王素娟 徐 欣 吳佳亮

(浙江省安全生產(chǎn)科學(xué)研究院,浙江 杭州310012)

1 概述

HAZOPO分析又稱危險(xiǎn)性與可操作性分析,是以關(guān)鍵詞為引導(dǎo)的一種方法,在每個(gè)關(guān)鍵詞下找到偏差,分析偏差產(chǎn)生的原因和可能出現(xiàn)的后果。根據(jù)分析出來(lái)的失效原因和失效后果自定相應(yīng)的解決措施的一個(gè)過(guò)程。目前被大量的運(yùn)用到檢查工業(yè)設(shè)計(jì)的安全問(wèn)題以及風(fēng)險(xiǎn)危害的來(lái)源問(wèn)題。

液氨制冷系統(tǒng)是冷凍行業(yè)和食品行業(yè)中應(yīng)用非常普遍的一種制冷系統(tǒng)。但是液氨制冷系統(tǒng)在應(yīng)用效果良好的基礎(chǔ)上還是存在一些安全隱患。本文根據(jù)食品行業(yè)液氨的制冷管道工作環(huán)境和參數(shù)狀態(tài)的差異,將氨制冷裝置分成不同的節(jié)點(diǎn)來(lái)進(jìn)行分析,可以更好地找到失效原因和失效后果。

2 液氨制冷系統(tǒng)的介紹以及節(jié)點(diǎn)的劃分

圖1 液氨制冷系統(tǒng)工藝流程圖

2.1 液氨制冷系統(tǒng)的整體介紹

根據(jù)工藝流程圖,液氨制冷系統(tǒng)主要是由壓縮機(jī)、分離器、中間冷卻器。冷凝器、儲(chǔ)氨器、氨泵以及其他的配套設(shè)備整合而成的一套系統(tǒng)。一些必需的配件,比如壓力表、液位計(jì)等設(shè)別未在圖中標(biāo)明但必須存在。

2.2 液氨制冷系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的劃分

根據(jù)工藝流程,把液氨制冷系統(tǒng)分為了五個(gè)節(jié)點(diǎn)。這五個(gè)節(jié)點(diǎn)分別是：

(1)中冷節(jié)點(diǎn)。

該節(jié)點(diǎn)主要包括從壓縮機(jī)一級(jí)出口到中間冷卻器再到壓縮機(jī)的管線。

(2)高壓氣相管節(jié)點(diǎn)。

該節(jié)點(diǎn)指的是壓縮機(jī)二級(jí)出口進(jìn)過(guò)分離器到冷凝器的管線。

(3)高壓液相管節(jié)點(diǎn)。

該節(jié)點(diǎn)包括存儲(chǔ)器到高壓調(diào)節(jié)站的管線。

(4)低壓液相管節(jié)點(diǎn)。

該節(jié)點(diǎn)包括高壓調(diào)節(jié)站到中間冷卻器和低壓循環(huán)桶的管線。因?yàn)閴毫刂圃诖蠹s0.1兆帕的大小,所以稱為低壓液相管節(jié)點(diǎn)。

(5)制冷端節(jié)點(diǎn)。

低壓循環(huán)桶經(jīng)過(guò)氨泵到庫(kù)房,單凍機(jī)等制冷設(shè)施,循環(huán)之后再回到循環(huán)桶這個(gè)環(huán)節(jié)的管線成為制冷端管線。需要說(shuō)明的是除霜的管線有歸算到這個(gè)節(jié)點(diǎn)里邊。

3 液氨制冷系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的風(fēng)險(xiǎn)分析

本文風(fēng)險(xiǎn)分析主要根據(jù)浙江某食品加工廠的冷凍裝置進(jìn)行分析,該裝置的工藝和采取的安全措施在浙江沿海城市(舟山、臺(tái)州)具有普遍性。調(diào)查發(fā)現(xiàn)舟山、臺(tái)州地區(qū)氨制冷裝置的涉氨管道和安全附件均已委托當(dāng)?shù)刭|(zhì)監(jiān)部門(mén)重新安裝,并納入壓力管道監(jiān)察范圍,但氨制冷系統(tǒng)均未進(jìn)行設(shè)計(jì),無(wú)自動(dòng)化控制系統(tǒng)。

3.1 中冷節(jié)點(diǎn)的風(fēng)險(xiǎn)分析

中冷節(jié)點(diǎn)中的液態(tài)氨是通過(guò)高壓調(diào)節(jié)站中的節(jié)流閥流出的。按照統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù),在設(shè)備正常工作的時(shí)候,中間冷卻器的液位高度一般控制在百分之二十到百分之三十之間,液位的變化幅度不大,根據(jù)本次調(diào)研統(tǒng)計(jì)的設(shè)備使用情況,中間冷卻器的液位高度從未出現(xiàn)超高的現(xiàn)象,所以此處風(fēng)險(xiǎn)很小,可以忽略不計(jì)。

根據(jù)物理知識(shí),進(jìn)氣量和壓縮機(jī)的電動(dòng)機(jī)功率是成正比的。當(dāng)帶動(dòng)壓縮機(jī)的電動(dòng)機(jī)功率增大的時(shí)候,進(jìn)氣管的進(jìn)氣量也是隨著增大的。制冷設(shè)備做好以后電動(dòng)機(jī)的是不會(huì)再變化的,所以壓縮機(jī)的進(jìn)氣量也是不會(huì)發(fā)生變化的,這里基本上沒(méi)有風(fēng)險(xiǎn)。壓縮機(jī)的壓縮量是固定的,當(dāng)出現(xiàn)堵塞的時(shí)候,壓縮機(jī)的壓力會(huì)升高。壓力升高以后對(duì)整個(gè)設(shè)備的耐壓都是一個(gè)考驗(yàn),如果壓力太大,超過(guò)了設(shè)備的耐壓值,往往會(huì)出現(xiàn)壓縮機(jī)停車,管線破裂、氣缸破裂等安全事故。如果一旦發(fā)生壓力過(guò)大造成的設(shè)備破裂,對(duì)于設(shè)備周圍的工作人員可能造成傷害,同時(shí)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失。

壓縮機(jī)輸出功率不足也會(huì)帶來(lái)一些問(wèn)題。導(dǎo)致壓縮機(jī)出口功率不足的原因一般是閥門(mén)的開(kāi)度不夠后者因?yàn)殡姍C(jī)的老化導(dǎo)致壓縮機(jī)本身的輸出功率不夠。

閥門(mén)的密封也是一個(gè)存在危險(xiǎn)性的部分。根據(jù)工藝流程,閥門(mén)密封件損壞,就會(huì)直接導(dǎo)致液氨的泄漏。液氨制冷系統(tǒng)閥門(mén)的密封損壞的發(fā)生概率較大,液氨泄漏發(fā)生的事故后果按較重計(jì)算,發(fā)生事故嚴(yán)重程度較高,需增加相應(yīng)的安全措施。

閥門(mén)的問(wèn)題。根據(jù)調(diào)研情況,氨制冷系統(tǒng)中采用專用的液氨閥門(mén)。目前浙江沿海城市液氨管道和配套閥門(mén)、壓力表均已委托當(dāng)?shù)刭|(zhì)監(jiān)部門(mén)重新安裝、校驗(yàn)和核算,閥門(mén)校驗(yàn)后如在有效校驗(yàn)期內(nèi)正確使用,閥門(mén)出現(xiàn)問(wèn)題的可能性是極小的。

3.2 高壓氣相管節(jié)點(diǎn)

在高壓氣相管節(jié)點(diǎn)部分主要是要考慮不凝介質(zhì)的問(wèn)題。根據(jù)實(shí)際工作中的經(jīng)驗(yàn),高壓氣相管中往往會(huì)存在一些不凝介質(zhì)。這些不凝介質(zhì)主要是在設(shè)備檢修或者安裝的時(shí)候進(jìn)入到管道內(nèi)部的,但是這少量的不凝介質(zhì)會(huì)給高壓氣相管帶來(lái)非常大的損害。不凝介質(zhì)給高壓氣相管帶來(lái)危害的主要作用機(jī)理是不凝介質(zhì)會(huì)在高壓氣相管中形成氣腔。這些氣腔的形成會(huì)嚴(yán)重的影響氨氣的流動(dòng)。伴隨氨氣的流動(dòng)不順暢,會(huì)導(dǎo)致設(shè)備承受的壓力驟然增大。壓力增大以后就會(huì)出現(xiàn)設(shè)備管線破裂等一系列事故。液氨管道屬于壓力管道,按照國(guó)家法定壓力管道檢測(cè)要求進(jìn)行檢測(cè)、維護(hù)和保養(yǎng),不凝介質(zhì)帶來(lái)的事故概率極低。

管道的泄漏是需要考慮的一個(gè)部分。該節(jié)點(diǎn)部分管道布置在室外,工作溫度－20℃～140℃,所以加上雨水的侵蝕效果,很容易出現(xiàn)管線漏氣。

蒸發(fā)器連接的管道、閥門(mén)等發(fā)生泄漏,導(dǎo)致氨氣泄漏,可能造成現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員傷亡。根據(jù)調(diào)研情況,氨壓縮機(jī)房和高低壓循環(huán)桶裝置所在區(qū)域均已設(shè)置氨氣泄漏報(bào)警器,管道、閥門(mén)已納入當(dāng)?shù)刭|(zhì)監(jiān)部門(mén)監(jiān)檢范圍,發(fā)生概率較小,事故可控程度較高。

3.3 高壓液相管節(jié)點(diǎn)

高壓貯液器的工作狀態(tài)時(shí)該節(jié)點(diǎn)的重要的分析部分。高壓貯液器狀況會(huì)直接的影響著液氨的溫度和壓力。一般來(lái)講,高溫季節(jié)當(dāng)發(fā)生全廠性停電時(shí),制冷系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間處于高溫環(huán)境下,高壓貯液器可能會(huì)隨著環(huán)境溫度升高而升高,當(dāng)貯液器溫度和壓力高于下一節(jié)點(diǎn)低壓桶泵機(jī)組低壓循環(huán)桶設(shè)計(jì)溫度和壓力時(shí),低壓循環(huán)桶可能因此承壓破裂,導(dǎo)致事故發(fā)生。

冷凝器也是該環(huán)節(jié)的重要組成部分。連接的管道、閥門(mén)等發(fā)生泄漏,導(dǎo)致氨氣泄漏,可能造成現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員傷亡。

3.4 低壓液相管節(jié)點(diǎn)

該節(jié)點(diǎn)的介質(zhì)是來(lái)自高壓調(diào)節(jié)站的,閥門(mén)的開(kāi)度直接決定著管道的壓力。管道的壓力一旦過(guò)大,就會(huì)導(dǎo)致管線的破裂。管線破裂以后會(huì)導(dǎo)致液氨的泄漏,輕則造成環(huán)境污染和人員中毒,危險(xiǎn)的時(shí)候會(huì)發(fā)生大規(guī)模爆炸。事故后果嚴(yán)重,但壓力管道根據(jù)要求檢測(cè)登記,事故概率較小。

3.5 制冷端節(jié)點(diǎn)

制冷端節(jié)點(diǎn)是制冷系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)。庫(kù)房和單凍機(jī)等設(shè)備正常工作是需要的液氨是從低壓循環(huán)桶中供應(yīng)的。氨泵是該節(jié)點(diǎn)一個(gè)分析重點(diǎn)。氨泵的密封損壞的發(fā)生概率為較大,液氨泄漏發(fā)生的事故后果按較重計(jì)算,則該偏離發(fā)生造成事故風(fēng)險(xiǎn)程度較大,需增加相應(yīng)的安全措施。

另外,有庫(kù)房的頂棚管脫落情況。造成該現(xiàn)象的原因主要有兩個(gè)原因：一是蒸發(fā)排管嚴(yán)重結(jié)霜,二是支吊架腐蝕變形。雖然庫(kù)房的頂棚管很難發(fā)生脫落的情況,但一旦出現(xiàn)這種現(xiàn)象,失效后果非常嚴(yán)重。

4 液氨制冷系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果及一些改進(jìn)措施

表1是分析結(jié)果。

表1 分析結(jié)果

5 總結(jié)

以上,根據(jù)沿海城市食品加工企業(yè)氨制冷裝置的工藝和采取的安全措施,進(jìn)行食品行業(yè)液氨制冷系統(tǒng)的危險(xiǎn)性與可操作性分析。根據(jù)分析結(jié)果,目前食品行業(yè)氨制冷裝置普遍存在的問(wèn)題是缺乏設(shè)計(jì)和自動(dòng)化控制系統(tǒng)。建議對(duì)改、擴(kuò)建氨制冷裝置增設(shè)自動(dòng)化控制系統(tǒng),以增強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)的可控性。針對(duì)在役的氨制冷裝置,建議盡快進(jìn)行壓力管道、特種設(shè)備的登記、建檔、在線檢測(cè),閥門(mén)、壓力表等定期校驗(yàn),通過(guò)這些技術(shù),加強(qiáng)泄漏管理。并在所有潛在氨氣泄漏風(fēng)險(xiǎn)的場(chǎng)所設(shè)置氨氣檢測(cè)報(bào)警儀,有超限危險(xiǎn)的裝置設(shè)液位、溫度、壓力檢測(cè)報(bào)警裝置,如有可能設(shè)安全連鎖或自動(dòng)化系統(tǒng)。

[1]質(zhì)檢總局關(guān)于修訂《特種設(shè)備目錄》的公告(2014年第114號(hào))[S].

[2]趙寶劍,盧程明,郭偉.HAZOP和SAFETI在注氨風(fēng)險(xiǎn)分析中的運(yùn)用[J].化學(xué)工程與設(shè)備,2015,(10).

[3]馬連.氨制冷壓力容器制造中無(wú)損檢測(cè)的問(wèn)題探析[J].化工管理,2013,(6)：67-68.