液體化工碼頭工程設計HAZOP分析

摘要：針對某液體化工碼頭設計實例，應用HAZOP分析以典型物料丁二烯、汽油為分析節點，辨識在工程設計實例中存在的低流量、高流量、高壓和操作問題等偏離，分析導致的后果，分別提出了相應的安全措施。

1、前言

危險與可操作性分析(HAZOP分析)方法是一種用于辯識工藝設計缺陷、工藝過程危險及操作性問題的結構性分析方法。2013年國家安全監管總局在《關于進一步加強危險化學品建設項目安全設計管理的通知》中要求：建設單位在建設項目設計合同中，應主動要求設計單位對設計進行危險與可操作性(HAZOP)審查，并派遣有生產操作經驗的人員參加審查，對HAZOP審查報告進行審核。涉及“兩重點一重大”和首次工業化設計的建設項目，必須在基礎設計階段開展HAZOP分析。HAZOP分析中涉及到的引導詞主要有7個：無、多、少、伴隨、部分、相逆、異常。HAZOP主要的研究工作流程詳見圖1。本文所設計的某液體化工碼頭的特點是易燃、易爆、高溫、高壓、有毒、有害，如果發生事故，將造成嚴重的后果。因此，建設單位組織有關專家對該工程的基礎設計進行HAZOP分析，將潛在危險、危害控制在項目的初期階段。

2、工程概況

惠州某液體化工碼頭工程為新建3個石化泊位，包括1個3萬t級泊位和2個5000t級泊位。計劃年吞吐量為361.08萬t，設計年通過能力370萬t，在碼頭上設置汽油、柴油、丁二烯、C5、苯酚的裝船及甲醇的卸船管線。

圖1HAZOP工作流程

2.1工藝流程

(1)油品及化工品的裝船流程：(儲罐一裝船泵一后方管線)一引橋管線一質量流量計一裝卸臂一船艙。

(2)甲醇的卸船流程：(船艙一卸船泵)一裝卸臂質量流量計一引橋管線一(后方管線一儲罐)。工藝流程詳見圖2。

圖2工藝流程圖(P&ID)

2．2工藝參數

該液體化工碼頭工程主要裝卸貨種：汽油、柴油、丁二烯、甲苯、c5、辛醇、丙酮和苯酚。物料主要工藝參數詳見表1。

表1物料工藝參數表

3、HAZOP分析過程及結果

以某液體化工碼頭工程基礎設計階段為例，進行HAZOP分析。HAZOP小組在HAZOP主席的引領下，按照不同物料工藝系統，將碼頭裝卸工藝流程劃分為6個節點。本文將液體化工碼頭工程的典型物料丁二烯、汽油裝卸工藝流程(P&ID)作為典型節點，識別了節點偏離產生的原因及后果，并分析現有的安全措施，提出相應的建議措施。

3．1無、低流量偏離過程分析

(1)產生該偏離的原因：丁二烯物料管線物料聚合，導致管道通路變小。其他物料電動閥門誤關斷，導致管線無流量、低流量。

(2)產生的后果：導致轉船時間過長。

(3)現有的安全措施：每種物料輸送管線均設置質量流量計，以監控各裝船泊位的流量。

(4)建議措施：在質量流量計設置低流量報警。

3．2高流量偏離過程分析

(1)產生該偏離的原因：根據汽柴油裝船工藝流程(如圖3)，如3個泊位同時裝船，1個泊位突然故障關閉，其他2個泊位會產生高流量偏離。

(2)產生的后果：①高流量輸送物料導致管道內物料流速增大，超過安全設計流速，可能產生管道靜電火花導致火災爆炸。②高流量輸送物料發生在裝船即將結束時，可能導致裝船量超裝或船艙溢油事故。

圖3汽油工藝流程圖

(3)現有的安全措施：①每種物料輸送管線均設置質量流量計，以監控各裝船泊位的流量。②每種物料裝船管線均設置緊急關斷閥門，以便在超裝時停止對船舶裝船。

(4)建議措施：①在質量流量計設置高流量報警；②在罐區輸油泵考慮設置回流線，以滿足從輸送泵方向控制裝船流量；③在流量計和裝卸臂開關閥之間增加調節閥(見圖4)，其目的是一方面在高流量出現時進行調節流量，另一方面在正常運行過程中調節閥可以作為定量裝船的控制閥。

圖4新增調節閥工藝流程

3．3高壓偏離過程分析

(1)產生該偏離的原因：①丁二烯物料聚合，導致管道通路變小，由于輸送過程導致壓力升高、超壓；②物料裝卸均采用密閉輸送管道，在長時間不進行裝卸時，兩端封閉的管道因為環境溫度變化會導致管線超壓；③物料裝卸過程中，突然故障關閉，導致輸送管道超壓。

(2)產生的后果：①管道運行的壓力超過設計壓力，會導致設計管道薄弱環節(如閥門連接處、設備連接處)產生物料泄露；②輸送的物料都為易燃易爆物質，超壓導致泄露可能產生火災和爆炸事故；③輸送的物料都為有毒害物質料，超壓導致泄露可能產生現場工作人員中毒和環境污染等危害。

(3)現有的安全措施：①物料輸送管線均設置壓力變送器，以監控管道壓力值，避免其產生超壓；②丁二烯物料管線采用循環線，在管線長期不運行時，利用管線循環以控制丁二烯聚合而導致的超壓，同時在丁二烯設置安全閥，安全閥開啟壓力低于設計壓力，保護管線不超壓(見圖5)；③物料輸送管線均設置導淋放空閥，在超壓時可作為緊急泄壓裝置，同時也作為檢修閥門儀表的排空裝置。

圖5丁二烯工藝流程圖

(4)建議措施：①設置專門的污油線，實現密閉排放，以保證導淋泄壓的安全性；②在管線導淋均設置雙閥，保證正常運行時導淋處無泄漏風險；③在丁二烯安全閥后設置隔離閥門，并設置“LO”常開狀態，保證安全閥校驗和維修時的方便性和安全性；④吹掃接口采用三閥組方式，與丁二烯相接吹掃口閥門的壓力等級應保持同丁二烯統一等級，見圖6。

3．4操作檢修異常分析

(1)產生該偏離的原因：①緊急切斷閥、裝卸區前沿電動開關閥、調節閥關閉；②緊急切斷閥檢修。

(2)產生的后果：①管道運行的壓力超過設計壓力；②無法進行裝船；③緊急切斷閥檢修，由于緊急切斷閥只設置了單閥，輸送管道內有大量殘余物料需要排空。

圖6吹掃口設置方式

(3)現有的安全措施：①后方罐區輸油泵房設置超壓安全措施；②裝卸區內設置緊急停車按鈕，并與后方中控有通訊聯系。

(4)建議措施：①設置船舶移動緊急切斷按鈕，以便船方在事故狀態通知碼頭切斷輸送物料；②緊急切斷閥靠陸域側增設手動閥門，在緊急切斷閥維修時進行切斷。

4、結語

通過對某大型液體化工碼頭工程的工藝系統進行HAZOP分析過程，該液體化工碼頭HAZOP工作實際對6個單元進行了HAZOP分析，共提出建議52個，目前詳細設計階段52個HAZOP建議已經關閉，完成HAZOP分析報告1份。在HAZOP分析過程中，在小組成員中生產操作經驗豐富的人員起到很重要的作用，一方面可以彌補設計人員、安全分析人員缺乏實際現場操作的不足，另一方面他們對HAZOP分析中考慮問題的角度也不同，分析過程中不但可以解決安全問題，也可以解決日后系統運行操作問題。

作者：王東魁 張 明