道氏法在加氢精制装置的应用

道氏法在加氢精制装置的应用

杜峻

中国石化集团金陵石油化工有限责任公司烷基苯厂 江苏省南京市 210000

摘要：运用道化学公司火灾、爆炸危险指数评价方法对加氢装置进行安全评价,辨识加氢装置的危险因素,提出安全对策和措施，从而降低该装置运行的危险性。

关键词：过程安全；火灾；爆炸危险；加氢

1.概述

1.1道化学公司火灾、爆炸危险指数评价方法简介

道化学公司火灾、爆炸危险指数评价方法(以下简称道氏法)，是用于评估特定工艺过程最大潜在损失范围的一种工具。它是以已往的事故统计资料及物质的潜在能量和现行安全措施为依据，定量地对工艺装置及所含物料的实际潜在火灾、爆炸和反应危险性行分析评价^[1]。

1.2加氢精制装置工艺流程简介

加氢精制装置采用除氧→加氢精制→提馏→稳定工艺。《国家安全监管总局关于公布首批重点监管的危险化工工艺目录的通知》^[2]中明确将加氢工艺列入其中。因此，加氢工艺属重点监管危险化工工艺，应在装置运行危险环节实现关键操作的自动化控制，采用温度、压力、流量、液位及可燃气体浓度等工艺指标的超标报警，生产装置的安全联锁停运，进行自动控制及安全联锁停车设计，保证设备设施的安全运行。

1.2.1加氢除氧部分

煤油从罐区进装置，经过换热后去过滤器过滤掉胶质等杂质,然后与来自氢气压缩机出口的氢气混合。溶解了氢气的煤油到加氢除氧反应器内与催化剂充分接触，溶解氧和氢气反应生成水。无溶解氧的直馏煤油从反应器出来，去加氢进料缓冲罐。

1.2.2加氢精制反应部分

原料煤油与氢气混合，经换热器与反应器出料换热升温，进入反应进料加热炉加热至工艺要求的温度后，进入反应器顶部，在催化剂床层上进行加氢反应，反应产物从反应器底部出来，经换热器换热降温后，进入热高压分离器，使气液相分离。气体从热高分顶部出来，经空冷器冷却至45℃，进入冷高压分离器。冷高压分离器分离出的气体为循环氢气体，去循环氢压缩机提压循环使用。液相物料从热高压分离器底部出来，去热低压分离器进一步使气相和液相分离，其液相（热低分油）经过换热后进入提馏塔；气体从冷高分顶部出来，经过冷却器冷却后，和冷高分油一起进入冷低分。

1.2.3分馏部分：

低分油换热后进入提馏塔，塔底的精制煤油为分子筛装置进料，塔顶油经脱硫后作为副产品去罐区。

2.道化学火灾爆炸危险指数评价

本文采用评价火灾爆炸最为适宜的美国道化学公司火灾爆炸指数评价法（七版），该方法是以工艺过程中使用、生产物质的理化特性为基础，结合工艺条件、物料量等因素求取火灾爆炸指数。

2.1确定评价单元

根据《道化学火灾爆炸危险指数评价法》（七版）工艺单元选择的原则，结合该装置实际情况，将加氢装置分区如下：①加氢除氧区，②加氢精制反应区，③分馏区，共三个区。

2.2评价分析过程

以下选择②加氢精制反应区为例来说明评价过程。

2.2.1物质系数（MF）的确定

加氢精制反应区内，主要物料为煤油、氢气和瓦斯，按照混合物物质系数的选取原则，将硫化氢的物质系数作为该单元的物质系数，查得硫化氢的物质系数MF=21。

2.2.2工艺单元危险系数（F₃）确定

2.2.2.1一般工艺危险系数（F₁）

a.放热反应

脱硫塔内发生结合反应产生轻微放热，此危险系数为0.3。

b.排放和泄漏控制

装置四周设有明沟防止泄漏物质流到其它区域，且所有设备露天安装，故系数定为0.5。

因此，一般工艺危险系数F₁=1+0.3+0.5=1.8。

2.2.2.2特殊工艺危险系数F₂

a.毒性物质

硫化氢为高毒物质，依据“物质系数和特性”表知，硫化氢健康危险系数NH为4，则其危险系数为0.2×NH=0.8。

b.燃烧范围或其附近的操作

当压力表或安全阀失效时，氢气或煤油外泄，则周围设备处于其燃烧范围内，故其危险系数取0.3。

c.释放压力

该单元氢气操作压力为5.4 Mpa，通过对照“易燃、可燃液体的压力危险系数图”可得危险系数为0.8。

根据操作压力确定初始危险系数值。下列方程适用于压力为0～6895kPa(表压)时危险系数Y的确定。(故公式中的压力即X值的单位应为“磅／英寸2”)。

Y=0．16109+1．61503(X／1000)－1．42879(X／1000)²+0．5172(X／1000)³

d.易燃及不稳定物质的量

根据工艺单元中的物料量×燃烧热（Hc），查“工艺过程中的液体或气体”图可得危险系数为2.3。

工艺单元能量值查得所对应的危险系数。总能量值与曲线的相交点代表系数值。该曲线中总能量值X与系数Y的曲线方程为：(计算时式中的能量即X数值的单位应为英热单位×10⁹)

lgY=0．17179+0．42988(lgX)－0．37244(lgX)²+0．17712(lgX)

³－0．029984(lgX)⁴

e.腐蚀及磨蚀

由于物料中有湿硫化氢应力腐蚀，对设备腐蚀破坏严重，易造成腐蚀穿透泄漏，故系数取0.5。

f.泄漏

根据正常生产中发生的泄漏均为一般泄漏的实际情况，此危险系数取0.3。

g.转动设备

考虑该单元具体情况，此危险系数取0.5。

则特殊工艺危险系数F₂=1+0.8+0.3+0.8+2.3+0.5+0.3+0.5=6.5。

2.2.2.3工艺单元危险系数（F₃）

F3=F1×F2=1.8×6.5=11.7；F3值范围为：1～8，若F3＞8则按8计。

2.2.3计算火灾爆炸危险指数（F&EI）

F&EI=MF×F₃=21×8=161 根据“F&EI及危险等级表”可知，该工艺单元危险等级为“非常大”。

F&EI及危险等级表^[1]

2.2.4安全措施补偿系数（C）的确定

2.2.4.1工艺控制补偿系数（C₁）

a.应急电源

该装置采用双回路电源供电，能从正常状态自动切换到应急状态，补偿系数取0.98。

b.紧急切断装置

装置设有紧急停车系统ESD,生产异常时能紧急停车，补偿系数为0.96。

c.计算机控制

装置的生产运行和质量控制使用DCS集散控制系统，对装置的生产过程进行检测和控制，补偿系数为0.93。

d.操作规程

装置操作规程经多次修订完善，能够保证正常作业，补偿系数取0.91。

e.其它工艺过程危险分析

采用危险和可操作性研究(HAZOP)，补偿系数取0.94。

工艺控制安全补偿系数为以上各项系数的乘积：C₁=0.98×0.96×0.93×0.91×0.94=0.7185。

2.2.4.2物质隔离补偿系数（C₂）

a.遥控阀

装置设有遥控的切断阀，在紧急情况下能迅速地将容器及主要输送管线隔离，系数取0.98。

b.排放系统

设有应急事故池，可收集部分泄漏物料，故补偿系数取0.95。

c.联锁装置

装置设置安全联锁系统，系数取0.98。

以上各项系数的乘积：C₂=0.98×0.95×0.98=0.9124。

2.2.4.3防火措施补偿系数（C₃）

a.泄漏检测装置

装置安装了可燃气体检测报警仪及有毒气体检测报警仪，系数取0.94。

b.钢质结构

所有的承重钢结构采用防火涂层，涂覆高度大于5米，小于10米，设备基础采用钢筋混凝土结构，补偿系数取0.97。

c.消防水供应

工厂消防水有稳高压系统，水压0.8MPa,能够按最大需水量进行连续供应，故补偿系数取0.94。

d.手提式灭火器/水枪

装置配备了与火灾危险相适应的手提式和移动式灭火器，补偿系数取0.98。

e.电缆保护

动力、照明电缆采用了阻燃铜芯电缆，沿桥架敷设后穿钢管保护，并置于钢板金属罩内，取补偿系数为0.98。

以上各项系数的乘积：C₃=0.94×0.97×0.94×0.98×0.98=0.8232。

则安全措施补偿系数C=C₁×C₂×C₃=0.5396。

2.2.4计算补偿火灾爆炸危险指数（F&EI）’

（F&EI）’= F&EI×C=0.5621×168=94.43。则实际危险程度为“较轻”。

3.火灾爆炸危险指数计算结果及分析

3.1三个评价单元火灾爆炸危险指数计算结果见下表

3.2评价结果分析

3.2.1初期固有危险指数计算结果表明：

三个评价单元中，加氢精制反应区的固有火灾危险性都“非常大”，占所划分单元总数的33%，加氢除氧区和分馏区的固有危险程度均为中等，占单元总数的66%，说明该装置的火灾爆炸危险性较高。

3.2.2根据补偿危险指数计算结果表明：

通过安全措施补偿，火灾爆炸危险程度均降到了较轻，可见，通过采取适当的安全措施可以减少火灾爆炸带来的人身、财产损失。

3.2.3通过危险指数计算结果还可以看出，各单元火灾爆炸危险性的大小主要取决于工艺过程中所涉及的物料性质、工艺过程物料量、操作参数（压力、温度等）。

各单元火灾爆炸危险指数计算结果汇总

4.安全对策措施

1）该装置具有硫化氢分布面广且浓度高的特性，某些设备、管线中硫化氢甚至超过5%，对设备腐蚀影响非常严重，产生的硫化铁易与空气接触发生自燃，从而导致火灾爆炸事故，因此按期对压力容器、管道进行检测非常必要，一旦不符合要求，必须立即更换。涉硫化氢设备交出检修前做好防硫化铁自燃方案，采取注水或冲氮气保护，并密切注意内部温度变化，避免长时间无人监管。

2）加热炉开工点火时，要进行严格细致的测爆分析，若炉内存有可燃气体未被置换合格，点火时有可能发生炉膛爆炸；在运行时，还应该严格控制各管程温差，防止炉管内物料局部过热发生火灾爆炸事故。

3）减少设备及工艺管道泄漏，防止易燃物质与空气形成爆炸性混合物；生产、储存区应设计设置可燃气体报警装置，现场应设计声光报警装置，严格执行《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》^[3]的规定。

4）建立健全安全管理制度及操作规程，并严格执行；加强巡检，发现问题，及时处理，排除各种可能导致火灾爆炸的不安全因素；加强作业场所职业危害风险监控，防止职业病发生^[4]。

5）设备检修和事故处理时，操作人员需佩戴个体防护器具，并严格按安全规定进行操作，携带便携式硫化氢报警仪和空气呼吸器，以便发生事故时进行救护及紧急控制操作，完成必要的操作后，立即按逃生路线迅速撤离危险区。

6）制定和完善针对硫化氢、氢气等易燃易爆、有毒有害物质的专项预案以及机泵密封垫片、容器密封点等设备失效引起的泄漏应急处置方案，并定期展开演练和不断改进。

参考文献

[1] 中国化工安全卫生技术协会译：道化学公司火灾、爆炸危险指教评价法．第七版．北京：中国化工出版社，1997.

[2]安监总管三〔2009〕116号，国家安全监管总局关于公布首批重点监管的危险化工工艺目录的通知

[3] GB 50493-2019，石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范［S］

[4]王丽敏，翟润培，孙友平，吕彩霞.道化学火灾、爆炸危险指数法在 1，3 丁二烯聚合安全性评价中的应用[J]．中国安全生产科学技术，2012（5）：96-100.

作者简介：杜峻（1982-10），男，汉族，籍贯：江苏省南京市，当前职务：技术员，当前职称：工程师，学历：本科，研究方向：化工工艺、化工安全

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