華北石化加氫精制裝置風(fēng)險(xiǎn)剖析及防控措施

華北石化加氫精制裝置風(fēng)險(xiǎn)剖析及防控措施

張順清

(華北石化三聯(lián)合運(yùn)行部，河北 任丘 062552)

摘要：加氫精制是餾份油在氫壓下進(jìn)行催化改質(zhì)的統(tǒng)稱。是指在催化劑和氫氣存在下，石油餾分中含硫、氮、氧的非烴組分和有機(jī)金屬化合物分子發(fā)生脫除硫、氮、氧和金屬的氫解反應(yīng)，烯烴和芳烴分子發(fā)生加氫反應(yīng)使其飽和。通過加氫精制可以改善油品的氣味、顏色和安定性，提高油品的質(zhì)量，滿足環(huán)保對(duì)油品的使用要求。該裝置介質(zhì)屬于易燃易爆，一旦發(fā)生泄漏可能發(fā)生爆炸、人員傷亡事故。為了確保裝置安全運(yùn)行，本文對(duì)裝置的介質(zhì)和易發(fā)生泄漏的設(shè)備進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，并制定具體的防控措施。

關(guān)鍵詞：工藝流程關(guān)鍵設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別防控措施

0引言

隨著煉化企業(yè)的快速發(fā)展，火災(zāi)發(fā)生的頻率也逐年上升，火災(zāi)的主要原因是設(shè)備老化泄漏和操作人員違規(guī)作業(yè)而造成的，如：2010年7月16日18時(shí)，遼寧省大連市開發(fā)區(qū)，新港輸油管道發(fā)生爆炸引發(fā)火災(zāi)。2011年7月16日14分，中石油大連石化1000萬噸常減壓蒸餾裝置換熱器發(fā)生泄漏引起火災(zāi)。2013年6月2日，中石油大連石化分公司，作業(yè)人員在三苯罐區(qū)作業(yè)時(shí)，引起儲(chǔ)罐爆炸，造成4人死亡。事后經(jīng)專家組認(rèn)定，三起惡性事故的誘發(fā)主要是作業(yè)人員沒有風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和制定相應(yīng)的防控措施造成的。所以正確的風(fēng)險(xiǎn)防控對(duì)有效地處置火災(zāi)將起到?jīng)Q定性的作用。

1、裝置概況

1.1　生產(chǎn)工藝

柴油加氫精制原料油自裝置外按0.8Mpa，40℃進(jìn)入界區(qū)后，經(jīng)過濾器(SR-5201)過濾后進(jìn)入原料油緩沖罐(D-5201)，再由反應(yīng)進(jìn)料泵(P-5201/1、2)升壓至9.10Mpa，與來自補(bǔ)充氫壓縮機(jī)(K-5201/1、2)和循環(huán)壓縮機(jī)(K-5202)的循環(huán)氫(壓力為9.1Mpa)混合，首先經(jīng)混氫原料油(Ⅰ)/反應(yīng)產(chǎn)物換熱器(E-5203/1，2)換熱，再經(jīng)混氫原料油(Ⅱ)/反應(yīng)產(chǎn)物換熱器(E-5201)換熱后進(jìn)入反應(yīng)進(jìn)料加熱爐(F-5201)，加熱至265℃進(jìn)入精制反應(yīng)器(R-5201)中。該反應(yīng)器裝有精制催化劑，設(shè)置三段催化劑床層，床層間設(shè)有注急冷氫設(shè)施。在加氫精制反應(yīng)器中，混氫原料油在DN-3110催化劑的作用下，進(jìn)行脫氮、脫硫和烯烴飽和等精制反應(yīng)，得到優(yōu)質(zhì)柴油。自加氫反應(yīng)器來的反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)混氫原料油(Ⅱ)/反應(yīng)產(chǎn)物換熱器(E-5201)、低分油(Ⅱ)/反應(yīng)產(chǎn)物換熱器(E-5202)、混氫原料油(Ⅰ)/反應(yīng)產(chǎn)物換熱器(E-5203/1，2)換熱，低分油(Ⅰ)/反應(yīng)產(chǎn)物換熱器(E-5204/1，2)換熱，然后經(jīng)反應(yīng)產(chǎn)物空冷器(A-5201/1～8)冷卻至50℃后進(jìn)入高壓分離器(D-5203)進(jìn)行氣、油、水三相分離。

為了防止反應(yīng)生成的H2S和NH3在降溫冷卻過程中生成銨鹽(NH4CL和NH4HS)結(jié)晶析出，堵塞設(shè)備和管道，經(jīng)過注水泵(P-5201/1，2)將除鹽水注入到反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)入空冷器前和低分油(Ⅰ)/反應(yīng)產(chǎn)物換熱器(E-5204/1，2)上游的管線中。以溶解NH4HS，在E-5203與E-5204之間注水溶解NH4CL。

高壓分離器分離出的含H2體一部分(10000Nm3/h)去膜分離裝置提純，以提高混合氫的氫純度；其余的高分氣送到循環(huán)氫壓縮機(jī)入口分液罐D(zhuǎn)-5206進(jìn)行氣液分離，氣體進(jìn)入壓縮機(jī)壓縮升壓至9.2MPa(g)，然后分兩路：一路作為急冷氫進(jìn)入反應(yīng)器，另一路與60萬噸/年柴油加氫改質(zhì)裝置的循環(huán)氫及來自補(bǔ)充氫壓縮機(jī)的新氫混合，混合氫分兩路：一路至原60萬噸/年柴油加氫改質(zhì)裝置，一路與本裝置的原料油混合作為反應(yīng)進(jìn)料。高壓分離器(D-5203)水相送至酸性水汽提裝置統(tǒng)一處理。高壓分離器分離出的油減壓到1.2Mpa后進(jìn)入低壓分離器(D-5204)閃蒸出少量含硫氣體至催化裂化裝置的干氣脫硫設(shè)施統(tǒng)一處理。低分油經(jīng)低分油(Ⅰ)/反應(yīng)產(chǎn)物換熱器(E-5204/1，2)、低分油/分餾塔底油換熱器(E-5206/1～4)和低分油(Ⅱ)/反應(yīng)產(chǎn)物換熱器(E-5202)換熱后進(jìn)入分餾塔(C-5201)，含硫、含氨污水自低壓分離器底排出，至酸性水汽提裝置統(tǒng)一處理。重整氫經(jīng)補(bǔ)充氫壓縮機(jī)入口分液罐(D-5205)分液后進(jìn)入補(bǔ)充氫壓縮機(jī)(K-5201/1，2、K-5201/A，B，C)，其中K-5201/A，B，C為原60萬噸/年柴油加氫改質(zhì)裝置的補(bǔ)充氫壓縮機(jī)，作為K-5201/1，2的備用機(jī)，經(jīng)兩級(jí)升壓至9.2MPa(g)后，再與循環(huán)氫混合。

10000Nm3/h的循環(huán)氫經(jīng)膜分離提純裝置提純后與重整氫一起進(jìn)入補(bǔ)充氫壓縮機(jī)入口分液罐(D-5205)，尾氣送至催化裂化裝置的干氣脫硫設(shè)施統(tǒng)一處理。

從反應(yīng)部分來的低分油經(jīng)換熱后進(jìn)入分餾塔(C-5201)，塔頂油氣經(jīng)分餾塔頂空冷器(A-5202/1～4)和分餾塔頂后冷器(E-5207/1，2)冷凝冷卻至40℃，進(jìn)入分餾塔頂回流罐(D-5208)進(jìn)行氣、油、水三相分離。含硫污水送出裝置，油相經(jīng)分餾塔頂回流泵(P-5203/1，2)升壓后一部分作為塔頂回流，一部分作為石腦油出裝置，含硫干氣送入脫硫塔進(jìn)行脫硫，然后進(jìn)入燃料氣管網(wǎng)。分餾塔塔底油經(jīng)分餾塔底產(chǎn)品泵(P-5204/1，2)增壓與低分油和熱水換熱后進(jìn)入精制柴油空冷器(A-5203/1～6)冷卻至50℃，經(jīng)精制柴油聚結(jié)器脫水后出裝置。

1.2　關(guān)鍵設(shè)備

1.2.1換熱器

在原料進(jìn)入換熱器之前將氫氣注入到原料之中。換熱器內(nèi)的熱物流為反應(yīng)產(chǎn)物，其自身冷卻或部分冷凝時(shí)，使氫氣和柴油混合物在進(jìn)入反應(yīng)器全部汽化。

1.2.2壓縮機(jī)

壓縮機(jī)的主要目的是將氫壓縮到足夠的壓力，以便再次循環(huán)到加熱爐、反應(yīng)器、反應(yīng)產(chǎn)物分離器。

1.2.3加熱爐

該裝置加熱爐為燃?xì)饧訜釥t，能使進(jìn)入其中的混合物料升溫至反應(yīng)器床層所需溫度(330-400℃)。

1.2.4反應(yīng)器

反應(yīng)器的作用是為氫氣和汽化的原料提供適宜的環(huán)境，以確保達(dá)到理想的精制效果。主要反應(yīng)如下：

(3)含氧化合物的氫解反應(yīng)：

(4)加氫脫金屬反應(yīng)：

(5)不飽和烴的加氫飽和反應(yīng)：

(6)芳烴加氫飽和反應(yīng)：

2、危險(xiǎn)點(diǎn)源

2.1　本裝置易燃易暴物的安全性質(zhì)：爆炸范圍、閃點(diǎn)、自燃點(diǎn)。

2.1.1汽油

理化性質(zhì)：

無色液體，具特殊臭味。易揮發(fā)。易燃。主要成分為C4～C12脂肪烴和環(huán)烴類，并含少量芳香烴和硫化物。爆炸極限：1.4%～7.6%，閃點(diǎn)：<28℃，自燃點(diǎn)：510～530℃。

2.1.2柴油

理化性質(zhì)：

柴油主要是由烷烴、烯烴、環(huán)烷烴、芳香烴、多環(huán)芳烴與少量硫(2～60g/kg)、氮(<1g/kg)及添加劑組成的混合物。以燃料油為例：白色或淡黃色液體。相對(duì)密度0.85。熔點(diǎn)-29.56℃。沸點(diǎn)180～370℃。閃點(diǎn)40℃。蒸氣密度4。蒸氣壓4.0kPa。蒸氣與空氣混合物可燃限0.7～5.0%。不溶于水。遇熱、火花、明火易燃，可蓄積靜電，引起電火花。分解和燃燒產(chǎn)物為一氧化碳、二氧化碳和硫氧化物。避免接觸氧化劑。爆炸極限：1.5%～4.5%，閃點(diǎn)：45～120℃，自燃點(diǎn)：350～380℃。

2.1.3氫氣

主要組成與性狀：

分子式：H2，危險(xiǎn)性類別：第2.1類；易燃?xì)怏w，外觀與性狀：無色無臭氣體。

2.2　本裝置主要有害物介質(zhì)(易燃易爆、有毒)的有關(guān)參數(shù)

2.2.1硫化氫(Hydrogen sulfide；CAS：7783-06-4)

理化性質(zhì)：

為無色氣體，具有臭蛋氣味。分子式H2S。分子量34.08。相對(duì)密度1.19。熔點(diǎn)-82.9℃。沸點(diǎn)-61.8℃。易溶于水，亦溶于醇類、石油溶劑和原油中。可燃上限為45.5 %，下限為4.3%。燃點(diǎn)292℃。

侵入途徑：

硫化氫經(jīng)粘膜吸收快，皮膚吸收甚少。誤服含硫鹽類與胃酸作用后產(chǎn)生硫化氫可經(jīng)腸道吸收而引起中毒。

2.3　風(fēng)險(xiǎn)分析

2.3.1火災(zāi)爆炸

本裝置系柴油加氫裝置，由于柴油為易燃易爆油品，柴油泄漏后，當(dāng)氣體的濃度達(dá)到1.4%-7.6%遇到火源就會(huì)發(fā)生爆炸，因此，火災(zāi)爆炸成為該裝置的主要危險(xiǎn)。柴油泄漏后容易引起火災(zāi)、爆炸。泄漏容易發(fā)生在罐體及管道上。由于加工制造、安裝時(shí)的缺陷，材質(zhì)的腐蝕都會(huì)使設(shè)備管道出現(xiàn)裂縫，使油氣泄漏，嚴(yán)重情況下就會(huì)發(fā)生爆炸事故。加強(qiáng)該裝置區(qū)的巡檢、預(yù)防油氣泄漏成為該裝置區(qū)的重要工作。

2.3.2危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏

柴油加氫精制裝置區(qū)的主要危險(xiǎn)化學(xué)品有柴油、硫化氫(H2S)。柴油為白色或淡黃色液體，相對(duì)密度0.85，熔點(diǎn)-29.56℃，沸點(diǎn)180～370℃，閃點(diǎn)40℃，蒸氣密度4，蒸氣壓4.0kPa，蒸氣與空氣混合物可燃限0.7～5.0%，不溶于水，遇熱、火花、明火易燃，可蓄積靜電，引起電火花。分解和燃燒產(chǎn)物為一氧化碳、二氧化碳和硫氧化物。避免接觸氧化劑，對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)有麻醉作用，沾染皮膚上損壞皮膚。硫化氫系強(qiáng)烈神經(jīng)毒物，對(duì)粘膜有明顯剌激作用，濃度越高，全身作用越明顯表現(xiàn)為中樞神經(jīng)系統(tǒng)癥狀和窒息癥狀，是汽油脫硫裝置的主要危險(xiǎn)化學(xué)品，主要分布在隔油池、下水井、油氣分離器、化驗(yàn)取樣口，同時(shí)由于裝置管線及閥門的安裝、腐蝕等原因可能存在微量的硫化氫泄漏，因此反應(yīng)器、高分罐、壓縮機(jī)區(qū)為主要的裝置泄漏區(qū)。

3、防控措施

3.1　戰(zhàn)前集結(jié)

到達(dá)火場(chǎng)后，首先組織偵察小組，通過外部觀察、詢問知情人和運(yùn)用儀器檢測(cè)等偵察方法，準(zhǔn)確了解掌握火場(chǎng)情況，為正確做出滅火決策采集信息。

裝置區(qū)有無被困人員。

燃燒的部位、泄漏開口面積、地面流淌燃燒情況。

有無再次爆炸和建筑物(裝置)倒塌的危險(xiǎn)。

裝置的重點(diǎn)生產(chǎn)設(shè)備受到火勢(shì)威脅的情況。

火勢(shì)蔓延方向。

固定消防設(shè)施使用情況。

發(fā)生火災(zāi)或爆炸后廠方已經(jīng)采取的措施等情況。

3.2　確保重點(diǎn)，兼顧一般

根據(jù)前期偵察，在確保參戰(zhàn)人員和裝備安全的情況下，如果滅火力量不足或泄漏危險(xiǎn)源未得到有效控制的情況下，應(yīng)堅(jiān)持確保重點(diǎn)、兼顧一般的原則，如泄漏源是氫氣，不要急于撲滅，防止爆炸復(fù)燃，要依據(jù)火勢(shì)情況，采取關(guān)閥斷料，有計(jì)劃、有步驟地?fù)錅缁馂?zāi)。

3.2.1撲救地面流淌火

如果地面設(shè)施發(fā)生火災(zāi)，形成地面流淌火時(shí)，為保護(hù)裝置或者重點(diǎn)設(shè)備的安全，打開保護(hù)或進(jìn)攻的通道，必須全力組織力量消滅流淌火災(zāi)。

(1)根據(jù)著火的設(shè)備及形成流淌火情況，首先組織石化公司人員提前堵截，條件允許可調(diào)集工程車進(jìn)行圍堵，防止油品繼續(xù)流淌，擴(kuò)大燃燒面積。

(2)如地面設(shè)備泄漏造成流淌火較大，應(yīng)適時(shí)劃分幾個(gè)作戰(zhàn)區(qū)域，采取分進(jìn)合擊、分片消滅的方法，迅速消滅地面流淌火。

(3)在撲救地面設(shè)備火時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)需要設(shè)置掩護(hù)力量，保證前沿作戰(zhàn)人員的安全，提高撲滅地面火災(zāi)的推進(jìn)速度。

(4)對(duì)流淌到地溝內(nèi)或下水井的油火，要及時(shí)采取噴灌泡沫的方法將火撲滅，防止地溝或下水井火流竄，形成地面和裝置火災(zāi)。

3.2.2采取措施，防止爆炸

根據(jù)燃燒區(qū)域或受到火勢(shì)威脅區(qū)域有爆炸危險(xiǎn)的反應(yīng)器、再生還原器、管線等生產(chǎn)設(shè)備情況，首先要設(shè)法切斷通往火場(chǎng)的一切可燃?xì)?、液源，無法切斷時(shí)，采取強(qiáng)水流冷卻和封堵措施，防止發(fā)生爆炸。

(1)冷卻燃燒區(qū)域內(nèi)有爆炸危險(xiǎn)的設(shè)備。利用水炮實(shí)施遠(yuǎn)距離、強(qiáng)水流冷卻，使用裝置區(qū)的固定消防水炮直接出水冷卻，或利用消防管網(wǎng)，設(shè)置移動(dòng)式消防水炮實(shí)施冷卻。

(2)在受到火勢(shì)威脅的重要部件或設(shè)備之間設(shè)置水幕，降低輻射對(duì)相鄰工序和設(shè)備的威脅強(qiáng)度。

(3)用濕毛氈、石棉被、海藻席等覆蓋可燃?xì)怏w外泄點(diǎn)。

(4)用高壓噴霧水或蒸汽驅(qū)散、稀釋氫氣和易燃液體蒸汽。

3.2.3確定冷卻保護(hù)重點(diǎn)

根據(jù)裝置的分布情況，確定重點(diǎn)保護(hù)對(duì)象，分別采取冷卻保護(hù)措施，防止重點(diǎn)設(shè)備毀壞。重點(diǎn)保護(hù)反應(yīng)器、高壓換熱器、加熱爐、壓縮機(jī)、高壓分離器、低壓分離器。

3.2.4撲救設(shè)備火

設(shè)備著火后，要首先啟動(dòng)可以使用的固定設(shè)施冷卻，滅火，同時(shí)配合移動(dòng)滅火裝備迅速撲滅裝備火。

(1)啟動(dòng)著火或受到火勢(shì)威脅的設(shè)備上的水噴淋系統(tǒng)或水幕系統(tǒng)、固定水炮實(shí)施冷卻，防止因高溫而導(dǎo)致超壓引發(fā)爆炸。啟動(dòng)泡沫、蒸汽、氮?dú)獾裙潭ㄑb置實(shí)施滅火。

(2)運(yùn)用舉高消防車，控制和消滅生產(chǎn)裝置上層火勢(shì)；用水炮和泡沫控制和消滅中層火勢(shì)；下層則可直接設(shè)水槍陣地冷卻或使用泡沫滅火。

撲救立體火災(zāi)，在對(duì)相鄰設(shè)備管線充分冷卻的前提下，采取干粉、泡沫聯(lián)用，效果較好。一般是先噴干粉，迅速將高位火撲滅，撲滅的同時(shí)利用開花水槍進(jìn)行稀釋氫氣，以防爆燃，另外在地面噴射泡沫覆蓋，以防復(fù)燃。在噴射干粉過程中，冷卻水流適當(dāng)避讓，以防影響干粉噴射效果，火勢(shì)一旦被撲滅，冷卻射流繼續(xù)進(jìn)行，并根據(jù)地面泡沫覆蓋情況視情況不斷補(bǔ)充。

3.2.5撲救管道火

根據(jù)加氫裝置管道建造形式和輸送物料的性質(zhì)采取不同滅火措施。

(1)輸送氫氣架空管道火災(zāi)撲救

1)關(guān)閉閥門，切斷氣源，用水槍冷卻管道。

2)當(dāng)架空管道著火點(diǎn)處于不易接近的死角位置時(shí)，可在關(guān)閥斷料的同時(shí)，利用蒸汽滅火。如在該管道下部，有固定蒸汽管線的，即可運(yùn)蒸汽吹掃滅火。

3)對(duì)擴(kuò)散的殘余氫氣，應(yīng)使用噴霧水或蒸汽沖散、稀釋，防止形成爆炸性混合氣體。

(2)輸送油品架空管道火災(zāi)的撲救

1)在關(guān)閉進(jìn)油閥的同時(shí)，關(guān)閉火點(diǎn)處的出油閥，以防止倒流或油火通過管道向下道生產(chǎn)工序蔓延。

2)使用水槍冷卻火點(diǎn)周圍的管道設(shè)備。

3)利用登高設(shè)備，接近火點(diǎn)，噴射干粉、泡沫或使用浸濕的棉被、麻袋、草袋、石棉被、海草席等覆蓋，窒息滅火。

4)滅火后繼續(xù)冷卻管道，防止復(fù)燃。

3.3　積極采取工藝措施

3.3.1關(guān)閥斷料

切斷著火設(shè)備的裝置之間的物料來源，中斷可燃物的物料供應(yīng)，降低著火設(shè)備的壓力。

3.3.2開閥導(dǎo)流

利用塔底泵或旁通管線，將物料倒入備用罐或直接進(jìn)入下一流程。

3.3.3斷絕熱源

關(guān)閉加熱爐閥，打開消防水閥。使用水槍由上至下冷卻并降低底部溫度。

3.3.4其他措施

對(duì)受火勢(shì)威脅或熱輻射作用的臨近設(shè)備，還要視情采取降壓、放散火炬點(diǎn)燃等措施，消除爆炸危險(xiǎn)，輔助控制火勢(shì)。

3.4　做好協(xié)同作戰(zhàn)

當(dāng)火勢(shì)不大，自身力量足以滅火時(shí)，應(yīng)盡快滅火；當(dāng)滅火力量不足時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)控制火勢(shì)，冷卻設(shè)備或裝置，等待增援。

增援力量到場(chǎng)后，在火場(chǎng)總指揮統(tǒng)一指揮下，協(xié)同作戰(zhàn)，配合滅火。

3.5　做好火場(chǎng)供水

如果火勢(shì)較大，要全方位考慮滅火用水，充分利用一切可用的各種水源，科學(xué)合理的組織好火場(chǎng)供水，確保火場(chǎng)供水不間斷。

4結(jié)束語

通過對(duì)柴油加氫精制裝置安全生產(chǎn)條件和作業(yè)場(chǎng)所、安全設(shè)施等方面進(jìn)行分析，嚴(yán)格按照工藝操作規(guī)程進(jìn)行操作，加強(qiáng)員工培訓(xùn)，嚴(yán)格落實(shí)防范措施，并完善安全對(duì)策，逐步實(shí)現(xiàn)工藝設(shè)備本質(zhì)安全，完全能滿足安全生產(chǎn)的需要。