合成氣制氫裝置的安全管理

崔本亮，明紅軍，陳萍

(成都艾爾普氣體產(chǎn)品有限公司，四川 成都 611930)

0 引言

成都艾爾普氣體產(chǎn)品有限公司合成氣制氫裝置設(shè)計(jì)產(chǎn)能為每小時(shí)生產(chǎn)100 000 m3氫氣和28 300 m3合成氣，生產(chǎn)過程中涉及高溫、深冷、易燃易爆、有毒有害等危害因素，對(duì)合成氣制氫裝置的安全管理提出了更高的要求。

1 合成氣制氫裝置工藝簡(jiǎn)述

公司合成氣制氫裝置采用天然氣和水蒸氣轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)氫氣，然后用aMDEA 溶劑(二甲基二乙醇胺和哌嗪的一種混合物，德國(guó)巴斯夫公司專利產(chǎn)品)脫二氧化碳，再用一氧化碳循環(huán)制冷，深冷冷箱甲烷洗產(chǎn)生合成氣和粗氫。粗氫經(jīng)過膜分離凈化工藝技術(shù)路線，轉(zhuǎn)化工藝采用荷蘭Technip 公司技術(shù)，合成氣深冷分離+膜分離凈化氫氣技術(shù)采用美國(guó)空氣化工公司技術(shù)。

原料天然氣含有硫化物，加氫使其轉(zhuǎn)化為硫化氫后，硫化氫在精脫硫劑上吸附脫除。無硫原料氣與水蒸氣混合，混合預(yù)熱后送入轉(zhuǎn)化爐，原料氣和水蒸氣經(jīng)轉(zhuǎn)化爐管內(nèi)的鎳基催化劑催化后，轉(zhuǎn)化成含H2、CO、CO2、水蒸氣和甲烷的轉(zhuǎn)化氣；轉(zhuǎn)化氣經(jīng)蒸汽發(fā)生器冷卻后進(jìn)入高溫變換反應(yīng)器，在鐵基催化劑的作用下，CO 和H2O 進(jìn)一步發(fā)生反應(yīng)，生成氫氣和二氧化碳[1]。為了控制高溫變換反應(yīng)器出口CO 含量，自蒸汽發(fā)生器來的轉(zhuǎn)化氣一部分經(jīng)過高溫變換反應(yīng)器，另一部分送至高溫變換保護(hù)反應(yīng)器，然后再匯合；自高溫變換的變換氣經(jīng)回收熱量后，再經(jīng)變換氣冷卻器冷卻，分離水分后進(jìn)入脫除CO2單元，工藝氣經(jīng)過脫除CO2后送至冷區(qū)進(jìn)一步提純；自脫碳單元來的合成氣，首先進(jìn)入急冷系統(tǒng)，冷卻至10 ℃，然后進(jìn)入變溫吸附干燥器脫除痕量的CO2和水；自變溫吸附干燥器來的提純后的合成氣，進(jìn)入冷箱，在冷箱中經(jīng)過甲烷洗滌、精餾，從粗合成氣中分離出氫氣和H2/CO 合成氣產(chǎn)品。深冷分離過程主要通過一系列精餾塔和分離罐完成產(chǎn)品分離，這些設(shè)備集成于兩臺(tái)冷箱內(nèi)，撬裝供貨。冷箱中冷源由壓縮CO 循環(huán)制冷。自冷箱來的粗氫，送至產(chǎn)品氫膜分離系統(tǒng)，提純后產(chǎn)品氫的純度＞99.9%，然后外送至氫氣總管網(wǎng)。

合成氣/制氫工藝流程示意圖如圖1 所示。

圖1 合成氣/制氫工藝流程示意圖

2 合成氣制氫裝置的危險(xiǎn)因素

合成氣制氫廠生產(chǎn)過程中涉及的危險(xiǎn)化學(xué)品主要有天然氣、氫氣、氨水(含氨＞10%)、丙烷、合成氣(氫氣與一氧化碳比值約1∶1)、硫化氫。根據(jù)《國(guó)家安全監(jiān)管總局關(guān)于公布首批重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化學(xué)品名錄的通知》(原安監(jiān)總管三〔2011〕95號(hào))、《國(guó)家安全監(jiān)管總局關(guān)于公布第二批重點(diǎn)監(jiān)管危險(xiǎn)化學(xué)品名錄的通知》(原安監(jiān)總管三〔2013〕12號(hào))的規(guī)定，氫(氫氣)、天然氣、硫化氫、一氧化碳(合成氣)屬于首批重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化學(xué)品。

合成氣制氫裝置具有高危險(xiǎn)性、涉及危險(xiǎn)物料，而石油化工裝置工藝條件要求嚴(yán)格、可靠性要求非常高、現(xiàn)場(chǎng)特種設(shè)備數(shù)量眾多，稍有不慎就會(huì)發(fā)生事故，根據(jù)GB6441—86《企業(yè)職工傷亡事故分類標(biāo)準(zhǔn)》，合成氣制氫裝置運(yùn)行過程中主要存在火災(zāi)、爆炸、容器爆炸、中毒窒息、機(jī)械傷害、化學(xué)灼傷、低溫凍傷、高溫燙傷、觸電、噪聲、起重傷害、高處墜落、物體打擊、車輛傷害等[2]。

3 合成氣制氫裝置的安全管控措施

3.1 合成氣制氫裝置工程設(shè)計(jì)安全管控措施

在本質(zhì)安全上下功夫，裝置設(shè)計(jì)根據(jù)建設(shè)工程標(biāo)準(zhǔn)、法律法規(guī)和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求以及公司條件和下游裝置需求，按照技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)合理性的原則選擇符合法規(guī)要求的工藝路線、設(shè)備，禁止使用國(guó)家明令淘汰的設(shè)備。設(shè)計(jì)之初預(yù)判泄漏風(fēng)險(xiǎn)，并加強(qiáng)對(duì)泄漏防控的設(shè)計(jì)，對(duì)于氫氣生產(chǎn)裝置，氫氣分子較小、更易泄漏，在管道設(shè)計(jì)中可以以焊接為主，在符合國(guó)家規(guī)范要求的前提下，凡是能夠焊接的盡量不用法蘭連接，合成氣制氫裝置控制閥門大都是焊接連接。產(chǎn)生大量蒸汽、氣體的工作場(chǎng)所，需使用密閉式電氣設(shè)備；有爆炸危險(xiǎn)的氣體工作場(chǎng)所，需使用防爆型電氣設(shè)備。為便于安全閥門的檢修和年度校驗(yàn)，安全閥在設(shè)計(jì)上設(shè)置為雙安全閥門，其中一個(gè)安全閥門在線則可滿足泄壓要求，兩個(gè)閥門的根部閥門用intern-lock鎖進(jìn)行互鎖，避免在裝置運(yùn)行期間兩個(gè)安全閥同時(shí)關(guān)閉，確保超壓泄壓的可靠性。對(duì)于高毒性的一氧化碳和易燃易爆的氫氣、天然氣等的排放，直接排入火炬系統(tǒng)，避免就地排放引起人員中毒或發(fā)生火災(zāi)爆炸。

合成氣制氫裝置采用可靠的集散控制系統(tǒng)(DCS)，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程的正常操作、開停車操作以及生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)采集、信息處理和生產(chǎn)管理的集中控制，并對(duì)重要的參數(shù)設(shè)計(jì)自動(dòng)調(diào)節(jié)以及越限報(bào)警和聯(lián)鎖系統(tǒng)。

合成氣制氫裝置設(shè)置了獨(dú)立的安全儀表系統(tǒng)(SIS)，帶有自動(dòng)控制及報(bào)警聯(lián)鎖系統(tǒng)，工藝關(guān)鍵的被檢測(cè)點(diǎn)如超限或發(fā)生故障，控制室發(fā)出報(bào)警，提醒工作人員采取相應(yīng)措施。聯(lián)鎖接點(diǎn)由SIS 緊急停車系統(tǒng)輸出至相應(yīng)的切斷閥或電氣聯(lián)鎖回路，必要時(shí)啟動(dòng)自動(dòng)停車程序，確保生產(chǎn)裝置和人身安全。

針對(duì)化工生產(chǎn)中出現(xiàn)的加熱爐爐膛爆炸事故，裝置的轉(zhuǎn)化爐設(shè)計(jì)帶有燃燒器管理系統(tǒng)(BMS)，在轉(zhuǎn)化爐點(diǎn)火前，對(duì)爐膛的燃料氣系統(tǒng)先用氮?dú)膺M(jìn)行氣密測(cè)試，氣密合格后在規(guī)定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行爐膛點(diǎn)火，并確保點(diǎn)火前爐膛內(nèi)沒有可燃?xì)怏w泄漏，避免爐膛爆炸事故發(fā)生。爐膛內(nèi)設(shè)有火焰監(jiān)視器，根據(jù)開車停車的條件不同，設(shè)計(jì)不同的連鎖停車邏輯，確?；鹱烊紵?。在裝置現(xiàn)場(chǎng)設(shè)有火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)和穩(wěn)高壓消防水系統(tǒng)，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)火情并處置；設(shè)有可燃有毒氣體報(bào)警系統(tǒng)，若泄漏可及時(shí)報(bào)警；廠區(qū)重點(diǎn)部位和重點(diǎn)設(shè)備設(shè)有工業(yè)視頻系統(tǒng)，可在控制室內(nèi)24 小時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

3.2 合成氣制氫裝置投用前的安全風(fēng)險(xiǎn)管控措施

按照安全生產(chǎn)的法規(guī)要求，嚴(yán)格執(zhí)行“安全三同時(shí)”“職業(yè)衛(wèi)生三同時(shí)”管理，確保安全設(shè)施和職業(yè)衛(wèi)生設(shè)施正常投用、可靠運(yùn)行。

加強(qiáng)從業(yè)人員崗位安全培訓(xùn)，考核合格后方可上崗。成都艾爾普氣體產(chǎn)品有限公司員工經(jīng)安全培訓(xùn)合格后上崗，特種作業(yè)人員均取得特種作業(yè)操作證；建立健全安全教育培訓(xùn)制度，對(duì)員工實(shí)行公司、車間、班組三級(jí)安全教育，公司制定詳細(xì)的操作人員培訓(xùn)計(jì)劃，操作人員在國(guó)內(nèi)相似裝置培訓(xùn)一年后，可參與到操作手冊(cè)的翻譯校對(duì)中；通過現(xiàn)場(chǎng)學(xué)習(xí)和裝置前期準(zhǔn)備，全體操作人員掌握裝置操作技能，為裝置開車和運(yùn)行做好了人員準(zhǔn)備。在裝置未中交前提前進(jìn)入裝置現(xiàn)場(chǎng)，理論聯(lián)系實(shí)際、分組討論學(xué)習(xí)、嚴(yán)格進(jìn)行工藝考核，考核合格后方可上崗，確保證裝置安全、無事故運(yùn)行。裝置中交后，工藝生產(chǎn)人員按照PID 圖紙對(duì)管線、閥門、儀表、設(shè)備逐一核對(duì)，三查四定，查漏消缺。

公司設(shè)置專職安全管理機(jī)構(gòu)，配備安全負(fù)責(zé)人和專職安全管理人員。安全負(fù)責(zé)人和安全管理人員經(jīng)過當(dāng)?shù)貞?yīng)急管理部門培訓(xùn)合格后上崗，并定期接受再教育培訓(xùn)，所有專職安全管理人員均具有注冊(cè)安全工程師任職資格。

加強(qiáng)單體設(shè)備的驗(yàn)收工作，制定科學(xué)可行的試車方案，嚴(yán)格進(jìn)行單車試車和聯(lián)動(dòng)試車，確保設(shè)備的可靠運(yùn)行；嚴(yán)格進(jìn)行檢漏、試漏，在裝置整體開車前進(jìn)行氣密性試驗(yàn)，用LDAR 系統(tǒng)檢測(cè)等方式檢查泄漏點(diǎn)，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)及時(shí)處置；加強(qiáng)在線儀表調(diào)校，運(yùn)行時(shí)通過在線濃度成分分析、壓力或液位測(cè)定有關(guān)參數(shù)變化監(jiān)控裝置生產(chǎn)；在裝置現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置環(huán)境可燃及有毒氣體濃度檢測(cè)儀，對(duì)環(huán)境進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)。

3.3 合成氣制氫裝置運(yùn)行過程中的安全風(fēng)險(xiǎn)管控措施

工藝操作規(guī)程是企業(yè)基本的技術(shù)文件，公司股東方美國(guó)空氣化工公司提供原版操作手冊(cè)，并由操作團(tuán)隊(duì)翻譯整理校對(duì)。工藝操作規(guī)程制定后，所有與生產(chǎn)有關(guān)的職能部門和職工都必須嚴(yán)格執(zhí)行，生產(chǎn)過程中嚴(yán)格控制各工藝參數(shù)指標(biāo)，杜絕超溫、超壓、超負(fù)荷現(xiàn)象。根據(jù)實(shí)際情況可隨時(shí)對(duì)操作規(guī)程進(jìn)行修訂，若無變更，則每年對(duì)操作規(guī)程進(jìn)行一次檢查確認(rèn)，每三年進(jìn)行一次評(píng)審、修訂。

加強(qiáng)防泄漏管理工作，定期使用LDAR 系統(tǒng)對(duì)法蘭連接處和閥門進(jìn)行全面檢測(cè)，確保無氣體泄漏。氫氣著火時(shí)火焰為淡藍(lán)色，白天不易發(fā)現(xiàn)，要求定期夜間閉燈試驗(yàn)，檢查氫氣是否有泄漏情況，若發(fā)現(xiàn)泄漏及時(shí)處理。在可能出現(xiàn)泄漏的場(chǎng)所保持良好通風(fēng)條件，嚴(yán)格控制易燃易爆環(huán)境的點(diǎn)火源，對(duì)容易產(chǎn)生靜電積聚的設(shè)備、管道采取防靜電接地措施，并定期檢測(cè)。

嚴(yán)格進(jìn)行人員管理，要求員工掌握危險(xiǎn)化學(xué)品有關(guān)勞動(dòng)安全衛(wèi)生技術(shù)知識(shí)、應(yīng)急處理方法和自救措施。對(duì)從事毒害性、腐蝕性物料裝卸的作業(yè)人員，加強(qiáng)個(gè)人防護(hù)，員工應(yīng)按照規(guī)定穿戴勞動(dòng)保護(hù)用品。公司冷箱為一氧化碳循環(huán)制冷冷箱，現(xiàn)場(chǎng)存在一氧化碳泄漏風(fēng)險(xiǎn)，另外氫氣的爆炸極限較寬、點(diǎn)火能量極低，因此嚴(yán)格要求員工必須佩戴便攜式大氣監(jiān)測(cè)儀方可進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)，隨時(shí)檢測(cè)空氣中的可燃?xì)怏w和有毒氣體含量。

加強(qiáng)對(duì)爆炸危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)電器的檢查和維護(hù)，對(duì)爆炸區(qū)域內(nèi)電氣設(shè)施定期進(jìn)行靜電接地電阻檢測(cè)，導(dǎo)體出現(xiàn)因腐蝕嚴(yán)重或其他原因引起的折斷等情況時(shí)必須進(jìn)行更換，確保接地設(shè)施有效。所有防雷防靜電設(shè)施每年定期聘請(qǐng)具有檢測(cè)資質(zhì)的第三方進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)接地電阻值有較大變化時(shí)，對(duì)接地系統(tǒng)進(jìn)行全面檢查、及時(shí)維護(hù)，確保其完好性。

在防爆區(qū)域嚴(yán)禁吸煙，禁止穿帶有鐵釘?shù)男哌M(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)，裝置周圍禁止堆放油、脂等可燃性物質(zhì)；嚴(yán)格控制進(jìn)入廠區(qū)的車輛和人員，禁止帶入火星或在生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)吸煙等可能產(chǎn)生火源的行為。

加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)，各種壓力表、安全閥、滅火器等必須在檢測(cè)有效期內(nèi)使用。此外，注意腐蝕對(duì)防爆電氣設(shè)備的影響，及時(shí)更換被腐蝕損壞的設(shè)施，并定期對(duì)壓力容器、壓力管道及緊固件等設(shè)備設(shè)施進(jìn)行無損探傷檢測(cè)和測(cè)厚。

生產(chǎn)過程中的開停車及檢修往往是事故多發(fā)過程，因此應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行工廠制定的開停車規(guī)程和檢修操作規(guī)程，做好物料置換及檢測(cè)等工作，避免事故發(fā)生。在檢維修作業(yè)方面，對(duì)設(shè)備、管道動(dòng)火應(yīng)事先用符合壓力等級(jí)的盲板切斷可能進(jìn)入設(shè)備、管道的物料，并進(jìn)行吹掃、置換干凈。嚴(yán)格執(zhí)行能源隔離程序，公司配備了能源隔離鎖、工廠鎖、許可證鎖、個(gè)人鎖、承包商鎖、小組鎖，需要能源隔離的作業(yè)在作業(yè)前嚴(yán)格按照要求上鎖掛簽，隔離測(cè)試合格后方可開展檢維修工作。動(dòng)火作業(yè)嚴(yán)格實(shí)行許可制度，辦理《動(dòng)火作業(yè)安全許可證》前要將安全措施落實(shí)到位，動(dòng)火作業(yè)全程監(jiān)控大氣環(huán)境，并在專業(yè)安全技術(shù)人員的監(jiān)護(hù)下進(jìn)行。有限空間作業(yè)需具有有限空間進(jìn)入許可證、安全作業(yè)許可證、有限空間進(jìn)入人員培訓(xùn)確認(rèn)記錄、危害辨識(shí)表、盲板隔離記錄、進(jìn)入前會(huì)議、救援計(jì)劃、一般進(jìn)入計(jì)劃、大氣監(jiān)測(cè)記錄、有限空間進(jìn)出記錄等表單，嚴(yán)格執(zhí)行有限空間進(jìn)入程序，備好防毒面具和防護(hù)用品，檢修人員必須熟悉防毒面具的性能和使用方法，并設(shè)置專人監(jiān)護(hù)。高處作業(yè)必須系好安全帶，作業(yè)點(diǎn)下部禁止人員通行和逗留，六級(jí)以上大風(fēng)、大雪、大霧、暴雨等惡劣環(huán)境和有職業(yè)禁忌的人員禁止高處作業(yè)。

在日常安全隱患排查管理中，公司借鑒了股東方美國(guó)空氣化工的安全管理理念，根據(jù)公司安全文化的事故三角形，如圖2 所示，針對(duì)人的不安全行為、物的不安全狀態(tài)、環(huán)境的不安全因素，開展事故預(yù)防技術(shù)(Accident Predictive Techniques)、未遂事故(NearMiss)、隱患排查治理、事故調(diào)查等事件應(yīng)急管理工作，要求現(xiàn)場(chǎng)員工和長(zhǎng)期承包商每月至少編寫4 個(gè)APTs (accident predictive techniques)，對(duì)有價(jià)值的APT 給予獎(jiǎng)勵(lì)，實(shí)行正強(qiáng)化，激勵(lì)員工積極性；要求全裝置每年至少提交14 個(gè)未遂事故(near miss)，班組每日交接班時(shí)探討一個(gè)或多個(gè)安全話題(safety contact)，經(jīng)理和主管每月定期定量對(duì)員工講述領(lǐng)導(dǎo)安全話題(leadshipe contact)。通過這些具有特色的安全管理方式，夯實(shí)基礎(chǔ)安全管理，到目前為止公司未發(fā)生人員傷亡事故。

圖2 事故三角形

嚴(yán)格進(jìn)行變更管理，根據(jù)變更風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)對(duì)變更進(jìn)行分級(jí)管控，不同等級(jí)變更的風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)要求、參與審核專家、最終批準(zhǔn)人員級(jí)別各有不同，變更完成后對(duì)涉及該變更的員工進(jìn)行培訓(xùn)，并將變更文件及時(shí)存檔。

4 合成氣制氫裝置應(yīng)急管理措施

根據(jù)《生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)單位生產(chǎn)安全事故應(yīng)急預(yù)案編制導(dǎo)則》要求完善綜合應(yīng)急預(yù)案、專項(xiàng)應(yīng)急救援預(yù)案和現(xiàn)場(chǎng)處置方案；進(jìn)行事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和應(yīng)急資源調(diào)查，并加強(qiáng)與當(dāng)?shù)卣嚓P(guān)部門的協(xié)作與溝通，匯報(bào)本企業(yè)的基本情況、危險(xiǎn)特性以及發(fā)生事故后可能的波及范圍、嚴(yán)重程度及應(yīng)急救援措施，并將其相關(guān)內(nèi)容編入《安全生產(chǎn)事故應(yīng)急預(yù)案》中。公司根據(jù)自身情況編制了綜合應(yīng)急預(yù)案、專項(xiàng)應(yīng)急預(yù)案和各種處置方案，并進(jìn)行動(dòng)態(tài)修訂，三年評(píng)審備案一次[3]。

為了鍛煉基層操作隊(duì)伍的應(yīng)急能力，公司將應(yīng)急演練指揮權(quán)下沉，盡可能模擬裝置發(fā)生緊急事故的現(xiàn)實(shí)狀況，并且每次綜合演練均與石化基地專職消防隊(duì)聯(lián)合演練。由班組組織演練，先由班長(zhǎng)擔(dān)任演練總指揮，班組成員根據(jù)任務(wù)分工擔(dān)任角色，一級(jí)向一級(jí)匯報(bào)，一級(jí)向一級(jí)交指揮棒，做到演練貼合實(shí)戰(zhàn)。應(yīng)急預(yù)案演練結(jié)束后及時(shí)總結(jié)，對(duì)演練進(jìn)行評(píng)估，分析存在的問題，并形成報(bào)告，對(duì)在演練中發(fā)現(xiàn)的問題積極組織整改，對(duì)預(yù)案與實(shí)際不符合的內(nèi)容及時(shí)修訂。在應(yīng)急工作中，做到預(yù)警體系完備化、應(yīng)急指揮體系完善化、救援隊(duì)伍備戰(zhàn)常態(tài)化、應(yīng)急裝備完好化、應(yīng)急物資及時(shí)化。

5 結(jié)語

在合成氣制氫深冷分離過程中，深入分析危險(xiǎn)有害因素，并提出針對(duì)性控制措施，對(duì)人員安全、裝置平穩(wěn)運(yùn)行、企業(yè)可持續(xù)發(fā)展有著重要意義。因此應(yīng)加大對(duì)天然氣高溫轉(zhuǎn)化、合成氣制氫深冷分離技術(shù)的研究，不斷優(yōu)化裝置操作以及事故預(yù)防方案，降低事故發(fā)生概率，確保安全生產(chǎn)。