

气体比空气轻，在室内使用和储存时，漏气上升滞留屋顶不易排出，遇火星会引起爆炸。

爆炸极限为4.1％～74.1％。

健康危害：

氢气为惰性气体，仅在高浓度时，由于空气中氧分压低才引起窒息。

在很高的分压下，氢气可呈现出麻醉作用。

　　　　聚丙烯，为可燃固体，受热分解放出易燃气体。

粉料与空气按一定比例混合达到一定浓度时，如有火花点燃则会迅速燃烧，以至引起强烈爆炸。

聚丙烯粉尘云自燃温度为420℃，爆炸下限为20g/m3。

健康危害：

本身无毒。

　　2.4闪蒸系统

　　　　闪蒸是接收聚合釜内生成的粉料，并在闪蒸釜内完成闪蒸、置换、去活的操作过程。

充内主要危险物料：

聚丙烯粉料、丙烯、氮气。

　　2.5尾气回收系统

　　　　尾气回收系统是将气柜内储存的低压丙烯气体加压冷凝为液体。

系统内主要危险物料：

丙烯。

HAZOP研究讨论（4）

   在进行HAZOP研究之前，需要事先制定聚丙烯装置的HAZOP研究分析程序图，见图1。

有关HAZOP研究的引导词与偏差说明见表1。

　　　图1　聚丙烯装置HAZOP研究程序图

　　　表1　引导词与偏差说明

　　　在搞清各系统的设计意图与HAZOP分析与研究程序后，我们从操作参数开始，采用引导词、偏差及其产生的后果，一直到为保证装置的安全生产而采取的安全保障措施，对每个系统逐一进行系统危险性分析与讨论,HAZOP研究结果最终讨论如下。

　　3.1活化剂输送系统

　　　　①氮气线阀门如有泄漏可能导致窒息危害；误操作可导致系统超压，造成管线破裂；泄压时若管线内介质携带催化剂则容易引起火灾。

②目前装置氮气线完好，但车间内缺少对氮气的检测、防护手段。

③管线充压时采用现场压力控制，但不具备自动功能。

放空线管材为20#碳钢，管内介质为活化剂，且有一段管线埋于地下，可能存在一定的腐蚀。

④送料线存在介质腐蚀、误操作引起的管线穿孔、火灾危险。

⑤退料线存在介质腐蚀、管线超压引起的泄漏、管线破裂危险。

⑥活化剂运输罐在储存、装卸、运输方面可能因介质危险性、储存条件要求等因素产生火灾、爆炸危险。

⑦活化剂储罐在使用过程中存在因操作失误导致的冒罐现象和因泄漏或储存不当引起的火灾、爆炸事故的危险。

　　3.2精制系统

　　　　①精制系统精丙烯储存部分最大的危险是误操作可能引起的各类事故，不仅影响生产，还严重威胁安全。

②丙烯储罐V108存在因多种因素导致的储罐超压引起安全事故的隐患。

③精制工序丙烯储罐出口管线在生产过程中可能会因丙烯储罐降温或管线泄压不及时等造成管线超压、破损。

目前为泄压采取的措施是在管线上安装手动放空系统。

④丙烯计量罐在生产时存在冒罐、安全附件失灵、腐蚀、泄漏等危险因素。

　　3.3　聚合反应系统

　　　　①丙烯投料线如果发生误操作，系统将很容易达到聚合反应器的设计压力，一旦安全措施失效则会威胁系统安全。

②氢气线存在因人为失误、操作压力超高等引起的管线超压破损、冲蚀减薄等危险。

③压力高会造成丙烯回收线超压破损，长时间运行也会造成管壁减薄，粉若堵塞管线则会导致聚合釜压力升高，从而给设备的安全运行带来危险。

④聚合釜在生产过程中会因釜内温度过高、热量没有被及时撤走而出现暴聚现象（由于反应过热导致聚丙烯熔化结块的一种现象，暴聚对设备损坏较大）。

目前釜上装有安全阀，但由于管线较粗，因此原设计没有考虑在安全阀入口管线之前加装爆破片的问题。

根据《石油化工企业设计防火规范》（GB50160－92，1999年版）第4.4.5条规定：

“有可能被物料堵塞或腐蚀的安全阀，应在其入口前设爆破片或在其出入口管道上采取吹扫、加热或保温等防堵措施。

”因此，可以认为，原设计已不符合新规范的要求，这一点应当引起车间注意。

⑤聚合釜存在来自多方面的腐蚀，如粉料冲蚀、搅拌器磨蚀造成的釜壁减薄，降温效果不好引起的反应过烈、设备超温超压现象等。

　　3.4　闪蒸系统

　　　　①闪蒸釜仅依靠经验来观察料位，釜低粉料出口无除尘设施，釜上安全阀入口前没有加爆破片，以上情况均可能给生产和操作带来危险、危害隐患。

②从闪蒸釜到气柜的管线是回收丙烯用的，如果误操作则会造成气柜抽瘪。

　　3.5　尾气回收系统

　　　　①气柜可能存在固碱腐蚀，且该设备目前无任何防护措施。

②在进气柜之前的管线上由于没有加装过滤设施，而粉料又很容易堵塞管线，这不仅增加了压缩机运转的负荷，同时还给安全生产带来了隐患。

③丙烯压缩机存在因超压、腐蚀等原因损坏设备以及物料泄漏引发火灾、爆炸事故的危险。

HAZOP研究提出的安全措施建议（5）

   （作者　王秀军　陶辉）经过对丙烯装置生产过程进行危险与可操作性研究分析后，提出以下安全措施建议：

　　　　1）大部分压力控制采用手动控制阀，这在紧急情况下将显得有些滞后。

因此，建议另上自动控制调节系统，以便能实现压力自动控制。

采用自动压力报警系统，并将信号引到DCS控制室显示。

　　　　2）建议在有条件的时候，将输送具有腐蚀性介质的管线，如含有活化剂的管线更换为不锈钢材质。

　　　　3）活化剂储罐上应安装液位监测系统，并与DCS控制系统联锁。

　　　　4）建议安装自动放空阀。

　　　　5）建议在丙烯储罐上设置降温设施。

　　　　6）为避免聚丙烯粉料堵塞安全阀，应当在安全阀入口之前加设爆破片。

　　　　7）由于聚丙烯粉料中可能携带少量可燃气体，因此，设计在闪蒸釜出料口安装了静电消除器，车间内也设有可燃气体报警器，但墙上没有安装轴流风机。

为加强室内通风，避免形成过高浓度的粉尘云层，车间应安装防爆轴流风机，选型及安装要求可参考《石油化工企业采暖通风与空气调节设计规范》（SH3004－1999）。

　　　　8）由于气柜内含有的粉料容易堵塞管道，增大压缩机负荷，因此，建议在进气柜之前的管道上加装过滤设施。

　　　　9）车间在安全管理上应加强力度，提高工作责任心，避免因误操作、漏检等引起安全事故。

结束语（6）

   将HAZOP分析方法应用于石油化工在役生产装置的安全评价中，不仅能够使分析人员对于单元中的工艺过程及设备有深入了解，对于单元中的危险及应采取的措施有透彻的认识，增强职工安全防范意识，而且，其HAZOP分析研究成果对于装置的日常生产与维护以及装置的安全管理提供了良好的指导作用。

因此，可以认为HAZOP分析方法应用于石油化工在役生产装置的安全评价是可行的，其分析程序与内容可以作为对员工进行安全培训的有效方法。

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