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HAZOP分析在煤柴油加氢裂化装置的应用

发表时间：2021/5/7 来源：《基层建设》2021年第1期作者：乔娜李思扬

[导读] 摘要：HAZOP分析方法能够指出工业设计的实际危害和具体操作问题，并对其进行科学化、系统化的结构分析，这种方法还可以对工艺过程中的潜在风险进行分析，因此在许多工艺设备上取得了十分广泛的应用。

        中国石油广东石化公司广东揭阳 515200
        摘要：HAZOP分析方法能够指出工业设计的实际危害和具体操作问题，并对其进行科学化、系统化的结构分析，这种方法还可以对工艺过程中的潜在风险进行分析，因此在许多工艺设备上取得了十分广泛的应用。本文就以HAZOP分析方法的概括、煤柴油加氢裂化装置的基本原理以及该方法在加氢裂化装置中的具体应用三个方面进行阐述，希望能对石油化工行业的发展有一定的促进作用。
        关键词：HAZOP分析；加氢裂化；工艺安全
        HAZOP分析具有科学、合理以及系统性的特点，已经在世界范围取得了广泛应用，成为预防石油化工事故的重要手段。本司积极引进HAZOP分析法，将全部生产装置、油品储存和运输系统以及公用工程装置采取系统化的HAZOP分析。本文就对HAZOP分析法在煤柴油加氢裂化装置中的实际应用进行介绍。
        一、HAZOP分析法介绍
        HAZOP分析方法是由具有丰富经验的专业小组，对设计装置的安全措施和可操作性进行检测，并对其提出相应解决措施的一种工艺危险分析方法。HAZOP分析适用于装置的整个使用周期，发现可能存在的安全问题，并提出相应的防范措施，准备具体的故障研究报告，按照工艺危险的一系列发展途径，对投入成本、安全防范措施等方面加以风险调控，增强装置本身的安全水平，极大可能地避免重大危险事故的发生。在HAZOP分析的具体过程中其小组成员具有各种各样的专业背景，共同合作，使分析工作变得更加创新、系统化，因此，才能挖掘出更加全面的问题，提出的安全防范措施也更具有建设意义，符合实际情况[1]。HAZOP分析可以促进技术人员和工作人员对工程设计方案的了解，完善相应的操作流程并做好紧急预案，加强工作人员的专业能力，严格工程的安全管理水平。HAZOP分析比较适用于新型工艺和创新型技术，适合工艺的不断完善和改进，对工程系统进行全面分析并找出与预期设计方案不符的内容，最大程度地减轻可能带来的工艺危害，帮助设计人员操作的顺利进行。
        二、加氢裂化装置原理
        1.烷烃与烯烃的裂化反应
        烷烃的加氢裂化反应包括碳—碳单键的断裂与不饱和分子的加氢过程。长链烷烃能够生成短链烷烃和烯烃两种化学产物，烯烃变成烷烃主要是通过长链烷烃的加氢反应，部分烷烃还可能会出现异构现象。对于烷烃的加氢裂化反应，其反应速度与分子量的变化有很明显的正比关系。而反应程度和反应物种类就对碳的分解、合成变化以及异构速率重要影响。当裂化反应中催化剂活性出现明显变化时，比如加氢和酸性配比明显不平衡，这时产品组成才是最适合的。
        2.环烷烃的裂化反应
        环烷烃的裂化反应通常发生于单环、双环与多环环烷烃中。单环环烷烃出现环结构断裂、异构、带烷基的侧链断裂以及脱氢，这时催化剂活性的变化也会影响反应的具体方向。环烷烃如果有侧链，是不能发生环化的，可以发生异构和长链断裂现象，单环通常情况下不出现脱氢反应，可直接生成烷烃。如果单环六元环带有长侧链，一般发生长链断裂反应；带有短链的单环六元环，不容易出现断环、长链断裂现象[2]。双环环烷烃的异构化开始于一个环，当生成五元环衍生物时，再出现环断裂的情况，而且双环的并异构化是按照顺序进行的。多元环的数量也是在不断减少的，最后只剩单环为止。裂解程度在很大程度上决定了双环的生成情况，单环与双环的饱和情况取决于温度和设计压力的变化。
        3.芳香烃的裂化反应
        芳香烃的加氢反应就是芳香环加氢生成饱和环烷烃，具体包括以下加氢过程：芳香环通过加氢反应生成六元环烷烃，这个饱和产物再发生异构，五元环的环断开，侧链出现断裂现象。烷基苯包括：加氢裂化、异构、侧链断裂烷基消失或生成双环产物。稠环芳香烃发生氢化裂解反应变成单环芳香烃，并带有侧链。芳香烃的加氢裂化反应就是通过反复加氢饱和，然后裂化开环，最终生成烷基芳香烃，整个过程重复进行。
        三、HAZOP分析在煤柴油加氢裂化装置的应用
        HAZOP分析方法对于节点的划分主要体现在设备单元的实际操作中，例如：管线、泵、换热器、压力容器、加热炉以及压缩机等。通过引导词进行一定范围的偏离查找，将其与设计规范[美国石油学会标准《泄压和减压系统》]进行比较，再参考实际的操作经验进行系统化分析[3]。

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HAZOP分析需要融入安全设计标准，这能使其分析结果更加准确、牢靠，也能使分析得更深、更广。这是由于安全设计标准已经汲取了以前重大特大事故的发生经验，如果在设计中严格落实安全标准的具体要求，就可以很大程度上避免危险事故的发生。而且通过工作人员小组之间的互相交流、探讨，可以使大家对设计理念和创作意图的理解更加深刻，也能在一定情况下减少对无意义的引导词的研究时间的浪费。
        1.管线
        管线的研究主要以下几点作为基础：第一，通过使用法兰额定登记表，依照设计温度和所受压力情况，对管线法兰额定值有一个基本的判断。第二，在相关管线所受压力发生变化时，判断压力等级的变压点是否在规定的范围。第三，在设计温度和所受压力发生变化时，相应管线的实际压力等级是否能实现正常运转。
        2.泵
        对泵的分析主要是为了研究泵壳体、下游装置以及管线所承受的设计压力与泵的憋口处的压力是否适合的问题，也不能只考虑正常情况，还要把非正常情况纳入考虑的范围，如果发生开工或停工的情况，其介质密度就很容易受泵的憋口处压力的影响。
        3.换热器
        换热器需要面临温度、压力异常升高或者腐蚀所导致的泄漏风险。对于超温的分析可以许多工况，设计温度是否在规定范围内。而超温分析需要考虑下游压力源的最大值是否在设计压力以下，不能大于设计压力，或者在冷物流处于将稳定状态时，温度过高引起的膨胀是否以引起超压的发生。管束内漏需要判断高压与低压侧的压力是否依据“2/3”原则：低压侧的设计压力大于等于高压侧的2/3，如果不满足，为了保护低压系统的安全，就可以在低压侧放置安全泄放装置。
        4.压力容器
        对于压力容器需要面临的风险主要是由于压力过高导致的泄漏风险，液态燃料的泄漏就很容易导致火灾、爆炸等危险，这类压力容器就比如：塔、罐等。将易燃物质进行控制隔离可以通过安装紧急切断阀装置。除此，还需要考虑压力容器是否出现负压情况，这也是HAZOP对于压力容器分析必不可少的内容，例如：蒸发后是否应该进行保护举措[4]。
        5.加热炉
        在HAZOP检查加热炉的过程中，需要审查每台加热炉的在燃料和工艺方面的控制装置，并将其标准控制装置进行对比。其控制装置的复杂程度很大程度上取决于加热炉工艺侧的实际情况以及燃料多少、种类等。
        6.压缩机
        在HAZOP审查离心压缩机的过程中，需要充分考虑分子量的变化范围、驱动器运转、扬程—流量特性曲线的影响因素、吸入口的设计压力和温度变化等。因此，验证容积式压缩机的每级出口是否设置安全阀就是十分有必要的，这能很大程度上防止压力过高带来的机械损害以及超载情况。
        四、结束语
        总而言之，HAZOP分析可以有效地发现和评估装置可能发生的危险，排查可能出现的安全隐患，实现装置功能的优化，最大程度地提升装置的安全管理水平，不断改进和完善装置系统的信息安全，为工艺设计人员和操作人员提供更加符合实际的教材。当然，HAZOP分析也存在一定缺陷。因此，就更应在HAZOP分析后加以总结和反思，不断探索，从而使企业的工艺安全管理水平大幅度提升。
        参考文献：
        [1]陈劲，韩祥峰，周亚军.HAZOP方法在柴油加氢改质装置中的应用[J].安全、健康和环境，2017，17（01）：37-41.
        [2]范伟，刘冲.HAZOP分析在汽柴油加氢装置的应用[J].现代职业安全，2015（10）：26-28.
        [3]康建新，郭丽杰.在役柴油加氢装置HAZOP分析技术[J].中国安全生产科学技术，2012，8（01）：143-148.
        [4]张英太，杨剑锋，余涛.HAZOP在柴油加氢精制装置风险评估中的应用研究[J].石油化工安全环保技术，2011，27（03）：16-21+26.