華北石化加氫精制裝置風險剖析及防控措施

華北石化加氫精制裝置風險剖析及防控措施

張順清

(華北石化三聯合運行部，河北 任丘 062552)

摘要：加氫精制是餾份油在氫壓下進行催化改質的統稱。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金屬化合物分子發生脫除硫、氮、氧和金屬的氫解反應，烯烴和芳烴分子發生加氫反應使其飽和。通過加氫精制可以改善油品的氣味、顏色和安定性，提高油品的質量，滿足環保對油品的使用要求。該裝置介質屬于易燃易爆，一旦發生泄漏可能發生爆炸、人員傷亡事故。為了確保裝置安全運行，本文對裝置的介質和易發生泄漏的設備進行風險識別，并制定具體的防控措施。

關鍵詞：工藝流程關鍵設備風險識別防控措施

0引言

隨著煉化企業的快速發展，火災發生的頻率也逐年上升，火災的主要原因是設備老化泄漏和操作人員違規作業而造成的，如：2010年7月16日18時，遼寧省大連市開發區，新港輸油管道發生爆炸引發火災。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生泄漏引起火災。2013年6月2日，中石油大連石化分公司，作業人員在三苯罐區作業時，引起儲罐爆炸，造成4人死亡。事后經專家組認定，三起惡性事故的誘發主要是作業人員沒有風險識別和制定相應的防控措施造成的。所以正確的風險防控對有效地處置火災將起到決定性的作用。

1、裝置概況

1.1　生產工藝

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

為了防止反應生成的H2S和NH3在降溫冷卻過程中生成銨鹽(NH4CL和NH4HS)結晶析出，堵塞設備和管道，經過注水泵(P-5201/1，2)將除鹽水注入到反應產物進入空冷器前和低分油(Ⅰ)/反應產物換熱器(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氫壓縮機入口分液罐D-5206進行氣液分離，氣體進入壓縮機壓縮升壓至9.2MPa(g)，然后分兩路：一路作為急冷氫進入反應器，另一路與60萬噸/年柴油加氫改質裝置的循環氫及來自補充氫壓縮機的新氫混合，混合氫分兩路：一路至原60萬噸/年柴油加氫改質裝置，一路與本裝置的原料油混合作為反應進料。高壓分離器(D-5203)水相送至酸性水汽提裝置統一處理。高壓分離器分離出的油減壓到1.2Mpa后進入低壓分離器(D-5204)閃蒸出少量含硫氣體至催化裂化裝置的干氣脫硫設施統一處理。低分油經低分油(Ⅰ)/反應產物換熱器(E-5204/1，2)、低分油/分餾塔底油換熱器(E-5206/1～4)和低分油(Ⅱ)/反應產物換熱器(E-5202)換熱后進入分餾塔(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一處理。重整氫經補充氫壓縮機入口分液罐(D-5205)分液后進入補充氫壓縮機(K-5201/1，2、K-5201/A，B，C)，其中K-5201/A，B，C為原60萬噸/年柴油加氫改質裝置的補充氫壓縮機，作為K-5201/1，2的備用機，經兩級升壓至9.2MPa(g)后，再與循環氫混合。

10000Nm3/h的循環氫經膜分離提純裝置提純后與重整氫一起進入補充氫壓縮機入口分液罐(D-5205)，尾氣送至催化裂化裝置的干氣脫硫設施統一處理。

從反應部分來的低分油經換熱后進入分餾塔(C-5201)，塔頂油氣經分餾塔頂空冷器(A-5202/1～4)和分餾塔頂后冷器(E-5207/1，2)冷凝冷卻至40℃，進入分餾塔頂回流罐(D-5208)進行氣、油、水三相分離。含硫污水送出裝置，油相經分餾塔頂回流泵(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行脫硫，然后進入燃料氣管網。分餾塔塔底油經分餾塔底產品泵(P-5204/1，2)增壓與低分油和熱水換熱后進入精制柴油空冷器(A-5203/1～6)冷卻至50℃，經精制柴油聚結器脫水后出裝置。

1.2　關鍵設備

1.2.1換熱器

在原料進入換熱器之前將氫氣注入到原料之中。換熱器內的熱物流為反應產物，其自身冷卻或部分冷凝時，使氫氣和柴油混合物在進入反應器全部汽化。

1.2.2壓縮機

壓縮機的主要目的是將氫壓縮到足夠的壓力，以便再次循環到加熱爐、反應器、反應產物分離器。

1.2.3加熱爐

該裝置加熱爐為燃氣加熱爐，能使進入其中的混合物料升溫至反應器床層所需溫度(330-400℃)。

1.2.4反應器

反應器的作用是為氫氣和汽化的原料提供適宜的環境，以確保達到理想的精制效果。主要反應如下：

(3)含氧化合物的氫解反應：

(4)加氫脫金屬反應：

(5)不飽和烴的加氫飽和反應：

(6)芳烴加氫飽和反應：

2、危險點源

2.1　本裝置易燃易暴物的安全性質：爆炸范圍、閃點、自燃點。

2.1.1汽油

理化性質：

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

2.1.2柴油

理化性質：

柴油主要是由烷烴、烯烴、環烷烴、芳香烴、多環芳烴與少量硫(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。相對密度0.85。熔點-29.56℃。沸點180～370℃。閃點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：45～120℃，自燃點：350～380℃。

2.1.3氫氣

主要組成與性狀：

分子式：H2，危險性類別：第2.1類；易燃氣體，外觀與性狀：無色無臭氣體。

2.2　本裝置主要有害物介質(易燃易爆、有毒)的有關參數

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

理化性質：

為無色氣體，具有臭蛋氣味。分子式H2S。分子量34.08。相對密度1.19。熔點-82.9℃。沸點-61.8℃。易溶于水，亦溶于醇類、石油溶劑和原油中?？扇忌舷逓?5.5 %，下限為4.3%。燃點292℃。

侵入途徑：

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

2.3　風險分析

2.3.1火災爆炸

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，當氣體的濃度達到1.4%-7.6%遇到火源就會發生爆炸，因此，火災爆炸成為該裝置的主要危險。柴油泄漏后容易引起火災、爆炸。泄漏容易發生在罐體及管道上。由于加工制造、安裝時的缺陷，材質的腐蝕都會使設備管道出現裂縫，使油氣泄漏，嚴重情況下就會發生爆炸事故。加強該裝置區的巡檢、預防油氣泄漏成為該裝置區的重要工作。

2.3.2危險化學品泄漏

柴油加氫精制裝置區的主要危險化學品有柴油、硫化氫(H2S)。柴油為白色或淡黃色液體，相對密度0.85，熔點-29.56℃，沸點180～370℃，閃點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。分解和燃燒產物為一氧化碳、二氧化碳和硫氧化物。避免接觸氧化劑，對中樞神經系統有麻醉作用，沾染皮膚上損壞皮膚。硫化氫系強烈神經毒物，對粘膜有明顯剌激作用，濃度越高，全身作用越明顯表現為中樞神經系統癥狀和窒息癥狀，是汽油脫硫裝置的主要危險化學品，主要分布在隔油池、下水井、油氣分離器、化驗取樣口，同時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，因此反應器、高分罐、壓縮機區為主要的裝置泄漏區。

3、防控措施

3.1　戰前集結

到達火場后，首先組織偵察小組，通過外部觀察、詢問知情人和運用儀器檢測等偵察方法，準確了解掌握火場情況，為正確做出滅火決策采集信息。

裝置區有無被困人員。

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。

裝置的重點生產設備受到火勢威脅的情況。

火勢蔓延方向。

固定消防設施使用情況。

發生火災或爆炸后廠方已經采取的措施等情況。

3.2　確保重點，兼顧一般

根據前期偵察，在確保參戰人員和裝備安全的情況下，如果滅火力量不足或泄漏危險源未得到有效控制的情況下，應堅持確保重點、兼顧一般的原則，如泄漏源是氫氣，不要急于撲滅，防止爆炸復燃，要依據火勢情況，采取關閥斷料，有計劃、有步驟地撲滅火災。

3.2.1撲救地面流淌火

如果地面設施發生火災，形成地面流淌火時，為保護裝置或者重點設備的安全，打開保護或進攻的通道，必須全力組織力量消滅流淌火災。

(1)根據著火的設備及形成流淌火情況，首先組織石化公司人員提前堵截，條件允許可調集工程車進行圍堵，防止油品繼續流淌，擴大燃燒面積。

(2)如地面設備泄漏造成流淌火較大，應適時劃分幾個作戰區域，采取分進合擊、分片消滅的方法，迅速消滅地面流淌火。

(3)在撲救地面設備火時，應當根據需要設置掩護力量，保證前沿作戰人員的安全，提高撲滅地面火災的推進速度。

(4)對流淌到地溝內或下水井的油火，要及時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。

3.2.2采取措施，防止爆炸

根據燃燒區域或受到火勢威脅區域有爆炸危險的反應器、再生還原器、管線等生產設備情況，首先要設法切斷通往火場的一切可燃氣、液源，無法切斷時，采取強水流冷卻和封堵措施，防止發生爆炸。

(1)冷卻燃燒區域內有爆炸危險的設備。利用水炮實施遠距離、強水流冷卻，使用裝置區的固定消防水炮直接出水冷卻，或利用消防管網，設置移動式消防水炮實施冷卻。

(2)在受到火勢威脅的重要部件或設備之間設置水幕，降低輻射對相鄰工序和設備的威脅強度。

(3)用濕毛氈、石棉被、海藻席等覆蓋可燃氣體外泄點。

(4)用高壓噴霧水或蒸汽驅散、稀釋氫氣和易燃液體蒸汽。

3.2.3確定冷卻保護重點

根據裝置的分布情況，確定重點保護對象，分別采取冷卻保護措施，防止重點設備毀壞。重點保護反應器、高壓換熱器、加熱爐、壓縮機、高壓分離器、低壓分離器。

3.2.4撲救設備火

設備著火后，要首先啟動可以使用的固定設施冷卻，滅火，同時配合移動滅火裝備迅速撲滅裝備火。

(1)啟動著火或受到火勢威脅的設備上的水噴淋系統或水幕系統、固定水炮實施冷卻，防止因高溫而導致超壓引發爆炸。啟動泡沫、蒸汽、氮氣等固定裝置實施滅火。

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

撲救立體火災，在對相鄰設備管線充分冷卻的前提下，采取干粉、泡沫聯用，效果較好。一般是先噴干粉，迅速將高位火撲滅，撲滅的同時利用開花水槍進行稀釋氫氣，以防爆燃，另外在地面噴射泡沫覆蓋，以防復燃。在噴射干粉過程中，冷卻水流適當避讓，以防影響干粉噴射效果，火勢一旦被撲滅，冷卻射流繼續進行，并根據地面泡沫覆蓋情況視情況不斷補充。

3.2.5撲救管道火

根據加氫裝置管道建造形式和輸送物料的性質采取不同滅火措施。

(1)輸送氫氣架空管道火災撲救

1)關閉閥門，切斷氣源，用水槍冷卻管道。

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

3)對擴散的殘余氫氣，應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的撲救

1)在關閉進油閥的同時，關閉火點處的出油閥，以防止倒流或油火通過管道向下道生產工序蔓延。

2)使用水槍冷卻火點周圍的管道設備。

3)利用登高設備，接近火點，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)滅火后繼續冷卻管道，防止復燃。

3.3　積極采取工藝措施

3.3.1關閥斷料

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

3.3.2開閥導流

利用塔底泵或旁通管線，將物料倒入備用罐或直接進入下一流程。

3.3.3斷絕熱源

關閉加熱爐閥，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

對受火勢威脅或熱輻射作用的臨近設備，還要視情采取降壓、放散火炬點燃等措施，消除爆炸危險，輔助控制火勢。

3.4　做好協同作戰

當火勢不大，自身力量足以滅火時，應盡快滅火；當滅火力量不足時，應重點控制火勢，冷卻設備或裝置，等待增援。

增援力量到場后，在火場總指揮統一指揮下，協同作戰，配合滅火。

3.5　做好火場供水

如果火勢較大，要全方位考慮滅火用水，充分利用一切可用的各種水源，科學合理的組織好火場供水，確?；饒龉┧婚g斷。

4結束語

通過對柴油加氫精制裝置安全生產條件和作業場所、安全設施等方面進行分析，嚴格按照工藝操作規程進行操作，加強員工培訓，嚴格落實防范措施，并完善安全對策，逐步實現工藝設備本質安全，完全能滿足安全生產的需要。