加熱爐HAZOP分析

1、HAZO技術應用實例解析HAZOP技術應用實例解析加熱爐是石化裝置中的重要設備。 因其能量的來源多為燃料油、 瓦斯氣等的燃燒， 且被 加熱物質多為易燃易爆物質，如控制不當或設施失效，極有可能造成火災、爆炸事故。脫氫烷基化裝置設備的再沸器、 換熱器等所需的熱量由導熱油提供， 溫度降低后的導熱油送至導熱油加熱爐進行加熱。 為了保證導熱油加熱爐安全運行， 應用危險及可操作性研究(HAZOP分析方法進行了系統(tǒng)、全面的危險辨識。1 導熱油加熱系統(tǒng)1.1 工藝流程簡述導熱油加熱爐流程簡圖如圖 1所示。 F-501 是導熱油加熱爐，導熱油由泵從平衡罐抽出 輸送到加熱爐 F-501 中加熱， 被加熱后的導熱油

2、送至脫氫烷基化裝置設備的再沸器、 換熱 器等。加熱爐的燃料油用泵從緩沖罐抽出，經熱交換器加熱到150C左右，通過壓力控制閥去燃燒器燃燒，同時通過加執(zhí)爐物料出品溫度(5TRCAH-16和燃燒器前燃料油的壓力( 5PIC-22 )串接控制來控制加熱爐的出口溫度。加熱爐設有導熱油低流量聯鎖、霧化蒸氣與燃料油壓差 5PDIC-28 聯鎖等，當各參數低于設定值時，會通過聯鎖控制關閉燃料油進料閥門，使加熱爐熄火。圖 1 導熱油加熱爐流程簡圖導熱油經由八組爐管進入導熱油加熱爐。從導熱油平衡罐來的導熱油溫度約285C，加熱爐出口導熱油溫度為 329C，由5FRC9A調節(jié)燃料油流量來控制出口溫度。在每一組爐管

3、的出口都有手動閥門， 根據溫度指示來調節(jié)每一組的流量， 以使得各組流量均勻一致。 當導 熱油流量低于某一給定值時將自動停止燃料油的供應， 使加熱爐停止工作。 加熱爐的煙道設 有含氧分析在線儀表，經常指示氧含量，以便調整操作。1.2 加熱爐主要工藝控制指標主要工藝控制指標見表 1 。表 1 主要控制指標控制內容指標控制儀表和要求出口溫度/C熱油總流量 /th-1熱油最低流量/th-1爐膛溫度/C爐管油壓 /MPa八組爐管流量，八組爐管溫度差/ Cv 3301050-1200> 680v 800> 0.8v5v 5TRCAH-16 指定值±1FR-9 （正常值） 刻度>

4、 4 個單位TI-11 、 TI-14測壓儀表差值和最低流量相比最高和最低溫度之差2 HAZOP分析2.1 分析節(jié)點通常， 導熱油加熱爐分析節(jié)點可劃分為： 導熱油進料管線、燃料油進料管線、 霧化蒸汽管線、 加熱爐 F-501 等。為了對導熱油加熱爐所有危害的起因進行全面分析， 本次分析對加熱爐本身及導熱油進料、燃料進料系統(tǒng)作為一體進行分析。2.2 偏差的確定引導詞（關鍵詞）是HAZOP分析方法特有的概念，它用于引導人們查找工藝參數的偏差，然后深入進行危險分析。 雖然加熱爐本身的工藝控制參數只有上述幾項， 但因本次分析中將燃 燒系統(tǒng)的進料管線和加熱爐作為一個分析節(jié)點來一起考慮，所以在查找偏差時，

5、 這些管線的工藝控制參數偏差也應統(tǒng)一考慮。確定的有實際意義的偏差如表2 所示：表2 工藝參數偏差2.3 分析結果表3是導熱油加熱爐 HAZOP分析表，考慮到篇幅限制，分析表中將一些沒有嚴重后果或 內容類同的偏差分析略去。表3導熱油加熱爐HAZOP分析表偏差可能原因后果安全措施建議安全措施空氣流量高 1 、風機擋板開度過大（人為調節(jié)錯誤、風機擋板壞）2、F-501 風門開度大3、煙道密封擋板開度大1 、燃燒爐正壓，損壞加熱爐2、爐膛溫度低，爐效率低3、火從看火孔噴出（防爆門、觀火孔打開時）傷人4、脫火或熄滅， 造成燃料油在爐內集聚， 重新點火時引起爐膛爆炸事故 1 、氧氣含量分析儀（5AR-12

6、）2、負壓檢測（測爐膛壓力）3、風機出口壓力顯示4、火焰檢測偏差 可能原因 后果 安全措施 建議安全措施空氣流量低 / 無 1 、風機擋板開度過大（人為調節(jié)錯誤、風機擋板壞）2、風機故障3、預熱系統(tǒng)堵塞4、泄漏1 、后燒，爐頂部燒壞2、火焰不穩(wěn)定、直接燒爐管、造成爐管局部高溫3、爐效率低1 、氧氣含量分析儀（ 5AR-12）2、負壓檢測（測爐膛壓力）3、風機出口壓力顯示燃料油溫度高 1 、燃料油罐加熱盤管加熱溫度高2、燃料油緩沖罐加熱溫度高（正常范圍 120C以下）3、換熱器加熱溫度高（正常范圍100160C）4、管線加熱套管加熱溫度高1 、突沸（燃料油貯罐）2、粘度過低，壓力降低，進燃料油量

7、少3、爐溫度偏低1 、燃料油罐、 緩沖罐及換熱器各有溫度顯示換熱器添加溫度自動控制或出口溫度 DCS顯示燃料油溫度低 1 、燃料油罐加熱盤管加熱溫度低2、燃料油緩沖罐加熱溫度低（正常范圍 120C以下）3、換熱器加熱溫度低（正常范圍100160C）4、管線加熱套管加熱溫度低1 、燃料油溫度低，燃燒不完全，結焦2、燃料油凝固，燃料油進料停，爐熄火1 、燃料油罐、緩沖罐及換熱器各有溫度顯示換熱器添加溫度自動控制或出口溫度 DCS顯示燃料油壓力高 1 、燃料油泵出口回流少2、爐壓高3、燃料油粘度大4、5PIC-22 壓力控制閥全開5、火嘴部分熄滅6、燃料油泵出口壓力高、爐膛溫度過高、加熱溫度高2、換

8、熱器裝有安全閥3、燃料油進爐前壓力控制 5PIC-22 閥 燃料油壓力低 / 無 1 、回流過大 2、泵故障致出口壓力過低4、燃料油罐液位低，抽空3、壓力控制閥關小1 、溫度低、甚至火嘴熄滅 1 、換熱器出口設有 低壓報警2、壓力顯示霧化蒸汽壓力高1 、蒸汽系統(tǒng)壓力高2、壓差控制閥(5PIC-28 )失靈(正常蒸汽壓力高于燃料油壓力0.150.2MPa)火、燃料不穩(wěn)定壓力顯示霧化蒸汽壓力低1 、蒸汽系統(tǒng)壓力低2、壓差控制失靈( 5PDIC-28 )1 、霧化效果不好、燃燒不完全2、嚴重時燃料油在爐膛積聚，導致爆燃事。、壓力顯示2、蒸汽壓力低聯鎖停爐3、蒸汽壓力低報警點火失效點火器失效； 人為失

9、誤料；再點火時導致燃燒爐爐體爆炸或燒壞爐管如不按規(guī)程操作，可能導致爐膛內積累燃1 、按規(guī)程吹掃爐膛并進行檢測合格再點火爐膛溫度高、燃料油壓力高2、熱電偶指示故障、爐管、爐壁溫度高2、增大能量消耗3、損害加熱爐5-TI-11、 14 顯示爐管表面溫度建議添加高溫報警偏差可能原因后果安全措施建議安全措施導熱油流量高、各裝置用量大2、端點返回量大、負荷大，能耗大2、燃料油泵超負荷起跳，聯鎖加熱爐停爐流量顯示導熱油流量低、各裝置用量小2、燃料油泵故障3、爐管結焦，阻力大1 、出口溫度高2、爐管結焦 1 、低流量顯示、報警、聯鎖導熱油流量無 1 、爐管堵塞2、燃料油泵停轉3、誤操作，關閉進、出閥門加熱爐

10、干燒、結焦、損壞爐管。一旦爐管爆裂，可引起嚴重火災、低流量顯示、報警、聯鎖停爐爐管偏流 1 、某一管內形成氣阻2、流量計故障3、誤操作加熱爐干燒、 結焦、損壞爐管。 一旦爐管爆裂， 可引起嚴重火災1各爐管流量檢測2、爐壁溫度、出口溫度檢測，現場設置爐出口壓力表爐管表面熱電偶壞，檢修時更換。導熱油出口溫度高、導熱油流量小2、燃料油流量高導熱油裂解與聚合出口濕度顯示、報警導熱油出口溫度低、導熱油流量大2、燃料油流量小裝置熱負荷不夠出口濕度顯示、報警八爐管溫度差高、管內導熱油偏流2、爐不穩(wěn)定，火焰偏燒加劇導熱油結焦，影響導熱油壽命爐出口溫度顯3 加熱爐重大危險匯總導熱油加熱爐的重大危險見表 4。表4

11、 加熱爐重大危險匯總危險與可操作性（ HAZO）P 研究是以系統(tǒng)工程為基礎的一種可用于定性分析或定量評價的危 險性評價方法， 用于探明生產裝置和工藝過程中的危險及其原因， 尋求必要對策。 通過分析 生產運行過程中工藝狀態(tài)參數的變動， 操作控制中可能出現的偏差， 以及這些變動與偏差對 系統(tǒng)的影響及可能導致的后果， 找出出現變動可偏差的原因， 明確裝置或系統(tǒng)內及生產過程 中存在的主要危險、危害因素，并針對變動與偏差的后果提出應采取的措施。本文應用HAZOP分析方法對中國石油某石化分公司的聚丙烯裝置進行研究分析。HAZOP總研究過程概述（2）1.1 HAZOP研究與分析的目的從工藝流程、狀態(tài)及參數、

12、操作順序、安全措施等方面著手，通過HAZOF研究,識別聚丙烯裝置在生產運行過程中潛在的危險、 有害因素， 找出裝置在工藝設計、 設備運行、 操作以及安全措施等方面存在的不足，為裝置的安全運行與安全隱患整改提供指導。1.2 限制條件進行HAZOP研究前，評價人員一致同意以下限制條件：1）HAZOP研究范圍僅限于聚丙烯主體裝置，因此，分析研究工作只考慮從進料到出料的整個系統(tǒng)。2）本次研究是粗略的危險和操作性研究，因此只對主要工藝的關鍵設施進行檢查。為了邏輯、 有效地分析工藝管道儀表流程圖， 研究按照裝置生產工藝過程分成五個單元：活化、精制、聚合、閃蒸和尾氣回收單元。聚丙烯裝置概況（ 3）該聚丙烯裝

13、置以氣體分餾裝置分離所得煉廠氣中的丙烯為原料，采用國內開發(fā)、 技術成熟的間歇式液相本體法聚丙烯生產工藝，生產聚丙烯均聚樹脂。裝置原設計生產能力為1.0 x 104t/a , 1997年改造后生產能力達到 1.2 x 1O4t/a。該裝置工藝過程主要包括原料精制、聚合反應、閃蒸去活和活化再生四個部分，主要設備包括聚合釜、丙烯儲罐、活化劑儲罐、閃蒸釜，以及丙烯壓縮機等。各系統(tǒng)工藝及其操作物料的危險性簡介如下。2.1 活化劑輸送系統(tǒng)活化劑輸送系統(tǒng)操作主要是將活化劑由活化劑運輸罐壓送至活化劑儲罐。系統(tǒng)主要危險物料：活化劑三乙基鋁（ C6H15Al ），為無色透明液體，有強烈的霉爛氣味，易燃，化學反應活

14、性很高， 接觸空氣會冒煙自燃。 對微量的氧及水分反應極其靈敏， 易引起燃燒爆炸。健康危害：三乙基鋁對呼吸道和眼結膜具強烈刺激和腐蝕作用，皮膚接觸可致灼傷。氮氣（N2）,不燃，但若遇高熱、容器內壓增大的情況，有開裂和爆炸的危險。健康危害：氮氣為窒息性的惰性氣體，空氣中氮氣過量，使氧分壓下降，會引起缺氧。2.2 精制系統(tǒng)精制系統(tǒng)主要將原料丙烯經過脫水、 脫硫、脫氧處理，得到合格的精丙烯，供給聚合反應使用。系統(tǒng)主要危險物料為丙烯。丙烯（Gf,為無色有氣味的氣體，易燃，與空氣形成爆炸性混合物，遇熱源、明火有燃燒爆炸的危險。 氣體比空氣重， 能在較低處擴散到相當遠的地方， 遇明火會引起回燃。爆炸極限為1

15、.0 %15.0 %。健康危害：丙烯具有麻醉作用。2.3 聚合系統(tǒng)丙烯在此系統(tǒng)內發(fā)生聚合反應生成聚丙烯粉料。系統(tǒng)主要危險物料：丙烯、氫氣、 聚丙烯。氫氣（HJ，為易燃氣體，與空氣混合能形成爆炸性混合物，遇熱或明火即會發(fā)生爆 炸。氣體比空氣輕, 在室內使用和儲存時, 漏氣上升滯留屋頂不易排出, 遇火星會引起爆炸。 爆炸極限為 4.1 % 74.1 %。健康危害：氫氣為惰性氣體,僅在高濃度時,由于空氣中氧分 壓低才引起窒息。在很高的分壓下,氫氣可呈現出麻醉作用。聚丙烯, 為可燃固體, 受熱分解放出易燃氣體。 粉料與空氣按一定比例混合達到一 定濃度時,如有火花點燃則會迅速燃燒,以至引起強烈爆炸。聚丙

16、烯粉塵云自燃溫度為420C，爆炸下限為 20g/m3。健康危害：本身無毒。2.4 閃蒸系統(tǒng)閃蒸是接收聚合釜內生成的粉料, 并在閃蒸釜內完成閃蒸、 置換、去活的操作過程。 充內主要危險物料：聚丙烯粉料、丙烯、氮氣。2.5 尾氣回收系統(tǒng)尾氣回收系統(tǒng)是將氣柜內儲存的低壓丙烯氣體加壓冷凝為液體。系統(tǒng)內主要危險物料：丙烯。HAZOP研究討論（4）在進行HAZOP研究之前，需要事先制定聚丙烯裝置的HAZOP研究分析程序圖，見圖 1。有關HAZOP研究的引導詞與偏差說明見表1。圖1聚丙烯裝置HAZOP研究程序圖表 1 引導詞與偏差說明在搞清各系統(tǒng)的設計意圖與HAZOF分析與研究程序后，我們從操作參數開始，

17、采用引導詞、 偏差及其產生的后果， 一直到為保證裝置的安全生產而采取的安全保障措施， 對每個 系統(tǒng)逐一進行系統(tǒng)危險性分析與討論，HAZOP研究結果最終討論如下。3.1 活化劑輸送系統(tǒng)氮氣線閥門如有泄漏可能導致窒息危害； 誤操作可導致系統(tǒng)超壓， 造成管線破裂； 泄壓時若管線內介質攜帶催化劑則容易引起火災。 目前裝置氮氣線完好， 但車間內缺少對 氮氣的檢測、防護手段。 管線充壓時采用現場壓力控制，但不具備自動功能。放空線管材 為20#碳鋼，管內介質為活化劑，且有一段管線埋于地下，可能存在一定的腐蝕。送料線 存在介質腐蝕、誤操作引起的管線穿孔、 火災危險。退料線存在介質腐蝕、管線超壓引起 的泄漏、管

18、線破裂危險?；罨瘎┻\輸罐在儲存、裝卸、運輸方面可能因介質危險性、儲存 條件要求等因素產生火災、 爆炸危險。 活化劑儲罐在使用過程中存在因操作失誤導致的冒 罐現象和因泄漏或儲存不當引起的火災、爆炸事故的危險。3.2 精制系統(tǒng)精制系統(tǒng)精丙烯儲存部分最大的危險是誤操作可能引起的各類事故，不僅影響生產，還嚴重威脅安全。丙烯儲罐V108存在因多種因素導致的儲罐超壓引起安全事故的隱患。精制工序丙烯儲罐出口管線在生產過程中可能會因丙烯儲罐降溫或管線泄壓不及時等 造成管線超壓、 破損。 目前為泄壓采取的措施是在管線上安裝手動放空系統(tǒng)。丙烯計量罐在生產時存在冒罐、安全附件失靈、腐蝕、泄漏等危險因素。3.3 聚合

19、反應系統(tǒng)丙烯投料線如果發(fā)生誤操作， 系統(tǒng)將很容易達到聚合反應器的設計壓力， 一旦安 全措施失效則會威脅系統(tǒng)安全。 氫氣線存在因人為失誤、 操作壓力超高等引起的管線超壓 破損、 沖蝕減薄等危險。 壓力高會造成丙烯回收線超壓破損， 長時間運行也會造成管壁減 薄，粉若堵塞管線則會導致聚合釜壓力升高， 從而給設備的安全運行帶來危險。 聚合釜在 生產過程中會因釜內溫度過高、 熱量沒有被及時撤走而出現暴聚現象 （由于反應過熱導致聚 丙烯熔化結塊的一種現象， 暴聚對設備損壞較大） 。目前釜上裝有安全閥， 但由于管線較粗， 因此原設計沒有考慮在安全閥入口管線之前加裝爆破片的問題。 根據石油化工企業(yè)設計防 火規(guī)

20、范 （GB50160 92，1999年版）第 4.4.5 條規(guī)定： “有可能被物料堵塞或腐蝕的安全閥， 應在其入口前設爆破片或在其出入口管道上采取吹掃、 加熱或保溫等防堵措施。 ”因此， 可 以認為， 原設計已不符合新規(guī)范的要求， 這一點應當引起車間注意。 聚合釜存在來自多方 面的腐蝕， 如粉料沖蝕、 攪拌器磨蝕造成的釜壁減薄，降溫效果不好引起的反應過烈、 設備 超溫超壓現象等。3.4 閃蒸系統(tǒng)閃蒸釜僅依靠經驗來觀察料位， 釜低粉料出口無除塵設施， 釜上安全閥入口前沒 有加爆破片， 以上情況均可能給生產和操作帶來危險、 危害隱患。 從閃蒸釜到氣柜的管線 是回收丙烯用的，如果誤操作則會造成氣柜抽癟。3.5 尾氣回收系統(tǒng)氣柜可能存在固堿腐蝕， 且該設備目前無任何防護措施。 在進氣柜之前的管線 上由于沒有加裝過濾設施， 而粉料又很容易堵塞管線， 這不僅增加了壓縮機運轉的負荷， 同 時還給安全生產帶來了隱患。 丙烯壓縮機存在因超壓、 腐蝕等原因損壞設備以及物料泄漏 引發(fā)火災、爆炸事故的危險。HAZOP研究提出的安全措施建議（5）（作者 王秀軍 陶輝） 經過對丙烯裝置生產過程進行危險與可操作性研究分析后， 提