HAZOP危险与可操行分析方法在溶解乙炔装置的应用.pdf

第 52 卷第 9 期 辽 宁 化 工 Vol.52，No.9 2023 年 9 月 Liaoning Chemical Industry September，2023 收稿日期收稿日期：2022-02-09 作者简介作者简介：李道彬（1970-），男，助理工程师，重庆市铜粱区人，1992 年毕业于大同煤炭工业学校煤化工专业，研究方向：化工生产、技术、设计工作。通信作者通信作者：聂春连（1995-），女，助理工程师，研究方向：化工生产、安全、设计工作。HAZOP 危险与可操行分析方法 在溶解乙炔装置的应用 李道彬1，聂春连2*（1.黑龙江龙维化工工程设计有限公司云南分公司，云南 昆明 650000；2.昆明兰德设计有限公司，云南 昆明 650000）摘 要：HAZOP 是系统化的风险识别工具，通常使用引导词分析法和经验分析法。针对溶解乙炔装置的分析，主要采取引导词分析法识别溶解乙炔装置生产过程中及 PLC 自动控制系统潜在的风险，并提出相应的建议，完善溶解乙炔装置的自动化控制系统，提高装置的整体安全可靠性。关 键 词：发生器；气柜；HAZOP；安全；PLC；充装 中图分类号：TQ086.5+2 文献标识码：A 文章编号：1004-0935（2023）09-1334-03 HAZOP 系统地分析复杂化工厂的工艺过程和操作，以确定和评估由于错误操作、错误执行或偏离设计目的而引起的潜在危险和后果，以便将这些危险排除或进行有效控制。研究结果显示，HAZOP 对于确定危险和识别设计、操作对规范的偏离（如设计规范、标准、规程等）是非常有效的。同时，也可以利用 HAZOP 找出那些可能引发事故的隐患并对其进行评估。HAZOP 方法只提供定性的文字描述（信息或重点），在必要的情况下，可做进一步的定量风险分析。经验显示，HAZOP 分析可以识别风险，同时也有助于使装置有足够措施避免事故的发生。HAZOP 分析虽然不是全能的，但在改善工艺安全方面还是一个非常有效的工具。1 溶解乙炔生产工艺简介 合格电石（粒度为 880 mm），定量装入电石桶，经防爆电动葫芦提升至乙炔发生器顶部，与发生器密闭加料罐密封连接。置换空气合格后，关闭氮气和放空阀。自动加料至乙炔发生器，通过向乙炔发生器自动补水，使发生器内温度维持在 6080，并保持液面在一定高度，发生器内的压力保持在（57 kPa）。所产生的电石渣浆依靠发生器内压力，上部排渣管持续地自由排放到渣池，底部排渣管自动定时排放到渣池，在渣池沉降后的电石渣经压滤机压滤后，集中存储于干渣堆场，压滤出的液体回到澄清池，用泵将上层澄清水送到高位清水箱，供发生器循环使用。产生的乙炔气经正逆水封器进入气柜。由气柜出来的气体进入次氯酸钠净化塔，除去乙炔气中的硫化氢、磷化氢等杂质后，再进入中和塔经氢氧化钠除去所夹带的酸雾，净化后的乙炔气进入冷却除尘器干燥后进入压缩和充装工序。由净化工序来的乙炔气，纯度达到 98%，经安全器后进入乙炔压缩机，经压缩，加压到 2.45 MPa，进入油水分离器靠离心力和重力，将油污从乙炔气体中分离出来，最后经分子筛高压干燥器进一步除去油污、水份后，乙炔气的浓度达到 99%，露点-22。乙炔气经背压阀、高压乙炔阻火器后，进入乙炔汇流排充入乙炔瓶，气瓶充装温度不得超过 40。2 HAZOP 分析过程及结果 2.1 准备工作 1）成立分析小组，HAZOP 分析通常采取现场讨论会的形式，对工艺过程中的风险和可操作性等问题展开头脑风暴式讨论，HAZOP 分析小组成员通常来自企业、分析单位、设计方，有时也有设备供应商等。小组成员一般包括：HAZOP 主席、工艺工程师、仪表工程师、安全工程师、设备工程师、操作专家等。2）确认风险矩阵 风险等级是由后果严重程度和后果发生的可能性共同决定的1，风险等级说明：D：不需采取行动（低风险）；C：可选择性的采取行动（中风险）；B：选择合适的时机采取行动（高风险）；A：立即采取行动（很高风险）。表 1 为风险矩阵。第 52 卷第 9 期 李道彬，等：HAZOP 危险与可操行分析方法在溶解乙炔装置的应用 1335 表 1 风险矩阵 频率等级 P（次年）后果严重程度 S5 S4 S3 S2 S1 10-610-7 D D D D D 10-510-6 C D D D D 10-410-5 C C D D D 10-310-4 B C C D D 10-210-3 B B C C D 10-110-2 A B C C C 110-1 A A B C C 后果严重程度主要从人员伤亡，财产损失，社会声誉，环境影响四个方面进行评估。对某一偏离可能会造成的后果从上述四个方面进行判定，最终的后果严重程度取最高值进入最终的后果等级计算。表 2 为风险矩阵严重性说明。事故频率为初始事件也称初始原因发生的概率，表 3 为事故频率等级说明。表 2 风险矩阵严重性说明 等级 严重程度 分类 人员 P 财产 F 环境 E 社会声誉 A S1 低后果 医疗处理，不需住院；短时间身体不适 损失低于 5 万元，没有产品损失 事件不会带来工作场所和环境的危害 企业内部关注，形象没有受损 S2 较低后果 轻伤，工作受限 损失低于 50 万元，没有产品损失 事件不会受到管理部门的通报或违反允许条件 社区、邻居、合作伙伴影响 S3 中后果 严重伤害；职业相关疾病 损失低 100 万元或有小量的产品损失 释放事件受到管理部门的通报或违反允许条件 本地区内影响；政府管 制 S4 高后果 12 人死亡或丧失劳动能力；39 人重伤 损失大于 100 万元或损失部分产品 重大泄漏，给工作场所外带来严重影响 国内影响；政府管制，媒体关注负面后果 S6 很高后果 3 人以上死亡；10 人以上重伤 损失大于 500 万元或产品严重损失 重大泄漏，给工作场所外带来严重的环境影响，且会导致直接或潜在的健康危害 国际影响 表 3 事故频率等级说明 频率等级 每年发生次数（a）定义描述 备注 L1 1.010-61.010-7 事件发生的可能性极小 极不可能的 L2 1.010-51.010-6 类似的事件还没有在行业中发生 很稀少的 L3 1.010-41.010-5 在行业的某些地方发生过类似事件 稀少的 L4 1.010-31.010-4 在集团的某些地方发生过类似事件 也许的 L5 1.010-21.010-3 类似事件已经发生过 可能的 L6 1.010-11.010-2 可能在设施使用寿命中发生一次到两次 非常可能的 L7 1.01.010-1 可能在设施使用寿命中发生多次 经常的 2.2 节点划分 本次分析针对溶解乙炔生产装置的生产特点，经过分析小组讨论确定分别为 2 个节点。节点 1：乙炔发生、净化；节点 2：乙炔压缩充装。2.3 HAZOP 分析结果及措施 本文主要以节点 1（乙炔发生、净化）进行分析论证，分析结果及措施见表 4。3 结束语 通过分析，分析小组提出了进一步提高系统安全水平及可操作性的建议措施，需要进一步改进、提高。在原有 PLC 自动控制系统的基础上对风险相对较高的发生器、压缩、气柜系统等风险点进行保护层分析，通过保护层分析，识别出保护措施不足的风险及重要关注点，大大减少人为失误的可能性，提高 PLC 自控系统的安全完整性等级，增加装置的整体安全性。HAZOP 分析提出的建议措施得到落实、实施后，装置的本质安全水平及可操作性会得到进一步的提高。1336 辽 宁 化 工 2023年9月 表 4 HAZOP 分析记录表 序号 引导词 及偏离 原因 后果 初始风险 已有保护措施 剩余 风险 建议 措施 1 发 生 器 内温度偏高 1.发生器内电石与水比例不平衡；2.自动排渣阀故障。发生器内温度升高，压力升高，乙炔泄漏，遇点火源发生火灾。C 1.补水泵一用一备；2.发生器设置温度高高联锁打开一次水补水阀，联锁停电石振动给料器；3.附近设可燃气体探测器；4.发生器温度自动调节工艺水调节阀；5.发生器压力高高联锁打开发生器的放空阀。D 2 发 生 器 内压力偏高 发生器内电石与水比例不平衡。压力升高，乙炔泄漏，遇点火源发生火灾，引起人员受伤。C 1.发生器设有压力高高联锁打开发生器的放空阀；2.发生器上设有爆破片；3.发生器与副发生器连通并设置有溢流管，发生器压力高时刻通过溢流管进行压力泄放。D 3 发 生 器 内压力偏低 电石振动给料器故障，给料量过小或无料。发生器形成负压，空气从发生器溢流口进入，可能发生爆炸。B 1.发生器压力设置有双压力测点，低低联锁打开发生器的补氮气阀；2.发生器溢流口有水封装置。C 进行SIL定级 4 发 生 器 内液位偏高 电石振动给料器给料量过大；液位过高发生器乙炔气体出口形成气阻，导致发生器内压力过高。C 1.发生器设置压力过高联锁打开发生器的放空阀；2.发生器上设有爆破片；3.发生器与副发生器连通并设置有溢流管，发生器压力高时刻通过溢流管进行压力泄放。D 5 发 生 器 内液位无 自动排渣阀未正常关闭，持续排渣，发生器排空。发生器内无液位溢流口水封失效进入空气使发生器内形成爆炸环境导致火灾爆炸。B 1.发生器设有双液位计，发生器液位任意一个过低联锁打开一次水补水阀；2.高位水箱设有液位低低联锁打开使用一次水进行补水；3.发生器设置有爆破片；4.发生器压力任意一个低低联锁打开发生器的补氮气阀。C 进行SIL定级 6 气 柜 物 位偏高 1.发生器产气量大于充装量；2.压缩机故障；3.气柜后续设备、管道堵塞。气柜上升到高限，气柜钟罩变形损坏，导致乙炔泄漏，遇明火发生火灾。C 1.气柜设有二级泄压装置，当气柜内压力过高时，气柜上浮到一定位置后放空管末端高于气柜内水面气柜内乙炔通过放空管放空到高处；2.设可燃气体探测器和视频监控，视频监控可监控到气柜物位变动；3.气柜设有联锁物位行程开关，气柜物位高高联锁关闭震荡给料器；D 7 气 柜 物 位偏低 发生器产气量小于充装量。气柜抽瘪变形 C 1.气柜设有物位行程开关，当气柜内物位达到低限时联锁打开震荡给料器增加乙炔气量，达到低低限时联锁关闭压缩机；2.视频监控可监控到气柜物位变动。D 9 乙 炔 压 缩机 出 口 压力偏高 操作失误，充气瓶数量过少，充装时间长。乙炔压缩机能耗上升，可能损坏后续管线和缓冲容器、充装设备超压破裂造成的物理爆炸。C 1.压缩机机组自带就地 PLC 控制系统，系统内设置有末级压力大于 2.6MPa 自动停机保护；2.压缩机后总管、充装前总管设置安全阀；3.充装总管设置压力高报警及高高联锁关停乙炔压缩机。D 10 充 装 乙 炔钢 瓶 温 度偏高 1.气瓶内丙酮数量不足；2.乙炔流速快。温度高引起超压导致气瓶泄露，导致火灾。C 1.热成像摄像头检测到乙炔钢瓶温度高限联锁打开冷却喷淋阀；2.充装间可燃气体检测器高高联锁打开消防喷淋阀。D 参考文献：1 武娟娟湿法乙炔生产装置的 HAZOP 分析J可研与生产,2022（4）：7-9.2郭晟运用 HAZOP 分析法评估干法乙炔装置的安全风险J.安全与环保，2015（1）：42-45 Application of HAZOP Hazard and Feasibility Analysis Method in Acetylene Dissolution Unit LI Dao-bin 1,NIE Chun-lian2（1.Heilongjiang Longwei Chemical Industry Engineering Design Co.,Ltd.Yunnan Branch,Kunming Yunnan 650000,China;2.Kunming Lande Design Co.,Ltd.,Kunming Yunnan 650000,China）Abstract:The HAZOP is a tool of identifying systematic risk,which uses leading word analysis and empirical analysis.In this paper,according to the analysis of dissolving acetylene device,the guide word analysis method was mainly adopted to identify the potential risks in the production process of dissolving acetylene device and PLC automatic control system,while the corresponding suggestions were put forward to perfect the automatic control system of dissolving acetylene device and improve the overall safety and reliability of the device.Key words:Generator;Gasometer;HAZOP;Safe;PLC;Filling