王 濤

1.中國石化安全工程研究院 2.國家石化項目風險評估技術(shù)中心 3.化學品安全控制國家重點實驗室

加氫工藝是指裝置在一定的溫度、壓力、氫氣條件下，原料和氫氣在反應(yīng)器內(nèi)催化劑的作用下，通過化學反應(yīng)達到產(chǎn)品性能要求的工藝技術(shù)總稱[1]。

國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局發(fā)布的《重點監(jiān)管的危險化工工藝目錄（2013年完整版）》中共有18種重點監(jiān)管的危險化工工藝，其中加氫工藝列入其中。由于該工藝過程復雜，處于高溫、高壓、臨氫操作環(huán)境，且工藝介質(zhì)存在易燃易爆性，因此，識別加氫工藝裝置運行風險，為實現(xiàn)生產(chǎn)裝置的安全穩(wěn)定高效運行，確保生產(chǎn)人員和關(guān)鍵設(shè)備的安全運行具有十分重要的意義。

1 加氫裝置運行風險識別

1.1 物料的易燃易爆及毒性

加氫裝置的原料和產(chǎn)品多為易燃、易爆物質(zhì)，且處于高溫、高壓、臨氫的操作條件下，給裝置帶來一定的運行風險，由于裝置處理原料所含組分和氫氣對設(shè)備材質(zhì)具有腐蝕性，因此，當泄漏溫度超過其自燃點、遇靜電或熱源就可能引發(fā)火災、爆炸事故。加氫裝置主要物料危險特性，見表1。

表1 主要物料危險特性

1.2 化學反應(yīng)過程的復雜性

加氫反應(yīng)屬強烈的放熱過程，在裝置運行過程中隨著溫度、壓力不斷升高，氫氣會導致氫鼓泡、氫脆、表面脫碳、氫剝離及氫腐蝕，其中最重要的是氫腐蝕，這種腐蝕存在于加氫反應(yīng)器及相應(yīng)的管線等。此外，加氫反應(yīng)若加料速度過快、升溫過高或過快攪拌不及時等，都可能會使熱量積聚，溫度、壓力急劇上升，發(fā)生反應(yīng)失控,導致沖料,嚴重的可致反應(yīng)釜爆炸[2]。

1.3 生產(chǎn)設(shè)備運行的危險性

（1）加熱爐。加熱爐出口溫度較高，輻射管中介質(zhì)有氣體、輕烴、原料油、氫氣等，若加熱爐選材和焊接質(zhì)量不當，易發(fā)生爐管腐蝕穿孔或焊口拉裂泄漏，油氣泄漏遇明火即可發(fā)生爆燃。此外，加熱爐因操作不當，燃料氣帶液壓力升高也會造成加熱爐超溫。在開工點火或停爐再點爐時，如爐膛置換不凈，監(jiān)測不到位，當燃料氣達到爆炸濃度時，會發(fā)生爐膛爆炸事故。

（2）反應(yīng)器。加氫反應(yīng)器屬裝置的核心設(shè)備，在生產(chǎn)過程中，隨著反應(yīng)的不斷深入，釋放的熱量逐漸增加，在裝置內(nèi)沿反應(yīng)器軸向存在催化劑床層溫升，當反應(yīng)溫升過高而不可控制時，可能導致反應(yīng)物流在高溫區(qū)內(nèi)發(fā)生激烈反應(yīng)，甚至發(fā)生二次、三次裂解反應(yīng)，放出更多的反應(yīng)熱，使反應(yīng)溫度更高，如此惡性循環(huán)，可能導致溫度超過催化劑允許的最高使用溫度，損壞催化劑，甚至可能引起催化劑床層“飛溫”，若不及時處理或處理不當將發(fā)生著火爆炸事故。

（3）高壓分離器。高壓分離器包括熱高壓分離器和冷高壓分離器，其主要是在較高壓力下將純度較高的循環(huán)氫氣從油氣水混合物中分離（氣、油、水三相分離）出來循環(huán)利用，避免循環(huán)氫帶液[3]。如果液面過高，可能會影響循環(huán)氫脫硫塔及循環(huán)氫壓縮機平穩(wěn)操作；液面過低會引起排低分油帶氣嚴重，甚至會造成高壓串低壓事故，后果十分嚴重。

（4）循環(huán)氫脫硫塔。循環(huán)氫脫硫塔內(nèi)工藝介質(zhì)為燃料氣、石腦油、氫氣和硫化氫等混合物，該塔頂內(nèi)部硫化氫集中，易發(fā)生硫化氫腐蝕泄漏，如遇點火源將會引發(fā)火災爆炸事故。

（5）分餾塔。分餾塔區(qū)設(shè)備數(shù)量較多，且處理介質(zhì)多為易燃、易爆物料，高溫熱油泵部位若發(fā)生泄漏，可能引發(fā)火災事故。特別是在開工或生產(chǎn)波動時，由于溫度、壓力變化幅度較大時，熱脹冷縮可能發(fā)生拉裂管線或拉開法蘭造成物料泄漏。

（6）壓縮機。循環(huán)氫和新氫壓縮機輸送物料為氫氣，屬于甲類可燃氣體，火災爆炸危險大。由于設(shè)備運轉(zhuǎn)容易引起管線、設(shè)備同步振動，增加了設(shè)備疲勞損壞故障，如焊縫開裂、管壁減薄處斷裂等造成介質(zhì)泄漏[4]。此外，高壓分離器液面過高導致循環(huán)氫帶液，也會使壓縮機失去平衡和產(chǎn)生振動，嚴重時會損壞設(shè)備，造成氫氣泄漏，遇點火源發(fā)生燃爆。這些設(shè)備的風險識別，見表2。

表2 加氫裝置主要設(shè)備區(qū)域風險識別

2 裝置運行中可能引發(fā)的事故模式及類型

2.1 引發(fā)事故的模式

裝置運行過程中，由于設(shè)備老化、管線損壞（破裂）或操作失誤容易引起物料泄漏，導致大量易燃、易爆、有毒、有害物質(zhì)釋放，引發(fā)火災、爆炸、中毒等重大事故發(fā)生。

危險性物質(zhì)的泄漏有兩種方式，即連續(xù)性泄漏和瞬時性泄漏，所謂連續(xù)性泄漏是指泄漏源是連續(xù)源或泄放時間大于或等于擴散時間；而瞬時泄漏是指泄漏時間相對于擴散時間比較短的泄漏[5]。泄漏事故危害后果不僅與物質(zhì)的數(shù)量、易燃性、毒性有關(guān)，而且還與泄漏物質(zhì)的相態(tài)、壓力、溫度等狀態(tài)有關(guān)[6]。

（1）可燃氣體泄漏后與空氣混合，當混合濃度達到燃燒極限時，遇到點火源就容易引起火災或爆炸。立即起火，可燃氣體從壓力容器中往外泄出時即被點燃，發(fā)生擴散燃燒，產(chǎn)生噴射性火焰或形成火球，它能迅速危及泄漏現(xiàn)場，但很少會影響到設(shè)備所在區(qū)域的外部。滯后起火，可燃氣體泄出后與空氣充分混合，形成可燃蒸氣云團，并隨風飄移，遇點火源或高熱能，將發(fā)生爆炸或爆轟，破壞范圍較大。

（2）有毒氣體泄漏后形成云團，在空氣中擴散，有毒氣體的濃密云團籠罩空間越大，危害范圍越大。

（3）一般情況下，泄漏的液體首先在空氣中蒸發(fā)而形成蒸氣，泄漏擴散危害后果常與液體的性質(zhì)和貯存條件(溫度、壓力)有關(guān)。常溫常壓下液體泄漏，液體泄漏后聚集在防液堤內(nèi)或地勢低洼處形成液池，由于池表面風的對流池內(nèi)液體開始緩慢蒸發(fā)、擴散，當遇到點火源將發(fā)生池火災[7]；加壓液化氣體泄漏，液體泄漏時一部分瞬時蒸發(fā)，剩余液體將形成一個液池；低溫液體泄漏，液體泄漏時將形成液池吸收周圍熱量蒸發(fā)，蒸發(fā)量低于加壓液化氣體的泄漏量, 高于常溫常壓下液體的泄漏量。

2.2 發(fā)生事故的類型

（1）壓力容器和壓力管道超壓破裂。生產(chǎn)運行過程中使用的壓力容器、壓力管道因強度降低，或安全閥失效，或高壓串低壓等原因引起的超壓破裂或爆炸，從而引起物料的泄漏、跑料。

（2）設(shè)備腐蝕。包括設(shè)備內(nèi)腐蝕和外腐蝕兩種。內(nèi)腐蝕是設(shè)備、管線內(nèi)介質(zhì)對設(shè)備、管線的化學腐蝕，加氫裝置設(shè)備腐蝕主要包括臨氫系統(tǒng)的氫腐蝕、含硫化氫介質(zhì)的硫化氫腐蝕等；外腐蝕是大氣中存在的腐蝕性物質(zhì)對設(shè)備、管線外表面的腐蝕，設(shè)備、管線一旦被腐蝕穿孔破裂，介質(zhì)就會泄漏、擴散。

（3）設(shè)備磨損、沖蝕。物料介質(zhì)在設(shè)備、管線以汽液二相狀態(tài)流動（特別在管線彎頭部位）[8]，如果操作不平穩(wěn)，波動頻繁，或設(shè)備材質(zhì)選擇不當，或介質(zhì)中含固體顆粒等雜質(zhì)，線速高等，易引起設(shè)備管線的磨損和沖蝕，嚴重時將導致物料泄漏、擴散。

（4）應(yīng)力損壞。設(shè)備、管線在使用過程中或因溫度和壓力周期性的變化，或因設(shè)備與管線的連接部位振動頻繁等產(chǎn)生疲勞斷裂，導致物料泄漏。

（5）遭受外力破壞。設(shè)備管線等遭受外力的破壞，使設(shè)備管線發(fā)生破裂，導致物料泄漏。

（6）密封失效。生產(chǎn)過程中設(shè)備設(shè)施的密封和靜密封因密封材質(zhì)選擇不當、高低溫變化頻繁、封油中斷、端封損壞、冷卻水中斷等原因造成的密封失效而造成物料泄漏、跑料、串料。

（7）誤操作或操作不當。如冒頂、切水閥未及時關(guān)閉、流程錯誤等造成的跑料、泄漏、竄料。

（8）隔斷設(shè)備失效。閥門、盲板、水封等設(shè)施失效所造成的泄漏、跑料、串料或高壓串低壓事故。

3 安全風險管控措施

加氫裝置生產(chǎn)過程中的風險主要來源于操作條件、處理物料自身具有的危險性，因此，裝置運行過程中應(yīng)重點對危險物料和設(shè)備進行安全監(jiān)控，對操作人員進行安全教育和技能培訓。

3.1 工藝技術(shù)本質(zhì)安全措施

（1）針對加氫裝置運行過程中處理物料的特性及潛在風險識別，結(jié)合國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局頒布的《重點監(jiān)管的危險化工工藝（2013年完整版）》中關(guān)于加氫工藝的重點監(jiān)控工藝參數(shù)、安全控制要求，設(shè)置相應(yīng)的報警設(shè)施及安全聯(lián)鎖系統(tǒng)。

（2）裝置應(yīng)采用先進可靠的DCS控制系統(tǒng)，對操作中變化較大、較重要的工藝參數(shù)應(yīng)設(shè)置越限報警等自動控制和聯(lián)鎖保護系統(tǒng)，確保在誤操作或非正常工況下對危險物料的安全控制。

（3）為提高裝置生產(chǎn)的安全性，應(yīng)設(shè)置獨立于DCS系統(tǒng)的安全儀表系統(tǒng)（SIS）和緊急停車系統(tǒng)（ESD），在緊急情況下自動關(guān)停威脅裝置安全的泵或閥門。

（4）壓縮機組應(yīng)單獨設(shè)置自動報警和自動聯(lián)鎖保護系統(tǒng)，當發(fā)生誤操作或意外事故時可自動關(guān)停危及安全的操作。

（5）裝置應(yīng)設(shè)置緊急切斷系統(tǒng)和緊急泄壓火炬系統(tǒng)，保證非正常工況下危險物料能夠安全排出并安全處置。

（6）為避免反應(yīng)器床層飛溫，工藝技術(shù)應(yīng)有確保進反應(yīng)器冷氫管線暢通的安全措施，適當降低爐入口溫度，提高循環(huán)氫壓縮機排量。

（7）原料油混氫、反應(yīng)器進冷氫、空冷器注水、離心式壓縮機出口等處均應(yīng)設(shè)置可靠的單向閥。

（8）選用的設(shè)備材料在使用中可能發(fā)生濕H2S應(yīng)力腐蝕開裂的部位，在制造完畢后必須進行消除應(yīng)力熱處理。

3.2 現(xiàn)場設(shè)備安全管控措施

（1）加熱爐燃料分液罐除設(shè)玻璃板液位計外，還應(yīng)設(shè)置遠傳外浮球液位報警器，并在DCS顯示報警，避免燃料氣帶液，引起爐膛大火，燒壞爐管。

（2）加熱爐長明燈和燃料氣火嘴供氣管道應(yīng)分別設(shè)立自力閥和控制閥，并在各路設(shè)置快速切斷閥，設(shè)定先后關(guān)閉順序，防止瓦斯串入，發(fā)生爐膛爆炸事故。

（3）生產(chǎn)過程中所有物料均應(yīng)處在密閉狀態(tài)下，各類危險化學品在裝置區(qū)邊緣與公用工程管線連接部位根部應(yīng)設(shè)置切斷閥。進出裝置管線包括燃料氣、汽油、H2、柴油等管線以及脫硫劑、氮氣、H2、工業(yè)風等管線應(yīng)安裝三閥組、止回閥或“8”字盲板。

（4）裝置內(nèi)設(shè)備、建（構(gòu)）筑物的布置、防火間距應(yīng)符合《石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范》（GB50160-2008）的規(guī)定，滿足安全生產(chǎn)、防火、防爆和施工、檢修、操作要求。

（5）裝置在停電、停汽或操作不正常情況下，可能發(fā)生物料倒流，因此相應(yīng)設(shè)備、管道應(yīng)設(shè)置自動切斷閥、止回閥等安全設(shè)施。

（6）循環(huán)氫壓縮機入口處應(yīng)設(shè)緊急排泄系統(tǒng)，以防系統(tǒng)超壓發(fā)生事故。

（7）企業(yè)應(yīng)根據(jù)裝置特點，選擇先進的工藝技術(shù)和符合工藝要求的設(shè)備，保證裝置所用的設(shè)備和管線的材質(zhì)符合工藝要求。按照《石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警設(shè)計規(guī)范》(GB 50493-2009)要求，設(shè)置可燃氣體和有毒氣體（H2S）檢測報警儀并處于完好狀態(tài)。

4 結(jié)論與建議

加氫工藝具有高溫高壓、易燃易爆等危險特性，發(fā)生重大事故的幾率較高，作為重點監(jiān)管危險化工工藝，企業(yè)必須采取有效的安全防范措施進行安全控制。本文通過對加氫裝置生產(chǎn)過程潛在的風險進行了識別，并提出了相應(yīng)的安全防范措施。建議涉及加氫工藝的化工企業(yè)應(yīng)高度重視，新建裝置應(yīng)采用HAZOP和LOPA相結(jié)合的分析方法進行方案審查，在役裝置應(yīng)嚴格執(zhí)行國家規(guī)定的危險化工工藝安全控制要求，加強工藝管理、設(shè)備維護和監(jiān)測，控制和消除各種危險因素，做到防患于未然。

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