基于HAZOP的PSA制氢系统安全分析

在役PSA制氢系统的HAZOP应用摘要：PSA制氢广泛应用于化工生产中，对生产装置运行进行安全分析，找出其中存在的隐患和缺陷，完善工艺装置的设计、设备选择及操作维护，提高装置的安全可靠性。关键词：PSA制氢HAZOP安全评价1.安全分析的意义PSA制氢在化工生产中广泛应用。根据生产装置的性质，保障安全生产和稳定生产的意义重大，保障工艺过程安全是包括石油化工行业在内的流程工业所特有的、重要的安全生产管理任务。危险与可操作性分析以其科学性、系统性和全面性特点在化工生产中得到广泛认可和应用，成为化工行业事故预防的有效手段和重要工具。在国家安全监管总局和工业和信息化部“关于危险化学品企业落实《国务院关于进一步加强企业安全生产工作的通知》的实施意见”（安监总管三(2010)186号）、国家安监总局《关于印发危险化学品创业单位安全生产标准化评审标准的通知》（安监总管三（2011）93号）中，要求危化品企业对危险化工工艺和重点监管危险化学品的生产装置，要积极利用危险与可操作性分析（HAZOP）评估方法，全面排查事故隐患，提高本职安全。河南能化集团近年来在集团内部积极推进HAZOP的实施，为进一步推进企业安全标准化建设打下坚实基础。2.主要分析工作对PSA制氢工艺进行安全分析，从工艺安全出发，从设计、操作、运行、设备等方面对装置进行分析，3.本分析方法与其他安全分析方法的比较4.HAZOP基本概念和术语（1）分析节点（2）操作步骤（3）引导词（4）工艺参数（5）工艺指标（6）偏差（7）原因（8）后果（9）安全措施（10）补充措施5.HAZOP的节点选择对于连续的工艺操作过程，HAZOP分析节点为工艺单元，而对于间歇操作的过程来说，HAZOP的分析节点为操作步骤。本装置为连续运行的间歇式操作过程，所以分析节点为操作步骤。合理的划分分析节点或操作步骤对HAZOP的结果影响较大，本次分析节点以步骤为主，6.偏差的确定对于每一个节点，HAZOP分析以正常操作运行的工艺参数为标准值，分析运行过程中工艺参数的变动，这些偏差通过引导词和工艺参数引出。确定偏差最常用的方法是引导词法，即：偏差=引导词+工艺参数。PSA-H2装置HAZOP常用引导词表引导词含意说明No（空白）对设计意图的否定设计或操作要求的指标或事件完全不发生，如放空流量LESS(减量)数量减少同标准值比较，数值偏小，More（过量）数量增加同标准值比较，数值偏大Partof（部分）质的减少只完成既定功能的一部分AsWellAs（伴随）质的增加在完成既定功能的同时，伴随多余事件发生Reverse（相逆）设计意图的逻辑反面出现和设计要求完全相反的事或物OtherThan（异常）完全替代出现和设计要求不相同的事或物7.分析的范围分析的范围包括PSA-H2的周期工作步骤，包括吸附、降压、解析、升压等工作步骤。阀门运行安全、设备设计运行安全、前后工序风险等。8.分析内容本工序中变压吸附系统由12台吸附器、1台粗氢气缓冲罐、2台顺放气缓冲罐、1台冲洗气缓冲罐、1台冲洗气混合罐、104台程序控制阀、以及几套调节阀通过管线连接构成。图中的设备和程控阀的位号是简化代号，在本说明书叙述时仍以附图工艺流程中的方式表示。每台吸附器与程控阀相连。程控阀位号的编制说明如下：KV-1230－ix│││││││└────塔的编号:从A到L││└──阀门功能││1原料气进口阀││2产品氢气出口阀││3逆放、冲洗出口阀││4二、三均阀││5一均/终充阀││6四、五均阀││7六均、顺放阀││8冲洗进气阀││9顺放总阀││10逆放冲洗总阀││11冲洗进气总阀│└────────工序号└───────程序控制切换阀1.2.3.112－3－6/P运行方式工艺步骤PSA－H2工序采用12－3－6/P工艺运行，即3台吸附器处于进入原料气、产出半产品气的吸附步骤，其余9台吸附器处于吸附剂再生的不同步骤。每塔每一次循环均经历吸附(A)、第一次压力均衡降(E1D)、第二次压力均衡降(E2D)、第三次压力均衡降(E3D)、第四次压力均衡降(E4D)、第五次压力均衡降(E5D)、第六次压力均衡降(E6D)、顺向放压（PP）、逆向放压(D)、冲洗（P）、第六次压力均衡升(E6R)、第五次压力均衡升(E5R)、第四次压力均衡升(E4R)、第三次压力均衡升(E3R)、第二次压力均衡升(E2R)、第一次压力均衡升(E1R)、最终升压(FR)等17个步骤，12个塔在程序安排上相互错开(见程序运行时序表)，以保证原料气连续输入，半产品气连续输出。其具体工艺步骤见PSA－H2程序运行时序表(附表1)现以吸附塔T12301A为例，叙述PSA－H2工序的各工艺步骤：1、吸附（A）开启阀KV-12301A、KV-12302A。原料气在约3.1MPa压力下，通过阀KV-12301A进入吸附塔C12301A，CO、N2、CH4等杂质组份被吸附在吸附剂上，产品氢气经阀KV12302A、调节阀PV12301送出界外。当被吸附杂质的吸附前沿（指产品氢气中允许的最低杂质浓度）移动到吸附器一定位置时，关闭程控阀KV-12301A、KV-12302A停止原料气进入和产品输出。此时吸附器中吸附前沿至出口端之间还留有一段未吸附杂质的吸附剂，吸附步骤结束。过程压力：~3.1MPa。步骤执行时间：～180s。2、第一次压力均衡降（简称一均降、E1D）开启阀KV-12305A、KV-12305E。吸附塔C12301A吸附步骤停止后,与刚结束二均升（E2R）步骤的吸附塔C12301E以出口端相连进行第一次压力均衡降，均压过程中吸附塔C12301A的吸附前沿朝出口端方向推进，但仍未达到其出口端。当两台吸附塔压力基本相等时，关闭阀KV-12305A一均降步骤结束。（继续开启阀KV-12305E进行下一步骤终充）过程压力：由3.1MPa下降到2.66MPa。步骤执行时间：～30s。3、第二次压力均衡降（简称二均降、E2D）开启阀KV-12304A、KV-12304F。吸附塔C12301A一均降步骤停止后，与刚结束三均升（E3R）步骤的吸附塔C12301F以出口端相连进行第二次压力均衡降，均压过程中吸附塔C12301A的吸附前沿继续朝出口端方向推进，但仍未达到其出口端。当两塔压力基本相等时，关闭阀KV-12304F二均降步骤结束。（继续开启阀KV-12304A进行下一步骤三均降）过程压力：由2.66MPa下降到2.22MPa。步骤执行时间：～30s。4、第三次压力均衡降（简称三均降、E3D）继续开启阀KV-12304A，开启KV-12304G。吸附塔C12301A二均降步骤停止后，与刚结束四均升（E4R）步骤的吸附塔C12301G以出口端相连进行第三次压力均衡降，均压过程中吸附塔C12301A的吸附前沿继续朝出口端方向推进，但仍未达到其出口端。当两台吸附塔压力基本相等时，关闭阀KV-12304A三均降步骤结束。（继续开启阀KV-12304G进行下一步骤五均升）过程压力：由2.22MPa下降到1.78MPa。步骤执行时间：～30s。5、第四次压力均衡降（简称四均降、E4D）开启阀KV-12306A、KV-12306H。吸附塔C12301A三均降步骤停止后，与刚结束五均升（E5R）步骤的吸附塔C12301H以出口端相连进行第四次压力均衡降，均压过程中吸附塔C12301A的吸附前沿继续朝出口端方向推进，但仍未达到其出口端。当两塔压力基本相等时，关闭阀KV-12306H四均降步骤结束。（继续开启阀KV-12306A进行下一步骤五均降）过程压力：由1.78MPa下降到1.34MPa。步骤执行时间：～30s。6、第五次压力均衡降（简称五均降、E5D）继续开启阀KV-12306A，开启KV-12306I。吸附塔C12301A四均降步骤停止后,与刚结束六均升（E6R）步骤的吸附塔C12301I以出口端相连进行第五次压力均衡降，均压过程中吸附塔C12301A的吸附前沿继续朝出口端方向推进，但仍未达到其出口端。当两台吸附塔压力基本相等时，关闭阀KV-12306A五均降步骤结束。（继续开启阀KV-12306I进行下一步骤四均升）过程压力：由1.34MPa下降到0.91MPa。步骤执行时间：～30s。7、第六次压力均衡降（简称六均降、E6D）开启阀KV-12307A、KV-12307J。吸附塔C12301A五均降步骤停止后，与刚结束冲洗（P）步骤的吸附塔C12301J以出口端相连进行第六次压力均衡降，均压过程中吸附塔C12301A的吸附前沿继续朝出口端方向推进，刚好达到其出口端。当两塔压力基本相等时，六均降步骤结束。（继续开启阀KV-12307A、KV-12307J进行下一步骤）过程压力：由0.91MPa下降到0.47MPa。步骤执行时间：～30s。8、顺向放压（简称顺放、PP）继续开启阀KV-12307A，开启阀KV-12309A、B。吸附塔C12301A七均降步骤停止后，开始顺放，顺放分为前期和后期。顺放前期时，开启阀KV12309A，吸附塔C12301A内剩余气体顺着出口方向通过阀KV12309A进入顺放气缓冲罐（T12302A），作为其他吸附塔的冲洗后期再生气；顺放后期时，关闭阀KV12309A，开启KV12309B，吸附塔C12301B内剩余气体顺着出口方向通过阀KV12309B进入顺放气缓冲罐（T12302B），作为其他吸附塔的冲洗前期再生气。当吸附塔压力达到设定值时，关闭阀KV12309B、KV12307A顺放步骤结束。过程压力：由0.47MPa下降到0.2MPa。步骤执行时间：～30s。9、逆向放压（简称逆放、D）开启程控阀KV-12303A和程控阀KV-12310B。逆放前期时，吸附塔C12301A内压力较高的逆放气体经程控阀KV-12310B去冲洗气缓冲罐（T12303），经缓冲后通过调节阀PV-12303A进入冲洗气混合罐（T12304），结束时关闭程控阀KV-12310B；逆放后期时，压力较低的部分气体经程控阀KV-12303A和调节阀HV-12303B调节进入冲洗气混合罐（T12304）,当压力降至接近常压时，部分杂质已解吸，逆放步骤结束。过程压力：0.2MPa下降至0.03MPa。步骤执行时间：～30s。10、冲洗（P）继续开启阀KV-12303A、HV12303B，开启KV12308A。冲洗分为前期和后期。冲洗前期时，开启KV12311D、HV12302B，来自顺放气缓冲罐（T12302B）的顺放气通过阀KV-12308A进入吸附塔（C12301A），从上到下对吸附床层进行冲洗再生，得到的解吸气通过阀KV-12303A、调节阀HV12303B进入冲洗气混合罐（T12304）送出界外；冲洗后期时，开启KV12311A、HV12302A，来自顺放气缓冲罐（T12302A）的顺放气通过阀KV-12308A进入吸附塔（C12301A），从上到下对吸附床层进行冲洗再生，得到的解吸气通过阀KV12303A、调节阀HV12303B进入冲洗气混合罐（T12304）送出界外。吸附床层得到完全再生时，关闭KV12308A、KV12303A冲洗步骤结束。过程压力：~0.03MPa。步骤执行时间：～90s。11、第六次压力均衡升（简称六均升、E6R）继续开启阀KV-12307A、开启KV-12307D。吸附塔C12301A冲洗步骤停止后，与刚结束五均降（E5D）步骤的吸附塔C12301D以出口端相连进行第六次压力均衡升，均压过程中吸附塔C12301A的压力升高。当两塔压力基本相等时，关闭阀KV-12307A、KV-12307D六均升步骤结束。过程压力：由0.03MPa上升至0.47MPa。步骤执行时间：～30s。12、第五次压力均衡升（简称五均升、E5R）开启程控阀KV-12306A，继续开启KV-12306E。吸附塔C12301A六均升步骤结束后，与刚结束四均降（E4D）步骤的吸附塔C12301E以出口端相连进行第五次压力均衡升，均压过程中吸附塔C12301A塔的压力升高。当两台吸附器压力基本相等时，