HAZOP分析方法在凝析油分离装置的应用

文/冷悦山 苟东晓 苏宪章

HAZOP分析作为工艺危害分析中较为系统和有效的方法之一，在杜绝、减少事故发生，降低事故损失等方面发挥着重要作用。本文利用HAZOP分析方法分析凝析油分离装置在设计阶段存在的安全薄弱环节，发挥其在工艺安全、仪表控制等方面的重要作用，是设计方案的安全补充。

危险与可操作性分析（HAZOP）是在开展工艺危害分析工作中，通过使用“引导词”分析工艺过程中偏离正常工况的各种情形，从而发现危害源和操作问题的一种系统方法。1974年，英国帝国化学工业公司（ICI）正式发布了HAZOP技术，其后历经ICI和英国化学工业协会（CIA）之大力推广，此分析法逐渐由欧洲传播至北美、日本及沙特阿拉伯等国家。在国内方面，20世纪90年代开始开展调查跟踪，进入21世纪，国内设计单位开始在设计过程中引入HAZOP方法。2010年起，国家安监总局相继发布了《国家安全监管总局 住房城乡建设部关于进一步加强危险化学品建设项目安全设计管理的通知》（安监总管三〔2013〕76号）、Q/SY 1364-2011《危险与可操作性分析技术指南》、AQ/T 3049-2013《危险与可操作性分析（HAZOP分析）应用导则》等，对于HAZOP分析工作作出了较为明确的要求。凝析油分离工艺过程中若压力、流量及液位等控制不当，将引起局部超压，严重时可能引发火灾爆炸，定期进行HAZOP分析势在必行。

工艺简介

本文所述凝析油分离装置采用优化的初馏-常压-脱丁烷工艺路线，其工艺流程如下：

凝析油预热、电脱盐后，经多级换热器加热后进入初馏塔。初顶油气经空冷后进回流罐，冷凝的轻石脑油部分回流。初顶油经初顶回流泵抽出后，一部分返回塔顶作为回流，另一部分经换热后进入脱丁烷塔。含硫污水经初顶排水泵与常顶排水合并后送出装置。初底油一部分经初底油泵抽出后，依次经多级换热后进入常压塔；另一部分为初底循环油进初底重沸炉加热后返回初馏塔底部。加热后的初底油进入常压塔，常顶油气经换热、空冷后进回流罐，冷凝的重石脑油部分回流，部分从装置流出。

常一线油从常压塔采出送至常压汽提塔上段，塔釜再沸器由常二中油供热，汽化油气返塔，常压汽提塔上段塔底常一线油经换热、空冷、冷却后至罐区。常二线油从常压塔采出送至常压汽提塔下段，塔釜再沸器由常底油供热，汽化油气返塔，常压汽提塔下段塔底常二线油经换热、空冷、冷却后至罐区。常三线油从常压塔采出，经换热、空冷、冷却后至罐区。常一中油从常压塔采出，先作为脱丁烷塔的再沸器热源，后经多个换热器取热后返回常压塔。常二中油从常压塔采出，经多个换热器取热后返回常压塔。常底油经换热后，部分回至加热炉进口作为循环油，部分经空冷、冷却后至罐区。

自初馏塔顶来的轻石脑油经换热后进常压塔。塔顶油气经冷却后进入脱丁烷塔顶回流罐进行气液分离。常顶冷凝液化气经脱丁烷塔顶回流泵抽出后，一部分作为回流返回常顶，另一部分液化气送出装置。常底轻石脑油经冷却器冷却后从装置流出。

HAZOP分析过程

HAZOP分析工作是由具有丰富工作经验和不同专业背景人员的分析小组完成，主要成员包括分析主席、秘书、工艺工程师、仪表工程师、设备工程师、生产及操作人员代表。HAZOP分析主席应具备一定的工作经验和专业能力，负责引导分析小组高质量完成HAZOP分析工作。HAZOP小组的其他成员也应具备较充分的专业知识，对设计意图有较充分的了解，若发现重要的问题可邀请其他相关专家临时参加。

HAZOP分析是以经验法为主，用引导词方法将系统划分多个节点，由专家团队优选引导词（如无、多、少等）和关键工艺参数（如流量、液位、压力等），引导小组成员通过集体讨论，从操作和设计的角度查明导致偏差的可能原因（如无流量、高液位、低压等），并针对偏差可能导致的不良后果，分析确认现有的安全措施是否足以控制风险，必要时，建议补充、增加新的保护措施。分析过程中，被识别的危险与可操作性问题汇总于HAZOP记录工作表。

分析节点划分

分析小组根据HAZOP分析方法的要求和工作进度安排，将此装置工艺流程划分为20个节点，具体见表1。

表1 HAZOP分析节点

表2 HAZOP分析引导词和相关参数

引导词

引导词是一种特定的用于描述要素设计目的（意图）偏离的词或短语，用以激发分析人员想象思维，使其专注于分析，有效提出观点并进行讨论，从而使分析更完整、全面。HAZOP分析所用引导词和参数见表2。

HAZOP分析成果

分析成果

本次HAZOP分析对凝析油装置安全、设计等方面进行偏差分析，识别现有安全保护措施，并针对不足之处提出相关建议措施，分析成果举例如表3。

通过对凝析油装置20个节点的整体分析，可引起该装置较大安全隐患的主要因素是压力、流量及液位等，列举如下：

1.换热器内压力过高，导致超压破坏；

2.初馏塔进料流量过低，导致支路炉管结焦，甚至烧穿；

3.常压塔进料流量过低，常压炉进料组分减少，可能造成炉管干烧，严重时烧穿；

4.初顶油进入脱丁烷塔流量过低，可能导致液化气进入高压瓦斯罐，进而可能引发高压瓦斯带油；流量过高，回流罐界位降低，可能导致液化气窜至含硫污水装置，导致下游超压，引发火灾爆炸；

5.脱丁烷塔液位过低，导致液化气窜至轻石脑油储罐，导致下游超压及浮船损坏，从而引发火灾爆炸；

6.常压炉及重沸炉炉内压力过高，长明灯脱火熄灭，燃料气再次进入可能引发爆燃；

7.常压炉及重沸炉炉膛内流量过低，炉空气供应不足，氧含量降低，严重时造成炉火熄灭，空气再次进入可能引发爆燃。

建议措施

鉴于以上安全隐患，本次分析针对识别出的现有安全保护措施不足之处提出建议措施，共计71条，大致归为安全功能相关（如联锁、安全设施相关）、一般仪表及自动控制问题、工艺、设备及管线、管理类等5类建议类型，总结如下：

表3 HAZOP分析工作表

续表3 HAZOP分析工作表

1.建议措施较多集中在一般仪表、自动控制及工艺、设备管线方面，建议增设相关仪表高低报警及偏差报警，必要时进行联锁切断设置，进一步提高仪表的安全性能；

2.建议进一步明确相关操作规程和制度，加强巡检，严格按照操作规程进行生产；

3.建议及时更新相关图纸，保证图纸与现场的一致性；

4.本次HAZOP分析后果存在风险的现有保护措施含有安全仪表系统（SIS），建议进一步引入保护层分析（LOPA）技术，有效弥补HAZOP分析中存在的安全保护措施起到的风险降低和残余风险不能定量化等不足；

5.建议对装置现有的SIS系统通过安全完整性等级（SIL）分析验证，确保SIS系统达到要求的SIL。