高压法合成甲醇过程的安全系统分析安全系统工程课程设计.docx

1、高压法合成甲醇过程的安全系统分析安全系统工程课程设计第1章 事故原因分析本课程设计是对工业中高压法合成甲醇生产过程中的危险性进行系统分析并制定安全措施。定性分析方法是指对引起系统事故的影响因素进行非量化的分析，即只进行可能性的分析或作出事故能否发生的感性判断。主要包括安全检查表、预先危险性分析、故障类型及影响分析、危险性与可操作性研究、鱼刺图法、结果-原因分析。我采用安全检查表和危险性与可操作性研究方法进行定性分析。1.1危险性与可操作性研究1.1.1 HAZOP基本概念危险性与可操作性研究（HazardandOperabilityAnalysis,简称HAZOP）是英国帝国化学工业公司于19

2、74年开发的，是以系统工程为基础，主要针对化工设备、装置而开发的危险性评价方法。HAZOP的基本过程是以关键词为引导，寻找系统中工艺过程或状态的偏差，然后再进一步分析造成该变化的原因、可能的后果，并有针对的提出必要的预防对策措施。运用危险性与可操作性研究（HAZOP）分析方法，可以查处系统中存在的危险、有害因素，并能以危险、有害因素可能导致的事故后果确定设备、装置中的主要危险、有害因素。它应用系统的审查方法来查新设计或已有工厂的生产工艺和工程总图，以评价因装置、设备的个别部分的误操作或机械故障引起的潜在危险，并评价对其工厂的影响，危险性与可操作性研究，尤其适用于类似化学工业系统的安全分析。1.

3、1.2 HAZOP分析的特点（1）适用于类似化学工业系统的安全分析。（2）以关键词为引导，结合事故树和故障类型及影响分析两种分析方法，从系统的中间过程入手，找出工艺过程中的参数变化。它是故障类型及影响分析的发展。（3）作为确定事故树“顶上事件”的一种方法。（4）可操作性研究方法，不需要有可靠性工程的专业知识，因而很容易掌控。使用关键词进行分析，既可启发思维，扩大思路，又可避免漫无边际的提出问题。（5）研究的状态参数正是操作人员控制的指标，针对性强，利于提高安全操作能力。（6）研究结果既可以用于设计的评价，又可用于操作评价，既可用来编制完善安全规程，又可作为可操作的安全教育材料。1.1.3 HA

4、ZOP分析术语（1）工艺单元具有确定边界的设备单元，对单元内工艺参数的偏差进行偏差；对位于PID图上的工艺参数进行偏差分析（2）操作步骤间歇过程的不连续动作，或者是由HAZOP分析组成分析的操作步骤；可能是手动、自动或计算机自动控制，间歇过程的每一步使用的偏差可能与连续过程不同（3）工艺指标确定装置如何按照希望的操作而不发生偏差，即工艺过程的正常操作条件；采用一系列的表格，用文字或图表进行说明，如工艺说明、流程图、PID等（4）引导词用于定性或定量设计工艺指标的简单词语，引导识别工艺过程的危险（5）工艺参数与过程有关的物理和化学特性，包括概念性的项目如反应、混合、浓度、pH值及具体项目如温度、

5、压力、流量等（6）偏差分析组使用引导词系统地对每个分析节点的工艺参数进行分析发现的一系列偏离工艺指标的情况；偏差的形式通常用“引导词+工艺参数”（7）原因偏差的原因；一旦找到发生偏差的原因，就意味着找到了对付偏差的方法和手段（8）后果偏差所造成的后果；分析组常常假定发生偏差时，已有安全保护系统失效；不考虑那些细小的与安全无关的后果（9）安全保护指设计的工程系统或调节控制系统，用以避免或减轻偏差时所造成的后果（10）修改措施或建议修改设计、操作规程或者进一步分析研究的建议1.1.4 HAZOP的优点及使用范围该方法优点是简便易行，且背景各异的专家在一起工作，在创造性、系统性和风格上互相影响和启发

6、，能够发现和鉴别更多的问题，汇集了集体的智慧，这要比他们单独工作时更为有效。危险性与可操作性研究方法适用于设计阶段和现有的生产装置的评价。起初，英国帝国化学工业公司开发的危险与可操作性研究方法主要在连续的化工生产工艺过程中应用。化工生产工艺过程中管道内物料工艺参数的变化可以反映了各装置、设备的状况，因此，在连续过程中分析的对象应确定为管道，通过管道内物料状态及工艺参数产生偏差的分析，查找出系统存在的危险、有害因素以及可能的事故后果。通过对管道的分析，就能够全面地了解整个系统存在的危险。1.1.5 HAZOP操作步骤危险与可操作性研究方法的目的主要是调动生产操作人员、安全技术人员、安全管理人员和

7、相关设计人员的想象性思维，使其能够找出设备、装置中的危险、有害因素，为制定安全对策措施提供依据。HAZOP分析可按以下步骤进行：（1）确定任务、研究对象，提出问题、认识问题，是否物料适当，是否人员在岗，是否穿防护服，温度过高会怎样，过低又如何，冷盐水过多会怎样，过少又怎样，只有一部分冷冻盐水，冷冻盐水方向流动，是否有除冷冻盐水以外的其他物质或杂质。（2）划分评价单元，明确功能。将事故树划分为七个单元，分别为没有、过多、过少、多余、部分、相反、其他七个单元，以引导词来划分。（3）调查偏差，说明偏差。在下面表格里体现。（4）分析原因及后果。在下面表格里体现。（5）制定对策。在下面表格里体现。（6）

8、填写汇总表1.1.6危险性与可操作性研究分析表工业上高压法合成甲醇的工艺流程如下图1-1所示：由压缩工段送来的具有31.36MPa压力的新鲜原料气，先进入活性炭吸附器（2），在此与循环压缩机（7）送来的循环气汇合。这两种气体中的油污、水雾及羰基化合物等杂质同时在活性炭吸附器中除去，然后进入催化反应器（3）。CO与H2在塔内于30MPa左右压力和360420温度下，在锌铬催化剂上反应生成甲醇。转化后的气体经换热器(4)，温度降至160以下，甲醇含量约为3%。经换热器(4)的气体混合物出来，进入和冷却器（5），出冷却器后混合物气体温度降至3035，再进入粗甲醇分离器（6）。从甲醇分离器出来的液体甲

9、醇减压至0.981.568MPa后送入粗甲醇储槽（8）。由粗甲醇分离器出来的气体，压力降至30MPa左右，送循环压缩机以补充压力损失，使气体循环使用。合成气分两路进入合成塔。一路经主线（主阀）由塔顶进入，并沿塔壁与内件之间的环隙流至塔底，再经塔内下部的热交换器预热后，进入分气盒；另一路经过副线（副阀）从塔底进入，不经热交换器而直接进入分气盒。在实际生产中可用副阀来调节催化层的温度，使H2和CO能在催化剂的活性温度范围内合成甲醇。图1-1 高压法合成甲醇工艺流程图在此，对该工艺流程做了危险性与可操作性研究分析，分析结果如下表1-1所示：表1-1 危险性与可操作性研究分析表引导词偏差可能原因结果修

10、正措施没有反应器中没有原料1.人员操作失误或脱岗2.进料口堵塞3.输送管线破裂4.活性炭吸附器故障5.进气阀未打开无甲醇生成1.提高职工技术水平，严格执行操作规程2.加强劳动纪律，杜绝“三违”3.做好对设备的定期检查工作冷却器中没有冷却剂1.人员操作失误或脱岗2.冷却剂失效无甲醇生成1.做好对设备的定期检查工作2.提高职工技术水平，严格执行操作规程3.加强劳动纪律，杜绝“三违”未开启温度检测装置1.人员操作疏忽2.温度控制器失效3.温度检测装置质量不合格1.温度过高，发生爆炸2.温度不够，无甲醇生成1.做好对设备的定期检查工作2.提高职工技术水平，严格执行操作规程3.加强劳动纪律，杜绝“三违”

11、4.确保温度检测装置安全、可靠过多反应器超压1.安全阀失灵2.压力表故障3.压力报警器失灵4.人员操作不当或脱岗造成爆管，反应器爆炸1.安全阀必须做到安全可靠，动作灵敏，定期校检2.压力表必须做到灵敏可靠，定期校检3.严格按操作规程操作，杜绝“三违”反应器超温1.温度调节装置失灵2.温度计故障3.温度报警器失灵4.工作失误、误操作或脱岗造成爆管，反应器爆炸1.确保温度调节装置安全可靠2.确保温度报警器灵敏可靠3.确保温度计灵敏可靠，定期校检4. 加强劳动纪律，杜绝“三违”原料加入过多1.工作失误、误操作或脱岗2.流量指示器失灵1.物料浪费2.反应不完全1.确保流量指示器灵敏可靠2.提高职工技术

12、水平，严格执行操作规程3.加强劳动纪律，杜绝“三违”过少原料加入过少1.流量指示器失灵2.工作失误或脱岗甲醇的产量、质量降低1.确保流量指示器灵敏可靠2.添加适当的物料反应器压力不够1.密封阀失效2.压力表故障3.压力报警器失灵4.人员操作不当或脱岗无甲醇生成1.密封阀必须做到安全可靠，定期校检2.压力表必须做到灵敏可靠，定期校检3.严格按操作规程操作，杜绝“三违”反应器中的温度过低1.温度调节装置失灵2.温度计故障3.温度报警器失灵4.工作失误、误操作或脱岗无甲醇生成1.确保温度调节装置安全可靠2.确保温度报警器灵敏可靠3.确保温度计灵敏可靠，定期校检4. 加强劳动纪律，杜绝“三违”合成气体

13、泄露1.反应器破裂2.输送管线破裂3.密封阀失效4.反应器焊缝处脱焊1.中毒2.遇明火引发火灾甚至爆炸1.确保生产设备、管线严密不漏2.确保密封阀必须做到安全可靠，定期校检3.做好对设备的定期检查工作多余反应器中有多余杂质1.活性炭吸附器故障2.密封阀失效3.反应器破裂4.输送管线破裂1.无甲醇生产2.产生其他物质1.做好对设备的定期检查工作2.确保密封阀安全可靠部分噪声1.压缩机运行产生噪声2.蒸汽排放听力损伤1.选用噪声小的设备2.蒸汽排放应设置消声器3.对控制室采用隔离门、双层玻璃窗等隔声措施机械伤害1.设备转动部位的防护罩未安装2.无防护栏伤害职工身体按规定对机械转动设备加罩或防护栏杆

14、高温1.高温气体泄露2.高温设备管线脱漏灼伤、烫伤1.加强管道维护，确保严密不漏，发现泄漏及时处理2.工作人员佩戴防护用品低温1、冷冻介质泄露2、低温设备、管线脱漏冻伤1.加强管道维护，确保严密不漏，发现泄漏及时处理2.工作人员佩戴防护用品相反合成气逆流1.压缩机故障2.操作失误1.中毒2.遇明火引发火灾甚至爆炸1.做好对设备的定期检查工作2.提高职工技术水平，严格执行操作规程其他地震、雷电自然灾害危及设备和人身安全1.厂房应依据标准按相应的地震烈度设计2.设置避雷针或避雷带3.控制室防止感应电和雷电侵入1.2 安全检查表 安全检查表（SafetyCheck List，简记为SCL）是进行安全

15、检查、发现潜在危险、督促各项安全法规、制度、标准实施的一种较为有效的工具。它是安全系统工程中最基本、最初步的一种形式。1.2.1 基本概念安全检查的最有效工具是安全检查表。它是为检查某些系统的安全状况而事先制定的问题清单。为了使检查表能全面查出不安全因素，又便于操作，根据安全检查的需要、目的、被检查的对象，可编制多种类型的相对通用的安全检查表，如项目工程设计审查用的安全检查表，项目工程竣工验收用的安全检查表，企业综合安全管理状况的检查表，企业主要危险设备、设施的安全检查表，不同专业类型的检查表，面向车间、工段、岗位不问层次的安全检查表等。制订安全检查表的人员应当熟悉该系统或该专业的安全技术法规

16、。标准和安全操作规程的工程技术人员、作业职工等。按照安全检查表进行安全检查，可提高检查质量，防止漏掉主要的不安全因素（危险因素）。安全检查表的制订、使用、修改、完善的过程，实际是对安全工作的不断总结提高的过程。因此，安全检查表的定义为：运用安全系统工程的方法，发现系统以及设备、机器装置和操作管理、工艺、组织措施中的各种不安全因素，列成表格进行分析。1.2.2 安全检查表的特点安全检查表对有计划地解决安全问题是很有效的。其主要特点如下：（1）检查表的编制系统全面，可全面查找危险、有害因素，避免了传统安全检查中易遗漏、疏忽的弊端；（2）检查表中体现了法规、标准的要求，使检查工作法规化、规范化；（3

17、）针对不同的检查对象和检查目的，可编制不同的检查表，应用灵活广泛；（4）检查表简明易懂，易于掌握，检查人员按表逐项检查，操作方便可用，能弥补其知识和经验不足的缺陷；（5）编制安全检查表的工作量及难度较大，检查表的质量受制于编制者的知识水平及经验积累。1.2.3 安全检查表的优缺点1.安全检查表主要有以下优点：（1）安全检查表能够事先编制，可以做到系统化、科学化，不漏掉任何可能导致事故的因素，为事故树的绘制和分析做好准备。（2）可以根据现有的规章制度、法律、法规和标准规范等检查执行情况，容易得出正确的评估。（3）通过事故树分析和编制安全检查表，将实践经验上升到理论，从感性认识到理性认识，并用理论

18、去指导实践，充分认识各种影响事故发生的因素的危险程度（或重要程度）。（4）安全检查表，按照原因实践的重要顺序排列，有问有答，通俗易懂，能使人们清楚地知道哪些原因事件最重要，哪些次要，促进职工采取正确的方法进行操作，起到安全教育的作用。（5）安全检查表可以与安全生产责任制相结合，按不同的检查对象使用不同的安全检查表，易于分清责任，还可以提出改进措施，并进行检验。（6）安全检查表是定性分析的结果，是建立在原有的安全检查基础和安全系统工程之上的，简单易学，容易掌握，符合我国现阶段的实际情况，为安全预测和决策提供坚实的基础。2.安全检查表主要有以下缺点：（1）只能做定性的评价，不能定量。（2）只能对已

19、经存在的对象评价。（3）编制安全检查表的难度和工作量大。（4）要有事先编制的各类检查表，有赋分、评级标准。1.2.4 安全检查表的编制依据编制安全检查表主要依据：（1）有关标准、规程、规范及规定。为了保证安全生产，国家及有关部门发布了各类安全标准及有关的文件，这些是编制安全检查表的一个主要依据。为了便于工作，有时将检查条款的出处加以注明，以便能尽快统一不同意见。(2）国内外事故案例。搜集国内外同行业及同类产品行业的事故案例，从中发掘出不安全因素，作为安全检查的内容。国内外及本单位在安全管理及生产中的有关经验，自然也是一项重要内容。(3) 通过系统分析，确定的危险部位及防范措施，都是安全检查表的

20、内容。(4) 研究成果。在现代信息社会和知识经济时代，知识的更新很快，编制安全检查表必须采用最新的知识和研究成果。包括新的方法、技术、法规和标准1.2.5 安全检查表编制1.安全检查表的制作过程（1）对危险及有害因素调查分析，确定检查内容；（2）确定检查标准和要求；（3）确定时间；（4）做表；2. 编制安全检查表应注意的问题（1）检查表的项目内容应繁简适当、重点突出、有启发行性；（2）检查表的项目内容应针对不同评价对象有侧重点，尽量避免重复；（3）检查表的项目内容应有明确的定义，可操作性强；（4）检查表的项目内容应包括可能导致事故的一切不安全因素，确保能及时发现爱河消除各种安全隐患。1.2.6

21、 生产安全管理检查表表1-2 生产安全管理检查表单位： 岗位： 检查时间： 年 月 日 检查人：序号项目名称检查内容检查结果备注栏1安全生产责任制1岗位职工是否熟知、领悟岗位安全职责2是否组织定期安全检查3安全生产责任制是否有针对性4安全生产责任制内容是否健全、完善2安全教育培训1从事安全工作领导和工作人员是否经安全知识教育，取得安全资格证书2新入厂职工是否经三级教育考核合格才准上岗3是否组织安全技术演练3事故的管理1职工对单位以前发生的事故是否清楚、并且受到教育2当事故发生时，是否有防范措施，并制定方案3是否定期开展事故的方案演练4危险化学安全1危险物料是否储存在专用仓库内，有专人管理.2危

22、险品充装人员是否进行安全培训.3现场职业安全卫生装备与设施是否齐全完好5设备的安全检查1是否落实特级巡回检查制度，定期分析运行状况及时分析处理存在的问题.2温度、压力表、氧含量等在线分析仪表是否准确3设备安全阀运行、检修、试验资料是否齐全.4反应器是否定期校验，有校验记录，有检查合格验证日期6消防检查1是否建立健全岗位责任制，工作日常管理制2值班人员是否熟练进行消防灭火供水操作3是否对全体职工进行防火，灭火知识教育7环境职业卫生1是否定期开展环保检查，有记录，有考核2是否建立有员工个人防护用品发放档案袋，达到使用率1003有害作业场所是否设置黄色区域警示线8安全标志1是否定期对危险部位的安全标

23、志进行检查2安全标志是否齐全3是否存在安全标志损坏的现象第2章 事故树分析2.1 事故树的基本概念事故树就是从结果到原因描述时间发生的有向逻辑树，对这种树进行演绎分析，寻求防止结果发生的对策，这种方法就称为事故树分析法（FaultTreeAnalysis，简称FTA）。事故树分析方法起源于故障树分析，是安全系统工程的重要分析方法之一，它是运用逻辑推理对各种系统的危险性进行辨识和评价，不仅能分析出事故的直接原因，而且能深入地揭示出事故的潜在原因。用它描述事故的因果关系直观、明了。思路清晰，逻辑性强，既可定性分析，又可定量分析。在风险管理领域常用于企业风险的识别和衡量。2.2 事故树分析的程序事故

24、树分析虽然根据对象系统的性质、分析目的的不同，分析的程序也不同。但是，一般都有下面的九个基本程序。（1）熟悉系统。要求要确实了解系统情况，包括工作程序、各种重要参数、作业情况。必要时画出工艺流程图和布置图。（2）调查事故。要求在过去事故实例、有关事故统计基础上，尽量广泛地调查所能预想到的事故，即包括已发生的事故和可能发生的事故。（3）确定顶上事件。所谓顶上事件，就是我们所要分析的对象事件。分析系统发生事故的损失和频率大小，从中找出后果严重，且较容易发生的事故，作为分析的顶上事件。（4）调查原因事件。调查与事故有关的所有原因事件和各种因素，包括设备故障、机械故障、操作者的失误、管理和指挥错误、环

25、境因素等等，尽量详细查清原因和影响。（5）绘制事故树。根据上述资料，从顶上事件起进行演绎分析，一级一级地找出所有直接原因事件，直到所要分析的深度，按照其逻辑关系，画出事故树。（6）修改、化简事故树。（7）定性分析。根据事故树结构进行化简，求出最小割集和最小径集，确定各基本事件的结构重要度排序。（8）定量分析。首先根据所调查的情况和资料，确定所有原因事件的发生概率，根据这些数据计算出顶上事件的发生概率。（9）制定预防措施并实施。可从最小割集、最小径集着手，找出根除事故的可能性从中选出最佳方案。2.3 事故树分析的功能（1）描述事故发生因素及其逻辑关系。（2）根据因素查明事故发生原因，为事故预防制

26、定措施做准备。（3）评价工艺、设备等的安全性。（4）开拓思路，了解事故发生的条件，熟悉、生产系统。（5）开展定量的描述。2.4 事故树编制步骤(1) 确定事故树的顶事件。确定顶事件是指确定所要分析的对象事件。根据事故调查报告分析其损失大小和事故频率， 选择易于发生且后果严重的事故作为事故的顶事件；(2) 调查与顶事件有关的所有原因事件。从人、机、环境和信息等方面调查与事故树顶事件有关的所有事故原因，确定事故原因并进行影响分析；(3) 编制事故树。采用一些规定的符号，按照一定的逻辑关系，把事故树顶事件与引起顶事件的原因事件，绘制成反映因果关系的树形图。2.5 事故树的编制根据工业上高压法合成甲醇

27、的合成气一氧化碳、二氧化碳和氢气的固有危险性，结合甲醇生产过程中的工艺特点，编制出甲醇生产区因反应器气体泄漏发生爆炸的事故树图如附录A所示。第3章 事故树定性分析3.1 事故树的最小割集最小割集指的是导致顶上事件发生所必须的、最低限度的基本事件的集合。在事故分析中，把能使顶上事件发生的基本事件集合叫做割集合。如果割集合中任意基本事件不发生，就会造成顶上事件不发生，即割集合中包含的基本事件对引起顶上事件发生不但充分而且必要，则该集合叫做最小割集。从概念可知，最小割集表示该系统的缺陷，每一组最小割集为一条顶上事件发生的通道，最小割集组越多，表示顶上事件发生的通道越多，可能性也就越大，最小割集在安全

28、教育，事故预防，安全评价和定量分析计算中广泛运用。根据事故树如附录1所示，运用布尔代数化简法，将该事故树化简得到：T=M1M2=A1A2(A3+A4+A5+A6+A7)=(B1+B2)(X6+X7)(X8+X9+X10+X11+B3+B4+X16+X17+X18+X19)=(X1+X2+X3+X4+X5)(X6+X7)(X8+X9+X10+X11+X12X13+X14X15+X16+X17+X18+X19)=X1X6X8+X1X6X9+X1X6X10+X1X6X11+X1X6X12X13+X1X6X14X15+X1X6X16+X1X6X17+X1X6X18+X1X6X19+X1X7X8+X1X

29、7X9+X1X7X10+X1X7X11+X1X7X12X13+X1X7X14X15+X1X7X16+X1X7X17+X1X7X18+X1X7X19+X2X6X8+X2X6X9+X2X6X10+X2X6X11+X2X6X12X13+X2X6X14X15+X2X6X16+X2X6X17+X2X6X18+X2X6X19+X2X7X8+X2X7X9+X2X7X10+X2X7X11+X2X7X12X13+X2X7X14X15+X2X7X16+X2X7X17+X2X7X18+X2X7X19+X3X6X8+X3X6X9+X3X6X10+X3X6X11+X3X6X12X13+X3X6X14X15+X3X6X1

30、6+X3X6X17+X3X6X18+X3X6X19+X3X7X8+X3X7X9+X3X7X10+X3X7X11+X3X7X12X13+X3X7X14X15+X3X7X16+X3X7X17+X3X7X18+X3X7X19+X4X6X8+X4X6X9+X4X6X10+X4X6X11+X4X6X12X13+X4X6X14X15+X4X6X16+X4X6X17+X4X6X18+X4X6X19+X4X7X8+X4X7X9+X4X7X10+X4X7X11+X4X7X12X13+X4X7X14X15+X4X7X16+X4X7X17+X4X7X18+X4X7X19+X5X6X8+X5X6X9+X5X6X10+X5X6X11+X5X6X12X13+X5X6X14X15+X5X6X16+X5X6X17+X5X6X18+X5X6X19+X5X7X8+X5X7X9+X5X7X10+X5X7X11+X5X7X12X13+X5X7X14X15+X5X7X16+X5X7X17+X5X7X18+X5X7X19最小割集（共100个）:X1,X6,X8,X1,X6,X9,X1,X6,X