甲醇制烯烃装置HAZOP分析实例.docx

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1、甲醇制烯烧装置HAZOP分析实例危险与可操作性分析是60年代由英国帝国化学公司基于系统工程的成果开发的，是在设计特别是流程工业的工程设计中的一种结构化和系统化的审查方法，目的在于识别、分级和定性可能造成人员伤害或财产损失的风险。HAZOP是一种基于引导词的定性评价技术，通过1个多专业小组组织一系列会议完成。随着HAZOP分析1970年公布，在这之后持续改善、发展，在欧美各国已广泛应用于各类工艺流程和项目的定性风险评估工作中。在很多国家，也通过立法手段强制其在工程建设项目中推广应用，如英国标准：BSIEC61882:2001Hazardandoperabi1itystudies-App1icat

2、ionguideoHAZOP分析在石油化工工程项目设计过程中的目的是识别、评估工程设计主要是工艺设计中存在的危害及操作相关问题。分析团队首先要解析工艺流程，包含所有相关设计条件和设计意图，系统地检查流程以找出对设计条件可能发生的所有偏离，然后确定哪些偏离可能导致危险或引起操作问题，为项目及今后生产运行的HSE风险管理提供依据。随着石油化工装置大型化，装置处理规模越来越大，工艺流程越来越复杂，同时伴随着经济发展，我国对HSE（健康、安全和环保）的要求也越来越严格，工程公司、设计院也将面临着巨大的压力，这促使建设单位和设计单位都越来越重视HSE问题，为了避免在装置生命周期内各类重大事故的发生。国内

3、各个石油化工设计院陆续开展了HAZOP工作。通过对某甲醇制烯烽装置（简称MTO）进行HAZOP分析，在实例中深入探讨HAZOP分析的目的、意义、工作程序及注意事项。一、工艺简介1.1技术概况由甲醇出发制乙烯、丙烯等低碳烯煌的路线是采用低成本资源制取烯炫的流程之一，目前的流程开发和工业应用已成熟。MTO技术在近年工业化，使得煤炭或天然气经气化生产基础有机化工原料成为可能，这对于改变传统煤化工的产品格局有着决定性作用，也是实现煤化工或天然气化工走向与石油化工联合发展的有效途径。中国石化从2007年11月4日2008年6月30日、2010年10月12月期间进行了3个阶段的工业化试验，从试验中得到了完

4、整的工业数据，积累了开工和操作经验，为大型工业化装置工程设计、建设和生产运行提供了理论基础和技术保障。12流程简述经典的MTO装置一般包括反应-再生单元和烯燃回收等2大部分。自气态甲醇与催化剂在反应器充分混合并发生反应。反应器出口物料经反应气第三级旋风分离器并在降温后进入急冷塔。反应气进入急冷塔后与大量的饱和水接触，以进一步脱除催化剂细粉后进入分离塔。由分离塔顶来的反应气在1个四段离心式压缩机中被压缩，在压缩机三段和四段之间反应气经过水洗及碱洗处理脱除其中的酸性气体及有机氧化物。反应气压缩机四段排出的物流与冷却水换热，再被冷剂进一步冷却，然后进入干燥器进料罐。共设有2个干燥器，其中1个运转时，

5、另1个进行再生、备用。来自反应气干燥器的反应气和燃凝液进入下游脱乙烷塔。脱乙烷塔顶气相部分被冷剂降温冷凝下来，液相作为塔顶回流，气相进入下游脱甲烷塔，而塔釜液相送入脱丙烷塔。丙烯冷剂将脱甲烷塔顶气相部分冷凝，液相作为脱甲烷塔回流，气相进入乙烯回收塔底部进一步回收乙烯，然后作为燃料气送出界区，塔釜物流被加热后送入C2加氢反应器，进行C2加氢，以脱除物料中的乙快。反应器出来的产物先被冷却后再被送入分子筛保护床干燥器，从干燥器出来的物流进入乙烯塔。乙烯精微塔顶气相被丙烯冷剂冷凝并回流到塔内，乙烯塔侧线采出乙烯产品送至界区外乙烯产品罐，乙烷从乙烯塔底抽出送出界区。脱乙烷塔塔釜物料进入脱丙烷塔，冷凝下来

6、的液体部分作为回流，部分送入下游丙烯精偏塔。塔底物料一部分作为脱戊烷塔进料，另一部分作为乙烯回收塔吸收剂，送入乙烯回收塔顶部。丙烯精储塔运用类似于乙烯裂解装置的双塔系统，将进料分离成聚合级丙烯产品和丙烷塔底物流。该塔操作压力使得第二丙烯精储塔的塔顶气相由冷却水全部冷凝。急冷水向丙烯精储塔提供再沸器热量。聚合级丙烯产品经由回流泵送至球罐，为下一步聚合做好准备。二、HAZOP分析2. 1HAZOP分析方法危险与可操作性分析技术是石油化工领域开发的危害识别技术，它充分利用安全系统工程核心理论，也是目前工艺危害识别(PHA)中应用最广泛的技术。多专业工程师组成HAZOP分析团队，以会议的形式，对石油化

7、工装置工艺流程的危险和操作性问题进行分析。HAZOP分析的直接对象是P&ID图上的具有独立功能的单元，这些单元称为“分析节点”，或工艺单元，或操作步骤。对于每一分析节点，HAZOP分析组以正常操作运行的工艺(状态)参数为标准值，兼顾开停车工况，分析运行过程中工艺状态参数的偏离，同时分析出现偏离故障的原因、后果及应采取的措施。HAZOP实施过程可以分为以下3个主要阶段。2.1.1 HAZOP分析准备阶段HAZOP分析的初始工作包括以下内容：(1) 确定分析目的、对象和范围确定分析目的、对象和范围，尽可能清晰明确。分析范围通常由装置和项目的负责人确定，并得到IIAZOP分析小组领导的帮助认可。应当

8、按照正确的分析方式和既定目标开展分析工作，而且要确定典型事故场景，即事故演进的过程。(2) 确定HAZOP主席HAZOP主席应做如下事情：挑选分析组员，制定工作计划，保证HAZOP分析有序、高效的进行，报告的审查，整改措施的确认等。(3) 获取必要的资料最重要的资料就是工艺管道和仪表流程图(P&ID),有时还需要总平面布置图、平面布置图、工艺流程图(PFD)、物料平衡、操作手册、仪表控制图、联锁逻辑图，有关图纸和参数应当在会议之前发到每个参与人员的手中。(4) 挑选HAZOP小组组员HAZOP分析小组的背景、技术与经验对确保分析结果的可信度和深度很重要，这就要求分析组的组织者应当负责组成有一定

9、人数且有经验的分析组。HAZOP分析小组应包括以下几方面的人员：工艺工程师、仪表工程师、HSE工程师、操作工艺工程师、操作仪表/控制工程师、记录工程师。（5）确定分析程序根据分析的不同目的，HAZOP分析的内容可能会有所差别，HAZOP主席在初始工作阶段可以初步确定分析节点并提出初步的偏离清单，准备1份分析表格。（6）安排会议一旦初始工作完成，组长就负责组织会议，合理制定分析计划。估算分析所需的时间，然后主席或建设单位可以开始安排会议的时间，保证高效率的会议。2.1.2 召开会议进行HAZOP分析初始工作完成之后，就需要召开HAZOP会议，分析流程和要点，见图Io划分节点是为了逻辑地、有效地进

10、行识别分析，要将P&ID按照逐个设备、管线或操作划分为不同的分析节点。对于每个节点按照图1所示，逐项分析并记录。HAZOP会议上，会议记录人员将分析讨论过程中所有重要的内容精确地记录在事先设计好的工作表内。2.1.3 图1HAZOP分析流程2.1.4 分析偏离库的建立本次分析采用经典的HAZOP分析方法，即引导词分析法。引导词法是通过使用一系列引导词来发现偏离的分析方法。将引导词和工艺参数相结合，形成偏离，对偏离开展分析。根据MTO装置HAZOP分析的要求，形成适合装置的偏离列表，见表U表1偏离列表引导词参数无多少伴随部分相反异常早晚先后流量无流晶流量大流豉小逆流温度温度高温度低压力无用力压力

11、高压力低真空液位液位空液位高液位低浓度无添加剂浓度高浓度低存在其它物料缺少组分比例相反错误物料粘度怙度高粘度低固化反应反应失控反应速率小副反应部分反应逆向反应反应出错/禁忌反应步骤遗漏操作步骤额外步骤遗漏操作步骤步骤顺序错误步骤提前步骤延后骤前步提步舞延后时间时间太长太迟时间太短太快错误时间操作动作提前操作动作延后操作动作提前掾作动作延后泄放、排放无法排放排放过多排放过少持放介质异常倒吸排放故障维修维修不完全维修中出现意外f.化工江湖其他偏离，如：腐蚀/磨蚀、振动.水击、泄漏、公用程失效等建立偏离库是为了避免遗漏而在分析开始之前人为构造的，在分析过程中如遇到特殊的工艺参数（偏离库中没有）也应随

12、时构造，如果某个偏离在节点中没有意义也无需展开分析。三、分析情况汇总3.1数据统计将装置按照功能划分为不同分析节点，以满足HAZOP分析的要求,也可在同一段“硬节点”内根据不同操作步骤划分“软”节点。本甲醇制烯燃系统装置的IIAZOP分析依据分析对象的实际情况及功能，将170张P&ID划分为63个分析节点，产生了68项建议措施，节点数与建议措施的比例接近1:1,平均1个节点占3张P&IDo建议措施中有35项需进一步进行1OPA分析3,整个分析耗时20个工作Ho上述68项建议措施中有3项由建设单位完成，65项由设计单位在后续设计阶段落实。65项中62项完全接受，有3项未采纳HAZOP分析建议措施

13、，设计单位根据现有类似装置提出了不同的做法。从图2中可以看出：95.6%的项目均已得到落实，仅有不到5%的项目根据实际经验和设计另行调整。同时，也可以看出设计单位负责的建议措施比例相当高，达到了95.6%0这从另一个侧面说明要想做到安全，必须先从设计入手，才能尽可能做到本质安全。建设单位落实项设计单位落实项设计单位修改项图2各类落实项目所占百分比-H江俎3.3偏离数据分析分析了357个偏离场景，平均每个节点5.7个偏离，包括8个高风险和60个中风险场景。其余为低风险场景。1I4检Tm*；-1图3偏离场景中的风险分布需进一步采取建议措施的偏离场景中，经风险分析有8个为高风险，60个中风险，其中有

14、27个为中风险中较高的，33个为中风险区中风险较低的，为了节省1OPA分析的工作量，避免无谓的分析工时,在1OPA分析前各参加方结合相关装置实际操作的经验，对其中8个高风险的场景和27个较高的中风险场景进行保护层分析（1OPA分析）。图4进行1OPA分析降低风险的项目分布江阳经1OPA分析进一步采取措施后，35项原始风险为高/中风险的项目中有14个降低为低风险，其余的均保留在中风险区。在原始风险为高风险的场景中，有6项跟液相丙烷/丙烯有关，4项(2项为重复计算)跟压缩机相关。3.4部分结果分析共分析了357个偏离场景，平均每个节点5.7个偏离，包括8个高风险和60个中风险场景。其余为低风险场景

15、。由于篇幅有限，仅摘抄2组部分高风险偏离场景。3.4.1第24节点脱丙烷塔釜泵故障，导致换热器碳四洗液量少，造成乙烯回收塔甲烷尾气温度过低。一段时间后低温甲烷造成管线普通碳钢部分低温破裂。3.4.2第29节点丙烯机一段吸入罐调节阀液位调节阀故障导致丙烯机二段吸入罐液位过高，如长时间不处理会造成液滴进入压缩机，压缩机叶轮损坏。从上述2段场景描述中可以看出：虽然IIAZOP分析识别出了发生危险的准确地点，也较为详细的描述了事故发展的过程，但对于初始事件发生多久后导致后续事件的发生、液位多高会导致带液、带液到什么程度才可能损坏压缩机等问题没有给出具体答案。四、HAZOP分析的优缺点4.1 HAZOP分析的优点及意义由上述的数据分析可以看出：一套完整详细的HAZOP分析对提高装置的工艺管理水