神华30万吨年乙二醇项目安全预评价报告.doc

安全预评价报告

安全预评价报告

设计单位：榆林学院化学与化工学院
设计团队：五动请醇
成员姓名：张超 王绒绒 屈甜甜 周航宇 张 阔
指导老师：白妮 郝华睿 亢玉红 刘玲娜 范晓勇

2015年 7月

目录
1. 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 HAZOP分析的发展状况 1
1.3 HAZOP分析的意义 2
1.4 HAZOP分析的优点 2
2 HAZOP分析的方法 3
2.1 方法简介 3
2.2 分析准备 6
2.3 HAZOP分析 6
3 精制工段HAZOP分析 9
3.1 节点划分 9
3.2 乙二醇精馏塔（T0402）HAZOP分析表 10
3.3塔顶冷凝液回流管线HAZOP分析表 12
4 总结 15

《神华30万吨/年乙二醇项目》 初步设计说明

1. 绪论
1.1 引言
化工生产过程涉及大量易燃易爆、有毒有害物质，一旦物质的正常运行状态遭到破坏，便会发生火灾、爆炸或泄漏等事故，造成严重的生命财产损失和环境污染。为防止化工生产过程危险事故的发生和蔓延，需要对化工生产过程进行提前预防。
2010～2012年中国先后发生了：辽宁省“7·16”输油管道爆炸、江苏省“7·28”丙烯管道爆炸，甘肃省“2·16”硫化氢中毒等重大事故，使人民生命财产损失惨重。
过程工业生产条件复杂、不易控制等都是造成事故的原因。虽然事故是不可能完全避免的，但是可以通过加强安全管理等有效手段来防止事故发生，同时采用科学有效的危险性评价分析方法更是必不可少的措施之一，它可以使人们对整个生产、制造、储存系统的危险性有一个明确的认识，有针对性的进行管理、检查并消除安全隐患，制定严格的操作规程并加强员工的安全保护措施，继而有效的减少事故发生。
危险及可操作性（HAZOP）分析是以系统工程为基础的一种可用于定性分析或定量评价的危险性评价方法，从生产系统中的工艺状态参数出发，应用系统的审查方法审查已有的生产工艺总图，通过分析生产运行过程中工艺状态参数的变动，操作控制中可能出现的偏差，以及这些变动与偏差对系统的影响，找出其原因，明确生产过程中存在的主要危险，并针对变动与偏差的后果提出应采取的措施。HAZOP分析是由有经验的跨专业的专家小组对装置的设计和操作提出相关问题，共同讨论解决问题的方法。HAZOP分析以其分析全面、系统、细致等突出优势被公认为目前最可靠的危险分析方法之一，适用于设计阶段和现有生产装置的评价。
1.2 HAZOP分析的发展状况
在我国，HAZOP分析应用起步较晚，最近几年才有单位开始应用这种方法，并且应用范围主要集中在有外资参与的大型设施建设中。近几年来，由危险性设施导致的重大事故在我国时有发生，HAZOP分析方法的知识普及程度和实际应用程度都在快速的提高。目前国内应用HAZOP分析方法作进行风险分析的单位主要有：中国石化工程建设公司、中石化洛阳工程公司、中石油华东勘查设计研究院等。
HAZOP分析从提出至今已经有近40年的历史，根据其发展的特点，可以将其分为三个阶段：人工HAZOP分析阶段、逻辑化计算机辅助HAZOP阶段和智能化计算机辅助HAZOP阶段。
1.3 HAZOP分析的意义
在国内化工类专业的高等教育中，除专门的安全工程专业外，其他专业对工艺安全教育的课程严重缺失，导致培养的工程师对HAZOP分析知识匮乏，不适应世界经济一体化对高素质人才的要求，同时对于即将工作的毕业生来说，这一方面知识的缺乏将会给他们在设计院等单位的工作带来很多的被动性，所以HAZOP分析方法的学习与应用会使他们对于化工安全有一个全面的认识，同时对于工作也是大有裨益的。
1.4 HAZOP分析的优点
HAZOP分析不是唯一的风险评估方法，它之所以能被广泛使用，是因为它具有一系列的优点：
（1）能对工艺设计进行全面系统的分析研究和审查，分析审查的质量取决于审查小组的人员组成和素质，组长的能力和工艺安全文件的精确性；
（2）能对生产操作人员的操作错误及由此而产生的后果进行分析研究，对那些由于人为的操作错误导致的严重后果进行某些预测，并针对性的提出措施，以确保装备的生产安全；
（3）针对工艺设计中的潜在危险进行分析研究，HAZOP可以有效的发现这种潜在的危险，甚至更微小隐蔽又可导致从来没有发生过的事故隐患，并采取措施消除；
（4）通过HAZOP的分析审查，排除了工艺装置在设计和操作中可能发生的突然停车、设备破坏、产品不合格及爆炸、着火中毒等恶性事故，从而提高装置的生产效率和经济效益；
（5）通过HAZOP的分析研究，可以使设计和操作人员更加全面深入的了解装置的性能，既完善了设计，保证了装置的生产安全，又能充实了生产操作规程，提高操作人员的培训质量。

2
2 HAZOP分析的方法
2.1 方法简介
2.1.1 HAZOP 术语
要真正掌握HAZOP分析技术，首先对HAZOP技术中用到的术语有准确的理解，HAZOP分析中常用术语定义如下：
（1）分析节点：指具有确定边界的设备（如两容器之间的管线）单元，对单元内工艺参数的偏差进行分析；
（2）操作步骤：间隙过程的不连续动作，或者是由HAZOP分析组分析的操作步骤；可能是手动、自动或计算机自动控制的操作，问隙过程每一步使用的偏差可能与连续过程不同；
（3）引导词：用于定性或定量设计工艺指标的简单词语，引导识别工艺过程的危险；
（4）工艺参数：与过程有关的物理和化学特性，包括概念性的项目如反应、混合、浓度、pH值及具体项目如温度、压力、相数及流量等；
（5）工艺指标：确定装置如何按照希望的操作而不发生偏差，即工艺过程的正常操作条件；
（6）偏差：分析组使用引导词系统地对每个分析节点的工艺参数（如流量、压力等）进行分析发现的系列偏离工艺指标的情况，偏差的形式通常是“引导词+工艺参数”；
（7）原因：指发生偏差的原因。一旦找到发生偏差的原因，就意味着找到了对付偏差的方法和手段，这些原因可能是设备故障、人为失误、不可预料的工艺状态（如组成改变）、外界干扰（如电源故障）等；
（8）后果：指偏差所造成的结果，后果分析时假定发生偏差时已有安全保护系统失效，不考虑那些细小的与安全无关的后果；
（9）安全措施：指设计的工程系统或调节控制系统，用以避免或减轻偏差发生时所造成的后果（如报警、连锁、操作规程等）；
（10）补充措施：修改设计、操作规程，或者进一步进行分析研究（如增加压力报警、改变操作步骤的顺序）的建议。
2.1.2 HAZOP 节点划分
HAZOP分析在间歇操作过程中的节点为操作步骤（间歇过程的不连续动作），而在连续操作过程中为工艺单元（具有确定边界的设备单元）。
为了逻辑地、有效地分析进行HAZOP分析，首先要将工艺图或操作程序划分为分析节点或操作步骤。对于连续工艺过程，分析节点划分的基本原则为：划分节点无所谓“对”和“错”，一般按照工艺流程的自然顺序，从进入的PID管线开始，继续直至设计意图的改变，或继续直至工艺条件的改变，或继续直至下一个设备。上述状况的改变作为一个节点的结束，另一个节点的开始。在选择分析节点以后，分析组组长应确认该分析节点的关键参数，并确保小组中的每一个成员都知道设计意图。常见节点类型如表1所示：
表1 常见节点类型
序号
节点类型
序号
节点类型
1
管线
9
换热器
2
泵
10
软管
3
间歇反应器
11
步骤
4
连续反应器
12
炉子
4
槽/罐/容器
13
公用工程
6
塔
14
其他
7
压缩机
15
作业详细介绍
8
鼓风机

2.1.3 偏差确定方法
HAZOP 分析中确定偏差的最常用方法是引导词法，即将引导词作用于工艺参数确定出有实际意义的偏差。用引导词确定偏差的方法可以确保HAZOP 分析的统一性，同时能够将要分析的问题系统化，应用一套完整的引导词，可以导出所有可能的偏差，而不致被遗漏。
（1）通用引导词如表2所示：
表2 通用引导词及意义见表
引导词
含意
说明
No（空白）
对设计意图的否定
设计或操作要求的指标或事件完全不发生
Less（减量）
数量减少
同标准值比较，数值偏小
More（过量）
数量增加
同标准值比较，数值偏大
Part 0f（部分
质的减少
只完成即定功能的一部分
As Well As（伴随）
质的增加
在完成即定功能的同时，伴随多余事件发生
Reverse（相逆）
设计意图的逻辑反面
出现和设计要求完全相反的事或物
Other Than（异常）
完全代替
出现和设计要求不相同的事或物
（2）常用的工艺参数
流量、温度、时间、pH值、频率、电压、混合、分离、压力、液位、组成、速度、黏度、信号、添加剂等。
（3）偏差的构成
偏差是指一个工艺里，工艺参数偏离正常值的波动范围，一般表示为：引导词+工艺参数=偏差。工艺参数分为两类，一类是概念性的参数（如反应、转化）；另一类是具体（专业）参数（如温度、压力）。
用引导词来描述要分析的问题可以确保HAZ0P方法的统一性，同时能够将要分析的问题系统化，应用一套完整的引导词，可以导出每个具有实际意义的偏差，而不致被遗漏。
2.1.4 偏差分析
确定了每个分析节点的偏差后，就要对每个偏差进行分析。分析的内容包括原因、后果、保护措施、建议措施。
（1）原因：指引起偏差发生的原因，这是偏差分析的重点，一旦找到发生偏差的原因，就意味着找到了对付偏差的方法和手段，这些原因可能是设备故障、人为失误、不可预见的工艺状态（如组成改变）或来自外部的破坏（如电源故障）等。
（2）后果：指偏差造成的后果，分析中假定发生偏差时已有保护措施失效，造成的后果（事故），这里不考虑那些细小的、与安全无关的后果。
（3）保护措施：指已有的设计的工程系统或调节控制系统，用以避免或减轻偏差发生时所造成的后果，如报警、连锁等。
（4）建议措施：指修改设计、操作规程，或者进一步进行分析研究（如增加压力报警、改变操作步骤的顺序）的建议等，用以最大限度减少事故发生。
2.2 分析准备
HAZOP分析需要将工艺图或操作规程划分为分析节点或操作步骤，然后用引导词找出过程中的危险，识别出那些具有潜在危险的偏差，并对偏差原因、后果及控制措施等进行研究分析。
HAZOP分析涉及过程的各个方面，包括工艺、设备、仪表、控制、环境等，由于HAZOP分析人员的知识的局限性，总会与HAZOP分析方法的要求有差距，因此，对某些具体问题可听取专家的意见，必要时对某些部分的分析可延期进行，在获得更多的资料后再进行分析。
为了更加有效准确地进行HAZOP分析，准备工作包括以下内容：
（1）确定分析目的、对象和范围；
（2）选择分析小组；
（3）获得必要的资料；
（4）将资料变成适当的表格并拟定分析顺序；
（5）安排会议
（6）HAZOP分析培训
2.3 HAZOP分析
准备工作做好之后，小组分析工作即可开始，以下内容是小组会议中进行的工作。其中重要操作步骤如下:
2.3.1 划分节点
根据节点的划分原则，在划分节点时应注意以下因素：
（1）单元的目的与功能；
（2）单元的物料（体积或质量）；
（3）合理的隔离／切断点；
（4）划分方法的一致性。
2.3.2 解释工艺指标或操作步骤
在选择分析节点以后，分析组组长应确认该分析节点的关键参数，如设备的设计能力、温度和压力、结构规格等，并确保小组中的每一个成员都知道设计意图。如果有可能最好由工艺专家做一次讲解与解释。
2.3.3 确定有意义的偏差
选取一个节点的一个工艺参数有引导词进行结构化，确定有实际意义的偏差，如前所述，采用对每一个工艺参数顺序使用引导词，这样可以导出所有偏差，而不致被遗漏。
2.3.4 对偏差进行分析
分析组按确定的程序对每个节点或操作步骤的偏差进行分析。分析得到一系列的结果：偏差的原因、后果、保护装置、建议措施等。
2.3.5 小结
HAZOP分析流程图的意义：
（1）一次选择一个节点进行分析；
（2）选择该节点的一个工艺参数；
（3）使用引导词建立有意义的偏差；
（4）分析偏差后果、列出可能的原因、提出措施。
根据以上步骤先选择一个节点进行，选择一个工艺参数，选择一个引导词，向下进行，完成循环后，再选择另一个引导词，重复第（3）、（4）条，直到所有引导词循环完之后，再进入该节点的下一工艺参数，即进入（2），继续向下循环。当该节点中的工艺参数均分析完之后，再进入下一个节点如上重复进行。如此一直分析下去，直到所有节点都进行了分析。

14
3 精制工段HAZOP分析
3.1 节点划分
选择PID图纸，该图纸的节点设置如图1所示：

节点6
节点2
节点7
节点5
节点3
节点4
节点1

图1 图纸节点划分
节点1：乙二醇精馏塔（T0204）；
节点2：乙二醇精馏塔进料管线；
节点3：塔顶冷凝器（E0211）；
节点4：回流罐（V0204）；
节点5：塔顶冷凝液回流管线；
节点6：乙二醇采出管线；
节点7：塔底再沸器（E0210）；
在本设计中选取节点1和节点5说明详细分析过程。
3.2 乙二醇精馏塔（T0401）HAZOP分析表

节点1：乙二醇精馏塔（T0204）
,
图2 精制工段节点1控制方案
设计意图：将混合液中的乙二醇精馏出来；
工艺指标：操作温度110℃，操作压力0.1Mpa，塔顶乙二醇纯度达到99.9%以上。

表3 乙二醇精馏塔（T0401）HAZOP分析表
序号
工艺工况
工艺状态
原因
可能后果
保护措施
建议措施
1

塔釜液位
高
1.进料流量高；
2.塔底采出液流量控制阀事故关闭；
3.塔底液位检测器给出错误信号，使流量控制阀开启太小；
1.损坏塔构件；
2.液泛；
3.塔低温度低；
4.塔底回流循环量大；
5.形成憋压；
1.塔底液位指示器；
1.塔底高液位指示报警装置；
2.检查各仪表有效性；
低
1.进料流量低；
2.再沸器温度太高；
3.塔底采出液流量控制阀事故全开；
4.塔底液位检测器给出错误信号，使流量控制阀开启太大；
1.塔低温度高；
1.塔底液位指示器；
1.塔底低液位指示报警装置；
2.检查各仪表有效性；

塔体温度
高
1.塔进料减小；
2.流经再沸器速度太快；
3.再沸器温度太高；
4.进料液温度太高；
5.塔顶冷凝器失效；
6.塔底液面太低；
1.塔压高；
2.塔分离效果下降，产品质量不合格；
3.塔的操作负荷加大；
4.再沸器、冷凝器消耗量加大；
1.塔釜回流蒸汽管线上加温度指示装置；
2.塔釜回流蒸汽管线加定压安全阀；
3.塔顶蒸汽管线上加定压安全阀；
1.回流管线安装流量监测仪；
2.高温指示报警装置；
3.检查各仪表有效性；
低
1.塔釜回流过量；
2.进料轻组分闪蒸；
3.进料热量较于过冷状态；
4.流经再沸器速度太慢；
5.再沸器温度太低；
6.温度变送器给出错误信号，是再沸器蒸汽入口阀门处于小开度；
1.塔顶压力减小；
2.塔分离效果下降，产品质量不合格；
3.塔顶回流量减小；
1.进料管线安装温度指示仪表；
2.塔顶回流蒸汽管线上安装流量指示装置；
3.塔釜回流蒸汽管线温度指示仪表；

1.回流管线安装流量监测仪；
2.检查各仪表有效性；
3.低温指示报警装置；

2

塔体压力
高
1.进料轻组分闪蒸；
2.进料物流压力高；
3.塔盘堵塞；
4.塔液位升高；
5.塔温度升高；
6.塔顶采出管线堵塞；
7.塔顶采出量减小；
1.导致塔渗液或漏液甚至爆炸；
2.塔顶冷凝器热负荷大；
3.塔的操作负荷增大；
1.压力指示仪表；
2.进料管线安装压力指示仪表；
3.塔顶回流蒸汽管线上安装流量指示装置；
1.安装安全泄压阀；
2.安装高压指示报警装置；

低
1.塔温度低；
2.塔顶冷凝器冷却剂用量过大；
3.进料流量较小；
4.进料温度过冷；
5.塔釜采出量过大；
6.安全泄压阀事故打开；
1.重组分被带到塔顶，塔顶产品质量不合格；
2.气相负荷变大导致物沫夹带；
3.塔处理量下降；
1.压力指示仪表；
2.塔釜回流蒸汽管线流量指示仪表；
3.塔顶加冷凝气管线安装流量指示仪表；
4.进料管线安装温度检测仪表；
5.塔釜采出液管线安装流量指示仪表；
1.减小冷凝器冷剂用量；
2.减少塔顶采出量；
3.减少釜采出量；
4.增大再沸器蒸汽流量；

3

灵敏板温度
高
1.进料热量较多；
2.塔釜上升蒸汽量增多；
3.温度变送器给出错误信号，使再沸器蒸汽入口阀门开度较大；
4.蒸汽温度控制阀故障时处于开启状态；
1.塔顶压力升高；
2.塔的操作负荷加大；
3.再沸器、冷凝器消耗量加大；
4.产品质量不合格；
1.塔釜回流蒸汽管线上加温度指示装置；
2.塔釜回流蒸汽管线加定压安全阀；
3.塔顶蒸汽管线上加定压安全阀；
1.检查各仪表有效性；
低
1.进料热量较于过冷状态；
2.塔釜上升汽量减少；
3.温度变送器给出错误信号，是再沸器蒸汽入口阀门处于小开度；
4.蒸汽温度控制阀故障时处于小开度状态状态；
1.塔顶压力减小；
2.产品质量不合格；
1.塔釜回流蒸汽管线上加温度指示装置；
1.检查各仪表有效性；
3.3塔顶冷凝液回流管线HAZOP分析表
节点5：塔顶冷凝液回流管线

图3 精制工段节点5控制方案
设计意图：输送回流液，保证回流比；
工艺指标：回流温度50.5℃，回流压力0.04Mpa，质量流量169723.83kg/h。

表4 塔顶冷凝液回流管线HAZOP 分析表
序号
工艺工况
工艺状态
原因
后果
安全措施
建议措施
1

回流循环量
高
1.回流比控制器发出错误信号，使流量控制阀开启过大；
2.回流控制阀事故全开；
1.回流罐液位降低；
2.塔顶压力降低
3.塔内下降液体流量加大；
1.回流量加流量检测与控制装置；
2.回流罐安装液位指示装置；
1.回流罐加低液位报警；
低
1.回流变送器给出错误信号，使流量控制阀关闭过小；
2.回流控制阀停留在低流量位置；
1.回流罐液位升高；
2.产品纯度可能达不到要求；
3.塔内压力升高；
1.回流量加流量检测与控制装置；
2.回流罐安装液位指示装置；
1.回流罐加高液位报警；
无
1.回流泵停止工作；
2.回流变送器给出错误信号，致流量控制阀关闭；
3.回流调节阀事故时在关闭位置；
1.塔顶压力急剧升高；
2.塔内气相流量无法部分冷凝，产品质量达不到要求；
3.回流罐液位升高；
1.回流泵采用备用泵；
2.回流量加流量检测与控制装置；
1.回流罐加高液位指示报警装置；
2

回流压力
高
1.回流泵堵塞；
2.回流罐游压力高；
3.原料温度高；
4.回流控制阀故障在闭的位置；
5.回流流量变送器故障给出错误信号，导致流量调节阀关闭；
1.通过泄压阀泄漏；
2.管线渗液或漏液（超出管子压力等级）；
3.没有液体回流，产品纯度不足；

1.压力指示器；
2.采用备用泵；

1.高压报警装置；
2.加回流低流量控制；
3.对回流罐加高液位控制；
3

失去密封
1.腐蚀；
2.外部火灾；
3.外部撞击；
4.垫圈或密封圈失效；
5.谁水的连续冲击；
6.不恰当的维护；
7.材料缺陷；
8.控制阀处泄漏；
9.设备堵塞物热膨胀；
10.排污阀泄漏；
11.高压；
1.泄漏；
1.远距离或人工操作隔离管线的能力；
2.止逆阀；
3.腐蚀探测器；
4.释放阀；
5.防爆膜；
1.无损检测；
2.按要求操作；

4 总结
HAZOP分析能全面的识别流程中的危险和改善操作，减少管理的盲点，有效的提升工作流程的效率和生产力。HAZOP分析集中分析异常的操作情况和以前未发生过的事，是对设计的重要补充。有文献数据显示，进行HAZOP分析并采纳相关建议后，运行时出现的问题至少减少一个数量级。尽管目前主要发达国家已经立法强制其在工程建设项目推广应用，但是该方法在我国却没有得到大范围的应用。HAZOP分析相当于将设计阶段的设计审查和工厂操作的事故预案结合起来进行更加系统，更加全面的分析考虑，并将这一考虑在项目开始阶段就融入到装置设计中去，保证将一个安全合格的装置移交给业主。随着国外技术和国际工程公司的大量介入，以及国内业主和工程公司在理念上和程序上与国际先进水平的接轨，HAZOP研究会在越来越多的工程设计中得到应用。