HAZOP分析在工艺包设计中的应用

＊张文丽（山东润昌工程设计有限公司 山东 250100）

HAZOP分析在工艺包设计中的应用

＊张文丽（山东润昌工程设计有限公司 山东 250100）

随着工艺生产装置的日益复杂化及庞大化，保证装置及生产操作人员的安全显得尤为重要，近年全国范围内出现的一些安全生产事故很大程度上都是工艺工程设计阶段出现了本可避免的失误。HAZOP分析的目的就是在工艺包设计阶段明确有关安全技术措施，确保实现工艺生产装置的安全。

HAZOP分析；氨合成；工艺设计；安全

HAZOP分析作用是在工程设计当中通过分析各个可能的操作因素导致的操作后果确定相关的安全技术措施。一般以小组讨论形式进行，小组成员包括设计单位的有关工艺、仪表、电气及安全技术人员，生产单位的有关工艺、仪表、电气、安全及操作人员，有时候还包括有关设备或系统的供应商。HAZOP分析过程主要有：一是危害与可操作性分析阶段，这是HAZOP分析的核心内容，关系到安全技术措施的安全性和可行性；二是工艺包的完善阶段，将有关安全技术措施落到实处。本文以氨合成工序中的甲烷化工段阐述HAZOP分析在工程设计中的应用。甲烷化的主要流程：进入高压烷化系统的气体分为两路，其中一路分别进入甲烷化塔冷却外壁，出来后与另一路汇合进入热交换器与反应气换热，温度提高至～215℃被送往提温换热器管间与管内来自氨合成系统的出塔气体换热进一步提温到～250℃后，进入甲烷化塔反应，将气体中≤100PPm的CO、CO2转化为H2O和CH4，～250℃的反应气出塔后进热交换器管间与管内入塔气换热，温度降至～88℃进水冷器，进一步冷却降温至～37℃，反应气中的水被冷凝，水冷器出口气液混合气经氨冷却器进一步降温后送水分离器分离水，水分离器出口的净化气体则送往氨合成系统。

提温换热器用于提温的热气体来自φ1400合成氨系统氨合成塔二次出塔气，提温后则回到φ1400氨合成系统的热交换器进口。本装置设置内置式电加热炉。其主要物料流程如上图。

1.HAZOP分析记录

氨合成中的甲烷化系统，主要目的是将原料气中的碳氧化物总含量脱除到10ppm以下，操作温度250～8℃，操作压力17MPa，主要设备有提温换热器、甲烷化塔、烷化热交换热器、烷化油分、烷化水冷器、烷化水分、烷化氨冷器。其HAZOP分析记录如下：

(1)工艺偏离：低（无）流量。可能原因：原料气流量偏低；可能危害/后果：可导致提温换热器两侧温差过大，严重时损坏设备；防护措施及补充说明：原料气进口设置远传流量计及低流量报警；提温换热器氮氢气出口设有温度变送器；提温换热器外壁设温度高报警；严重性：3；可能性：3；风险等级：2； LOPA：无；改善意见：无。

(2)工艺偏离：高浓度。可能原因：原料气CO/CO2含量高可能危害/后果：可能影响CO净化效果，严重时导致氨合成催化剂中毒；导致甲烷化塔出口温度升高；防护措施及补充说明：原料气进口设手动和在线CO/CO2分析；烷化水分出口设手动和在线CO/CO2分析；甲烷化塔床层设温度高报警、高联锁停合成气压缩机，由SIS实现；甲烷化塔塔壁设温度高报警；严重性：4；可能性：2；风险等级：2；LOPA：N；改善意见：建议甲烷化塔床层设温度高报警、高联锁停合成气压缩机(2OO3)，由SIS实现。

(3)工艺偏离：高温度。可能原因：甲烷化电加热器失控 可能危害/后果：可能导致甲烷化塔及相关设备温度升高防护措施及补充说明：原料气进口设手动和在线CO/CO2分析；烷化水分出口设手动和在线CO/CO2分析；甲烷化塔床层设温度高报警、高联锁停合成气压缩机，由SIS实现；甲烷化塔塔壁设温度高报警；严重性：4；可能性：2；风险等级：2；LOPA：N 改善意见：建议甲烷化塔床层设温度高报警、高联锁停合成气压缩机(2OO3)，由SIS实现；建议设床层温度高联锁停电加热炉(2OO3)，由SIS实现。

(4)工艺偏离：低温度/低温（氨冷）。可能原因：提温换热器换热不佳；烷化氨冷器液氨蒸发压力过低；可能危害/后果：可能导致甲烷化塔入口温度过低，CO/CO2净化不佳，严重时导致催化剂中毒；烷化氨冷器出口温度过低，严重时管内壁结冰 防护措施及补充说明：烷化水分出口设手动和在线CO/CO2分析；甲烷化塔床层及塔壁设温度变送器及高报警；烷化氨冷器出口设温度变送器及低报警；烷化氨冷器出口设温度检测及低报警；严重性：3；可能性：3；风险等级：2；LOPA：N；改善意见：建议加强管理。

(5)工艺偏离：高压。可能原因：后续工序故障；可能危害/后果：导致系统压力升高 防护措施及补充说明：甲烷化系统设多处压力检测及高报警；氮氢压缩机出口设压力检测及高报警和调节阀；氮氢压缩机入口设压力检测及高报警和调节放空阀；氮氢压缩机入口及本体设安全阀 严重性：4；可能性：3；风险等级：3； LOPA：Y 改善意见：建议加强管理。

(6)工艺偏离：高液位 可能原因：烷化氨冷器液位调节阀故障或开度过大可能危害/后果：液位过高导致气氨带液，影响冰机系统防护措施及补充说明：烷化氨冷器设有就地及远传液位检测高报警；冰机系统设有气液分离器 严重性：4；可能性：3；风险等级：3； LOPA：N 改善意见：建议加强管理。

(7)工艺偏离：低/无液位 可能原因：操作失误可能危害/后果：烷化水分液位高低，可能导致高压气体外泄 防护措施及补充说明：烷化水分设有就地液位计，排液设为双阀；设置现场可燃气体检测及消防系统 严重性：4；可能性：3；风险等级：3； LOPA：N 改善意见：建议加强管理

(8)工艺偏离：高反应 可能原因：同高浓度 可能危害/后果：同高浓度防护措施及补充说明：同高浓度 严重性：同高浓度；可能性：同高浓度；风险等级：同高浓度；LOPA：N 改善意见：同高浓度1．9、工艺偏离：换热管道破裂/泄漏 可能原因：提温换热器换热管道破裂；烷化水分换热管道破裂；烷化氨冷换热管道破裂 可能危害/后果：循环气窜入氮氢气系统，导致甲烷化塔入口温度升高；烷化气窜入冷却水和冰机系统，导致冷却水系统和冰机系统超压； 防护措施及补充说明：提温换热器出口设温度检测；烷化水分出口设手动分；烷化水冷器冷却水管线设温度检测和压力检测，水侧设安全阀；烷化氨冷器气氨出口设温度和压力检测，气氨侧设安全阀；设置可燃有毒气体检测报警系统 严重性：3；可能性：3；风险等级：2；LOPA：Y 改善意见：提温换热器氮氢气出口设温度检测及高报警。

2.改善建议

依据HAZOP分析记录制定相应的改善意见，本系统的改善意见如下：

(1)高浓度：风险等级为2，改善意见：建议甲烷化塔床层设温度高报警、高联锁停合成气压缩机(2OO3)，由SIS实现，依据改善意见完善PID及逻辑联锁图。

(2)高温度：风险等级为2，改善意见：建议甲烷化塔床层设温度高报警、高联锁停合成气压缩机(2OO3)，由SIS实现；建议设床层温度高联锁停电加热炉(2OO3)，由SIS实现，依据改善意见完善PID及逻辑联锁图。

(3)低温度：风险等级为2，改善意见：建议增加烷化水分出口CO/CO2在线分析并增加含量高报警，依据改善意见完善PID图。

(4)管道破裂：风险等级为1，改善意见：提温换热器氮氢气出口增加温度高报警。

3.完善PID及安全报警联锁

根据最终的改善意见进一步完善甲烷化系统的PID和逻辑联锁图。完善后的报警及联锁回路下表。

仪表回路任号 回路名称 特殊要求 备注甲烷化塔床层温度报 停氮氢压缩TIAHS6101A～C 警联锁 2OO3机及电加热炉TIAH6102 提温换热器出口工艺气温度高报TIAH6103甲烷化塔塔壁温度～5(A/B/C)高报TIAH6106～7(A/提温换热器塔壁温B/C)度高报PIAHS6101A～C 烷化新鲜气压力报2OO3 停氮氢压警联锁 缩机PDIAH6101 提温换热器冷侧进口热侧出口压差高报PDIAH6102 烷化塔进出口压差高报LICAH6101 高压烷化氨冷器液位高报警及调节GIAH6101 氨冷区可燃气体检测报警GIAH6102 氨冷区有毒气体检测报警AIAH6101 烷化水分出口C含量高报警AIAH6102 烷化油分进口C含量高报警

4.总结

HAZOP分析作为一种安全分析策略和工具，有在工艺包的设计阶段有利于PID和安全技术措施的设计，它作为一种分析方法，由于具有简单、因果关系明确，操作可行性高，分析周期短等原因，越来越得到了广泛的应用，尤其是在工艺研发和设计中。

[1]廖学品．《化工过程危险性分析》．化学工业出版社,2000．

[2]马进,王浩．《天然气制氢装置工艺安全分析》．化工安全与环境,2012,36（9～10）．

张文丽（1978～），女，山东润昌工程设计有限公司，研究方向：化工工程设计。

(责任编辑王恒）

Application of HAZOP Analysis in Process Design

Zhang Wenli
（Shandong Runchang Engineering Design co., LTD, Shandong, 250100）

As the increasingly complicated and large process production unit, guaranteeing the safety of the device and the operation personnel is particularly important, in recent years, some safety production accidents caused, to a great extent,by the mistakes which are able to be avoided in the stage of process engineering design. The purpose of HAZOP analysis is to make safety technical measures clear in the the process package design phase and ensure the safety of process device unit.

HAZOP analysis；ammonia synthesis；process design；safety

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