高压加氢裂化装置事故模拟分析

张小红

(中国石化上海石油化工股份有限公司芳烃部， 200540)

高压加氢裂化装置事故模拟分析

张小红

(中国石化上海石油化工股份有限公司芳烃部， 200540)

以高压加氢裂化装置为例，根据各单元的功能，将装置划分为7个危险区域，对各区域发生火灾或爆炸事故的条件进行了分析。利用SAFETI软件对事故进行模拟，并根据事故影响范围数据提出了相应的安全措施。

加氢裂化 火灾 爆炸 中毒 模拟

加氢裂化装置以减压柴油和氢气为原料，产品及中间物料为轻重石脑油、液化气、航煤、轻柴油、干气及尾气。由于原料和产品的主要组分为氢气、C1～C9烃及硫化氢，装置所在区域属甲类火灾危险场所，安全防范稍有疏忽，就会酿成重大事故。火灾和爆炸为装置主要危险因素，为此在对火灾和爆炸危险区域进行分析的基础上，对火灾和爆炸事故的进行了计算机模拟，并对事故的触发条件与后果的影响范围进行分析，从而提出相应的安全措施。

1 化学品主要危害区域分布及其危险性分析

加氢裂化装置在生产过程中存在汽油、液化石油气、硫化氢、石脑油、航煤、氢气、干气(燃料气)和丙烷等危险化学品，可能导致中毒、火灾或爆炸。就火灾危险性而言，除航煤外，其余均为甲类火灾危险化学品［1］。

加氢裂化装置化学品危害及其区域分布情况见表1。

表1 加氢裂化装置化学品危害区域分布

1.1 加热炉区

加热炉的介质是氢气，点火操作或事故处理不当，就会导致炉膛内油气聚集，极易引起爆炸。由于加热炉是明火设备，易燃、易爆物质泄漏扩散至此处就可能成为点火源，增加了装置火灾、爆炸的危险性。

虽然加热炉的炉管是用不锈钢制成的，但在硫的存在下也会产生腐蚀，一旦炉管发生穿孔，氢气就会泄漏，在加热炉的高温(500℃)、高压(14～15 MPa)环境中自燃，而其自燃火焰为无色，因此危险性更大。此外，如果循环氢气压缩机发生故障造成减压柴油(VGO)流入炉管，而单向阀未关严，也容易造成炉管结焦而爆裂，氢气泄漏导致火灾或爆炸。

1.2 反应区

反应器、管线或机泵本身设计不当或存在制造缺陷，就会因耐压能力不足而破裂，导致物料泄漏;连接容器与外部管线的阀门、法兰、人孔如果安装质量差，或者在使用过程中发生腐蚀也可能引起泄漏;物料管线在接触高温热源、受明火烘烤或夏季暴晒等情况下会发生膨胀，容易因泄压措施不完善或误操作而发生火灾甚至爆炸。

加氢裂化和加氢精制都是放热反应，操作温度均较高，因此柴油泄漏将引起着火，而大量氢气泄漏则可引起爆炸。另外，一旦进料温度过高、反应出现异常或冷氢气注入中断会造成反应器超温、超压甚至爆炸。

1.3 塔区

重沸器、塔底出口的法兰、低处放空阀门法兰处容易泄漏，易燃、易爆的物质一旦泄漏就会着火。另外塔的液位计、取压点都容易出现泄漏。

应特别关注减压塔。如果在减压塔还没有恢复到常压或塔内温度还很高的情况下使系统与大气相通(或出现泄漏)，由于塔内为负压，空气被迅速吸入并与高温油气相遇，就会发生火灾或爆炸。此外，减压塔在运行中压力指示出现误差，或对压力疏于观察而造成减压塔正压操作等情况也容易引起热物料泄漏而酿成火灾。

1.4 压缩机区

循环氢气压缩机是该装置的心脏，关系到整个装置氢气的生成与循环，一旦发生故障，就无法携带反应所需要的热量和提供系统运转的动力，加热炉就会出现超温，催化剂会加速结焦，因此应特别注意防火防爆。

压缩机区氢气泄漏主要出现在密封系统。另外，装置所用的4台往复式压缩机易诱发系统管线因振动而破裂，造成大量氢气泄漏，从而引发燃爆事故。

1.5 换热区

换热器在11.1～16.67 MPa的高压和400℃左右的高温下运行，如果换热器材质选择不当，压力、温度发生变化或腐蚀严重便会出现泄漏，热油遇到空气就会自燃，引起火灾。

1.6 液化分离区

由于区域内存在液化气和硫化氢，需要防火、防爆、防中毒。冷凝、冷却器容易出现泄漏，而回流罐的水包及切水线阀腐蚀严重也容易导致大量的液化气泄漏，形成火灾隐患。

1.7 胺处理区

该区的主要危险品是液化气、干气脱硫，因而是防火、防爆、防中毒的重点区域。反应过程中产生的硫化氢会腐蚀设备，泄漏点主要出现在塔顶馏出线、冷却器部分，防硫化氢中毒是该区防护重点。而液化石油气泄漏有燃烧或爆炸的危险。

2 事故的计算机模拟及后果分析

事故后果模拟是在事故模型分析的基础上选择数学模型，常见的数学模型有气体泄漏模型、扩散模型、爆炸模型和热辐射模型等，加氢裂化装置事故的计算机模拟采用挪威船级社DNV开发的定量风险分析SAFETI软件，根据事故现场的情况，选用气象条件、危险化学品温度、压力、泄漏时间等参数，运用扩散、喷火、冲击波超压等模型［2］，进行计算机事故模拟。

根据以上分析并结合生产实际情况，选择氢气、石脑油和硫化氢泄露这3种具有代表性的事故场景作为模拟对象。

3种事故形成条件及其模拟场景见表2。

表2 事故形成条件和场景

2.1 氢气泄漏

氢气爆炸浓度(以体积分数计)范围较宽，氢气与空气混合物的爆炸极限为4.1% ～74.1%，而且引燃能量相对较低(最小引燃能量为0.02 MJ)，火灾爆炸危险较大。

在风速1.0 m/s情况下氢气泄漏后发生爆炸所形成的冲击波危害范围见表3。

表3 泄漏后冲击波超压的危害区域

在给定的事故模拟条件下，发生火灾爆炸后的冲击波超压危害范围已超过装置区域(加氢裂化装置与最近的装置的间距为30 m左右)，在危害区域内将对设备、建筑物等造成重大破坏，严重伤害人体。

2.2 石脑油泄漏

石脑油为装置主要产品，属挥发性气体，密度比空气高，容易在低处积聚(特别是塔底)，一旦遇明火或高温就可能着火爆炸。

在风速为1.0 m/s的情况下，不同摩尔分数的石脑油泄漏扩散情况见表4。

表4 不同摩尔分数的石脑油泄漏扩散情况

石脑油泄漏后发生喷火的热辐射危害距离见表5。

表5 石脑油泄漏发生喷火后的热辐射危害距离

在给定的事故条件下，物料泄漏发生喷火的热辐射辐射强度为12.5 kW/m2，危害范围达152 m，对作业人员有很大危害［3］。

2.3 硫化氢泄漏

硫化氢为剧烈的神经毒物，极易引起人体中毒。

不同质量浓度的硫化氢及其扩散范围对人体的影响见表6。

表6 不同质量浓度硫化氢的扩散范围对人的影响

按有关规定，车间空气中硫化氢最高允许质量浓度为10 mg/m3，最大影响范围为6 214 m2，而发生泄漏事故的情况下影响范围达8 210 m2，将对人体造成极大危害。

因此，已根据泄漏扩散区域，严格按照相关规范的要求安装可燃气体检测报警仪和有毒有害气体检测报警仪，并做好相应的防护工作。

3 安全防范措施

从以上的事故模拟与后果分析看，氢气、石脑油和硫化氢泄漏，都会造成严重后果。尽管如此，只要采取积极有效的防范措施，就能防止火灾、爆炸、中毒事故发生。

(1)加强高压临氢系统气密检查，最大限度降低可燃气体泄漏量。严格控制点火源，避免发生可燃性气体着火爆炸事故。加强对现场固定式可燃性气体、有毒气体报警仪的维护、校验。含硫化氢气体的采样、切液作业要采用封闭式操作形式，以确保人员安全。

(2)对于反应器、高压换热器、循环氢气压缩机系统等重要部位，要加强管理和巡回检查。严禁超温超压、超工艺指标的行为发生，发生异常情况要做到及时汇报、处理，确保装置安全运行。

(3)严格控制加氢精制和加氢裂化反应器各床层的温升，确保精制反应器的脱氮率，防止氮化合物对加氢裂化催化剂的毒害，同时要严防裂化反应器床层发生“飞温”现象。加强压缩机运行的监控，严防其联锁时系统必须紧急泄压而引发的催化剂和设备管线损伤。

(4)加强对生产过程的监控，注重高压临氢设备对氢气的充分释放，防止氢脆现象的发生(氢脆发生的温度在150℃以下)。增加巡检频度，加强岗位间的联系，对有可能发生硫化氢中毒等危险的检查和操作时，必须实行“双人操作，一人监护，一人操作”，以防事故发生。

(5)严格按照有关标准选材。对腐蚀较为严重的设备、管线要进行材质升级，确保设备的本质安全。定时、定点对易发生硫腐蚀、冲刷腐蚀的部位进行测厚，以便及时发现问题，保证安全生产。

(6)加强突发事故应急预案的演练，定期组织岗位操作人员学习各类事故预案，提高员工处理突发事故的能力，在演练中不断完善演练预案。

ABSTRACT

［1］ 赵铁锤，杨富，王如君，等．安全评价(修订版)［M］．北京:煤炭工业出版社，2004:196．

［2］ 刘诗飞，詹予忠．重大危险源辨识及危害后果分析［M］．北京:化学工业出版社，2004:56－69．

［3］ 朱建华，褚家成．池火特性参数计算及其热辐射危害评价［J］．中国安全科学学报，2003，13(6):25 －28．

Taking the high pressure hydrogenation cracking plant as example，the plant was divided into 7 areas with potential hazard according to functions of each unit，and analysis was made on conditions of occurring fire or explosion accident in each area．Simulation was made for the accidents with SAFETI software，and corresponding safety precaution measures were raised based on data of accidents＇affecting region．

Simulation Analysis on Accidents in High Pressure Hydrogenation Cracking Plant

Zhang Xiaohong
(Aromatics Division，SINOPEC Shanghai Petrochemical Co．，Ltd．200540)

hydrogenation cracking，fire accident，explosion，poisoning，simulation

1674－1099 (2012)02－0047－03

X928.7

A

2012-01-11。

张小红，女，1967年出生，1987年毕业于上海石油化工高等专科学校有机化工专业，2005年毕业于上海师范大学英语专业，国家注册执业安全工程师，现从事安全技术管理工作。