HALOPA分析方法在丁二烯抽提装置中的应用.pdf

齐鲁石油化工,2 0 2 3,5 1(2):16 0-16 4安全与环保QILUPETROCHEMICALTECHNOLOGYHALOPA分析方法在丁二烯抽提装置中的应用单保元（中国石化齐鲁分公司橡胶厂，山东淄博2 5 5 438）摘要：以中国石化齐鲁分公司5 6 kt/a丁二烯抽提装置中第一精馏塔系统为示例对象，阐述了“危险与可操作性（H A ZO P)分析+保护层（LOPA)分析+HSE风险矩阵”（HALOPA分析方法）在丁二烯抽提装置安全评价中的应用情况。根据HALOPA分析结果，建议在该第一精馏塔系统中增设塔顶在线氧含量分析仪对系统内氧含量进行监控、安全阀（PSV126）入口增设爆破片及加入阻聚剂TBC,措施采纳后风险降至可接受风险区域（低风险D2）。关键词：危险与可操作性分析；保护层分析；丁二烯；安全评价中图分类号：TQ086.3文中国石化齐鲁分公司5 6 kt/aN,N-二甲基甲酰胺(DMF)法丁二烯抽提装置（简称齐鲁丁二烯抽提装置），采用DMF作为萃取剂,经过两级萃取、两级精馏的工艺方法从裂解碳四中分离制备聚合级的高纯度1,3丁二烯产品。丁二烯化学性质活泼，易发生自聚甚至“暴聚”，固有安全风险高,是重点监管的危险化学品。近年来,国内外曾发生过多起涉及丁二烯的安全生产事故 。HALOPA分析方法基于HAZOP分析与LO-PA分析,并结合HSE风险矩阵,既可以全面排查潜在的安全风险和事故隐患，识别出危险分析偏差的原因、后果以及现有的保护措施，同时对事故后果风险等级进行评定,判断现有保护措施是否充分，在分析评估基础上提出降低风险的措施。该分析方法可以大大提高石化企业对装置工艺风险评价的客观性和准确性 2 。为了预防事故发生,降低事故风险危害程度，实现生产装置安全生产,因此有必要应用HALO-PA分析方法对齐鲁丁二烯抽提装置进行安全风险评价，以期为国内同类丁二烯生产装置安全管理提供有益借鉴。应用HALOPA分析共划分14个节点，分析了各种偏差问题2 2 2 项，识别齐鲁丁二烯抽提装置存在一般风险93项，低风险131项,计算装置风险等级D4，总风险值94，对此提出相关建议措施10 条，采纳并制定落实方案10项。本文选取齐鲁丁二烯抽提装置中丁二烯自聚风险较高的第一精馏塔系统为示例对象，阐述文献标识码：B文章编号：10 0 9-98 5 9(2 0 2 3)0 2-0 16 0-0 5HALOPA分析方法的应用情况。1HALOPA分析方法及原则1.1HAZOP与LOPA分析方法HAZOP分析是一种用于辨识工艺缺陷、工艺过程危险及操作性问题的定性分析方法 3。由不同专业背景组成的专家小组采用“头脑风暴”的形式,识别生产运行过程中工艺状态参数的变动以及操作控制中可能出现的偏差，分析产生变动与偏差的原因以及可能导致的不利后果，以此明确装置生产过程中存在的主要危险、危害因素，并针对变动与偏差的后果提出相应的解决方案与措施 4LOPA分析是由事件树分析发展而来的一种半定量风险分析方法，从风险的角度对潜在的工艺危害进行管理。该方法计算考虑保护层失效情况下出现危险事件的频率，辨识所需要保护层的数量和质量，判定系统所处的风险水平是否达到可容许标准的要求，通过增设适当的保护层将危险事件发生概率降低至可接受区域内。HAZOP分析本身存在一定局限性。由于其是定性分析,无法量化，人为主观因素对风险评估收稿日期：2 0 2 3-0 4-12；修回日期：2 0 2 3-0 4-2 3。作者简介：单保元（197 4一），男，工程师。1996 毕业于青岛化工学院化工工艺专业，现在中国石化齐鲁分公司橡胶厂从安全管理工作。电话：[phone];E-mail：s h a n b a o y u a n.qlsh 。2023,51(2)的结果影响很大,其分析质量依赖于分析小组组长的能力、小组成员的知识、经验及合作程度等 5 。而LOPA分析是在定性分析的基础上,借助风险矩阵以半定量方法评估事故场景发生的可能性及严重程度,分析现有保护措施是否有效，可以弥补HAZOP分析的不足。因此,多数化工企业在实践中，一般先进行HAZOP定性危害分析，对于结果中事故场景复杂、存在重大风险难以进行准确评价时,或者对于安全仪表系统(SIS)的安全完整性等级（SIL）提出评定要求时应用LOPA分析手段,这两种分析是独立的过程。由于LO-事故场景描述造成偏差的原因初始事件产生的不利后果评估后果严重程度现有安全措施独立保护层（IPL）非独立保护层的安全保护措施建议安全措施HAZOP分析图1HALOPA分析方法风险评估流程示意由图1可知：LOPA分析衔接HAZOP分析进行,其输入信息由HAZOP分析的结果提供。把造成偏差的原因和产生的不利后果当作事件链进行事故场景假设,以此为LOPA分析的事故场景。接着由初始事件的发生频率和各个独立保护层（I PL)的失效概率(PFD)计算事故场景的发生频率。最后根据事故场景后果的严重程度以及发生频率的大小,利用HSE风险矩阵评估风险等级，并判断事故场景的风险等级是否处于可接受区域 6 。若风险等级超出接受范围,需提出额外保护建议措施消减风险，直至可接受。1.3主要分析原则（1)严格遵守国家、行业标准以及企业管理制度,针对潜在的风险隐患，依据“最低合理可行（A L A R P）”的原则,采取安全有效的措施进行管单保元.HALOPA分析方法在丁二烯抽提装置中的应用1.2HALOPA分析方法HALOPA分析方法的评估流程如图1所示。首先进行HAZOP分析，识别生产运行过程中工艺状态参数的变动以及操作控制中可能出现的偏差,分析造成偏差的原因、产生的不利后果以及现有的安全保护措施。偏差初始事件发生频率后果风险等级独立保护层（IPL）芙效概率（PFD）点火与人员暴露概率火灾或爆炸？满足条件事故场景的发生频率新增额外保护措施风险能否接受？是香结束评估其他场景？是进行下一个场景评估LOPA分析控。（2）一个事故场景对应单一的初始事件/后果。若同一初始事件导致多个后果时,或由多个初始事件导致同一后果时，在风险评估过程中需假设多个事故场景进行。(3)若事故场景为火灾爆炸时,应考虑点火概率；若事故场景中涉及人员伤亡时,应考虑人员暴露概率。（4)事故场景应需考虑以往事故案例。（5)初始事件的发生频率及保护措施的PFD应依据行业内的统计数据。2HALOPA分析方法的应用选取齐鲁丁二烯抽提装置中第一精馏塔系统节点作为分析示例对象，阐述HALOPA分析方法161PA分析是建立在HAZOP分析基础上的,在评估过程中将二者复合应用，可以确认现有保护措施是否充分、保护层的消减能力、剩余风险是否达到可接受风险区域，避免了风险等级评定中人为主观因素的影响,提高了分析结果的客观性和准确性。HSE风险矩阵HSE风险矩阵风险矩阵齐鲁石油化工162QILU PETROCHEMICAL TECHNOLOGY的应用情况。2.1准备工作HALOPA分析的准备工作包括以下3项：（1)成立HALOPA分析小组，可由以下人员构成：HAZOP组长、设计人员、工艺（设备、仪表、安全)工程师等。(2)准备分析过程所需要的相关图纸、资料，如齐鲁丁二烯装置的工艺管道和仪表流程图（P&I D s）、设计说明、设备一览表以及控制联锁说明等。(3)确定分析过程中的风险标准，包括事件来自水沉降器粗丁二烯循环热溶剂流量调节回路、FIC133循环热溶剂品图2 齐鲁丁二烯抽提装置第一精馏塔系统节点流程示意由图2 可以看出：经水洗后的粗丁二烯进人第一精馏塔,塔顶通过调节冷凝器管程循环水量控制塔压，馏分经冷凝后回流,其中的甲基乙炔放空脱除,水分在回流罐罐底沉降脱除；塔釜由热溶剂DMF为溶剂再沸器提供热源,并根据该塔的回流量和热溶剂温度调节热溶剂量，釜液则在液位和采出量串级调节下由釜液泵输送到第二精馏塔作为进料。2.3HALOPA 分析应用HALOPA软件对第一精馏塔系统节点进行风险评估，具体分析步骤如下：分析参数的选取，包括液位、压力、系统内氧含量等；分析小组成员审查技术文件,对故障、误操作及其他因素2023,51(2)后果严重性分级、发生的可能性等级分级以及HSE风险矩阵等。本次分析参照Q/SH0560一2013H SE风险矩阵标准的要求进行风险等级评估。2.2第一精馏塔节点概况齐鲁丁二烯抽提装置中第一精馏塔用于脱除粗丁烯中轻组分甲基乙炔和水,生产过程存在因丁二烯自聚物堵塞设备管线引起的物料泄露、火灾爆炸安全风险，故而须严格控制温度、压力及氧含量等工艺指标。第一精馏塔系统节点流程如图2所示。塔顶安全阀PSV126放空总管TBC加入压力调节回路PICA113第一精蹈塔塔釜压液位调节回路力指示LICA120PIA116溶剂再沸器液位调节回路LICA119釜液泵可能导致的偏差、偏差原因和后果进行分析；由偏差原因确定初始事件发生的频率，考虑事故场景发生的使能条件及概率,利用HSE风险矩阵评定初始事件的风险等级；识别存在的IPL,并评估其PFD；依据初始事件频率及保护层PFD，计算风险消减后事故发生的频率及频率等级,评定现有保护措施下的风险等级；对于风险处于不可接受区域的，需要进一步增加额外保护措施，并计算消减后事故发生的频率，直至将风险等级控制在可接受范围内。第一精馏塔系统节点的HALOPA分析记录见表1,重点对液位低、压力高及系统内氧含量超标3个偏差部分进行阐述。压力调节回路PICA117一循环水回水冷凝器流量调节回路流量指示循环水上水FICA135FIA134品放空总管TBC加入回流罐污水池流量调节回路FICA150粗丁二烯去第二精馏塔回流泵2023,51(2)详细偏差原因后果使能条件/概率初始风险等级保护措施BPCS控制或联锁关键报警与人员响应SIS物理保护减缓措施其他独立保护层现有风险等级详细偏差原因后果使能条件/概率初始风险等级保护措施BPCS控制或联锁关键报警与人员响应SIS物理保护减缓措施其他独立保护层现有风险等级详细偏差原因后果使能条件/概率初始风险等级保护措施BPCS控制或联锁关键报警与人员响应SIS物理保护减缓措施其他独立保护层现有风险等级建议措施建议措施后风险等级注：、分别代表原因一、二；BPCS为基本过程控制系统。由表1可知：(1)当第一精馏塔液位较低，严重时可能导致釜液泵抽空气蚀，密封损坏，丁二烯泄漏至环境遇点火源发生火灾爆炸（较大风险D6）。现有保护措施包括液位低报或釜液流量高报、机泵单保元.HALOPA分析方法在丁二烯抽提装置中的应用表1第一精馏塔系统节点HALOPA分析记录第一精馏塔液位低原因一：压力调节回路PICA113故障关小；原因二：液位调节回路LICA119故障开大?严重时导致釜液泵抽空气蚀，密封损坏，丁二烯泄漏至环境，遇点火源发生火灾爆炸机泵设有双端面机械密封；现场设有可燃气体检测、视频监控压力调节回路PICA117失效，导致循环阀门关小精馏塔超压，密封点泄漏，丁二烯泄漏至环境，遇点火源发生火灾爆炸点火/0.7塔釜压力指示PIA116/报警塔顶安全阀PSV126可接受风险系统内氧含量超标检修或设备负压造成氧气进入系统塔顶冷凝器或安全阀接管处丁二烯自聚,形成过氧化自聚物，在高温或铁离子存在下发生爆聚放热，管线超压，设备损坏，丁二烯泄漏发生火灾爆炸，人员伤亡馏出线及回流线设有阻聚剂TBC加人流程建议一：塔顶安全阀前增设爆破片及加入TBC；建议二：塔顶增设在线氧含量分析仪可接受风险双端面机械密封、可燃气体检测、视频监控等，将风险控制在可接受风险区域（一般风险D3），因此不需要增加额外保护措施。(2)当第一精馏塔压力高，出现超压情况可能导致密封点泄漏，丁二烯泄漏至环境，遇点火源163.说明0.100DO点火/0.7 0 0D60液位调节回路LICA119/报警0.10签釜液泵出口流量指示/报警?0.100.0100可接受风险D30第一精馏塔压力高说明0.1DD60.10.01D3说明0.1D暴露/0.1D50.1D40.1;0.1D2齐鲁石油化工164QILUPETROCHEMICALTECHNOLOGY发生火灾爆炸（较大风险D6）。现有保护措施包括塔釜压力高报及安全阀设置等，将风险控制在可接受风险区域（一般风险D3），因此不需要增加额外保护措施。(3)当第一精馏塔系统内氧含量超标时,塔顶冷凝器或安全阀接管处可能出现丁二烯自聚，形成过氧化自聚物，在高温或铁离子存在下发生爆聚放热，管线超压,设备损坏，丁二烯泄漏发生火灾爆炸，并造成人员伤亡（较大风险D5）。现有保护措施设置了馏出线及回流线处阻聚剂TBC加入流程,风险等级消减（一般风险D4）。本着ALARP原则,建议增加额外保护措施：增设在线氧含量分析仪对系统内氧含量进行监控、安全阀入口增设爆破片及加人阻聚剂TBC,措施采纳后风险降至可接受风险区域（低风险D2）。3结语（1)以齐鲁丁二烯抽提装置中第一精馏塔系统为示例对象,阐述了HALOPA分析方法在丁二烯抽提装置安全评价中的应用情况。按照HALOPA分析步骤,识别出了第一精馏塔系统的主要偏差包括第一精馏塔的液位低、压力高以及系统内氧含量超标。本着ALARP原则,建议增设在线氧含量分析仪对系统内氧含量进行监控,且塔顶安全阀前增设爆破片及加入阻聚剂TBC。额外保护措施实施后,齐鲁丁二烯抽提装置中第一APPLICATION OF HALOPA ANALYSIS METHOD INBUTADIENE EXTRACTION UNITShan Baoyuan(Rubber Factory of Qilu Branch Co.,SINOPEC,Zibo Shandong 255438)Abstract:Taking the first distillation tower system in the 56 kt/a DMF method butadieneextraction unit of SINOPEC Qilu Branch Company as an example,application of the Hazardand Operability(HAZOP)analysis+Protective Layer(LOPA)analysis+HSE Risk Matrix(HALOPA analysis method)in the safety evaluation of butadiene extraction units was elabora-ted.According to the analysis results of HALOPA,it was recommended to add an online oxygencontent analyzer(GAR101)at top of the first distillation tower system to monitor the oxygencontent of the system,add rupture discs at inlet of the safety valve(PSV126),and add poly-merization inhibitor TBC.After the measures were taken,the risk was reduced to an acceptablerisk area(low risk D2).Key words:hazard and operability analysis;protection layer analysis;butadiene;safety e-valuation2023,51(2)精馏塔系统的风险等级由一般风险D4降至可接受风险区域（低风险D2）。H A ZO P分析小组在会议结束后将提出的建议措施提交给车间管理人员，由其负责对所有的建议措施进行响应，制定下一步行动计划,并保证所有建议落实。(2)HALOPA分析方法能够有效地对风险进行定性和半定量评价，为管理者的安全决策提供更直观、清晰及可靠的信息，提高了分析结果的客观性和准确性，有助于化工企业开展安全管理和事故预防工作，保障装置生产安全。参考文献1元振杰丁二烯安全风险管控措施EB/OL.（2 0 2 3-03-10)2023-03-22.https:/ 0 17，47（11）：6 4-6 4.3 Trevor A.Kletz.Hazoppast and futureJ.ReliabilityEngineering&System Safety,1997,55(3):263-266.4中国石油化工股份有限公司青岛安全工程研究院。HAZOP分析指南M北京：中国石化出版社，2008:120-125.5官书林，HAZOP与LOPA联合分析在聚丙烯装置上的应用 J安全、健康和环境，2 0 17，17（2）：4143.6许晶,王晓玮,李龙HAZOP+LOPA方法再看BP爆炸事故 J安全、健康和环境,2 0 17,17(2）：12-16.