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基于HAZOP分析的尿素生產(chǎn)風險評價及安全控制

文檔作者：吳娟文檔來源：四川大學化工學院		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年11月08日
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基于HAZOP分析的尿素
生產(chǎn)風險評價及安全控制
吳娟(四川大學化工學院，四川成都610065)
摘要：安全是當今世界普遍關(guān)注的重大課題，化工生產(chǎn)企
業(yè)普遍存在著高溫、高壓、易燃、易爆、有毒氣體泄漏等多種危
險因素。本文通過運用危險與可操作性分析(HAZOP)在重慶
建峰化肥一期尿素裝置連續(xù)生產(chǎn)過程中的系統(tǒng)分析，選取一次
漏氨事故案例為切入點，對其發(fā)生原因和發(fā)生點為節(jié)點，測算
其由一次漏氨事故通過運用危險與可操作性分析(HAZOP)方
法在重慶建峰化肥一期尿素裝置連續(xù)生產(chǎn)過程的風險評價中，
以關(guān)鍵詞為引導，找出尿素裝置生產(chǎn)過程中工藝狀態(tài)的偏差以
及該偏差發(fā)生的原因和可能導致的后果，并就操作規(guī)程、設備
設施、管理監(jiān)督和應急預防等方面提出相應的安全控制措施。
同時對比實施HAZOP建議前后兩年的事故統(tǒng)計，總結(jié)
HAZOP分析法在企業(yè)生產(chǎn)運行中的效益。
關(guān)鍵詞：HAZOP；尿素裝置；風險評價；控制措施；效益
石油化工是我國的重要支柱產(chǎn)業(yè)之一，關(guān)系到國民經(jīng)濟能
源、化工材料合成等許多方面，同時它也是危險性很大的產(chǎn)
業(yè)。合成氨尿素生產(chǎn)是化工氮肥制造業(yè)的基礎，是石油化工生
產(chǎn)行業(yè)的重要組成部分，在國民經(jīng)濟中具有重要意義。尿素合
成工藝是化肥生產(chǎn)的主要工藝之一，目前普遍使用氨或二氧化
碳合成法。工業(yè)上用液氨和二氧化碳為原料，在高溫高壓條件
下直接合成尿素。整個生產(chǎn)操作過程中，采用高溫高壓的工藝
條件，副產(chǎn)品多為易燃易爆和有毒有害物質(zhì)，且工藝流程長，連
續(xù)性強，設備長期承受高溫高壓外，還承受著內(nèi)部介質(zhì)的沖刷、
滲透以及外部環(huán)境的腐蝕作用等，各類事故的發(fā)生率較高，極
易發(fā)生火災和爆炸事故。因此裝置的安全穩(wěn)定運行是企業(yè)發(fā)
展的重要課題。
針對裝置潛在的安全風險，也為了進一步落實安全生產(chǎn)主
體責任，公司總部主管安全、生產(chǎn)、設備的負責人高度重視，結(jié)
合國務院《關(guān)于進一步加強企業(yè)安全生產(chǎn)工作的通知》(國發(fā)
[2010123號)要求，以創(chuàng)建安全標準化一級達標企業(yè)為契機，在
一化裝置范圍內(nèi)開展危險與可操作性分析(以下簡稱“HAZOP
分析”)。分析的目的旨在系統(tǒng)識別在役裝置的潛在風險，為隱
患治理提供依據(jù)；有效評估現(xiàn)有控制風險的安全措施，進一步
提出改進建議；識別和分析可操作性問題，進一步完善裝置過
程安全信息，為優(yōu)化操作規(guī)程提供依據(jù)。
以下就是針對一化尿素裝置的全系統(tǒng)HAZOP分析研究的
總結(jié)，并在分析總結(jié)的基礎上就完善操作規(guī)程、改進設備設施、
加強管理監(jiān)督和提高應急預防等方面做出必要的安全控制措
施，以期達到實現(xiàn)本質(zhì)安全的目的。
1 HAZOP分析介紹
HAZOP(Hazardandoperabilitystudy)分析最早于20世紀60
年代由英國帝國化學工業(yè)集團(ICI)的工程師們以識別工藝偏
離的方式對化工工藝系統(tǒng)進行可操作性分析而發(fā)明得來，是一
種用于辨識設計缺陷、工藝過程危害及操作性問題結(jié)構(gòu)化分析
的方法。其本質(zhì)是一種基于“偏差”來尋找系統(tǒng)潛在危險與可
操作性分析，從而解決危險與可操作兩方面問題的結(jié)構(gòu)化、系
統(tǒng)化的安全評價方法，是一種定性的、結(jié)構(gòu)化的頭腦風暴式評
價方法?。
HAZOP分析由于其具有系統(tǒng)性、科學性、方法簡便易學，辨
識危險源具體，風險控制針對性和可操作性強的特點，成為了
工藝安全管理中最常用的一種工業(yè)危害分析方法之一”1。但
是，我們也看到，單一使用HAZOP分析法，只能定性的分析裝
置存在的潛在風險，并不利于操作人員進行故障診斷且無法實
現(xiàn)定量分析，具有一定的局限性。因此在實際分析中，往往將
HAZOP分析法與其他定量風險分析法結(jié)合使用，以獲得更好的
風險辨識和控制效果。建峰一化尿素裝置在進行HAZOP分析
時，按照集團內(nèi)部推廣慣用的定量分析方法，采用通過管理方
面風險系數(shù)A修正的方法與作業(yè)條件危險性評價法相結(jié)合的
方法進行評價。
2建峰一化尿素裝置的HAZOP分析過程
2．1工藝系統(tǒng)及流程簡介
2．1．1工藝系統(tǒng)概述
重慶建峰化工一化尿素裝置引進意大利斯納木氨汽提法
尿素工藝，設計生產(chǎn)能力為1750t／d，所用原料氨和二氧化碳均
來自于合成界區(qū)。該工藝采用較高的NHgCOz(3．3～3．7)，溫度
186～189。C，壓力15．6MPa的條件下，以獲得較高的CO：轉(zhuǎn)化率
(62％～65％)。未反應物與高壓合成基本等壓的狀態(tài)下，通過
汽提塔以氨作為自汽提氣的汽提過程而大量分解，并在高壓甲
銨冷凝器冷凝后再次返回尿素合成塔，形成甲銨溶液的高壓內(nèi)
部循環(huán)。其余未分解的甲銨經(jīng)中低壓及真空系統(tǒng)逐級減壓分
離和回收，并最終送入高壓系統(tǒng)。經(jīng)過高壓分解、中壓、低壓、
蒸發(fā)分解濃縮濃度達99．7％以上的熔融尿液進入造粒塔，在造
粒塔內(nèi)與逆流空氣接觸換熱，落入塔底的為顆粒尿素，經(jīng)刮料
機及各級皮帶送入散庫或包裝。
2．1．2工藝流程簡介3西r石石r面本函r————————————————————————～ 萬方數(shù)據(jù)
尿素裝置工藝流程簡圖如圖2所示。
圖2尿素工藝流程簡圖
2．1．3尿素公用工程及輔助系統(tǒng)
2．1．3．1公用設施
尿素裝置提供密閉排放碳銨液儲槽(300TK04)用來收集裝
該偏離會導致危險發(fā)生，再運用風險評價進行定量風險評估，
確定其風險大小，并比照現(xiàn)有安全措施，檢查措施的充分性，提
出更有效更完善的安全保障措施。如此反復對裝置的每段工
藝反復分析，直到每段工藝每臺設備都被充分詳實討論后，分
析工作才算完成。最后對討論內(nèi)容加以記錄、整理和匯總，總
結(jié)出對裝置安全運行有益的措施建議，形成HAZOP分析報告，
并后續(xù)跟蹤建議措施的整改完成，形成有益于安全生產(chǎn)運行的
良性循環(huán)。
2．2．2風險分析法
建峰一化尿素裝置的HAZOP分析過程中，HAZOP分析只
能定性分析出潛在的危險，至于風險的危害程度還需要結(jié)合某
一定量分析法加以確定，從而根據(jù)風險大小制定相應的安全措
施。通過篩選現(xiàn)有常用的評價方法，如作業(yè)條件危險性評價
法、風險矩陣法等，綜合考慮人員運用分析方法的熟練程度和
在公司內(nèi)推廣的程度，最后確定采用通過管理方面風險系數(shù)A
修正的方法及作業(yè)條件危險性評價法相結(jié)合的方法進行評價，
并根據(jù)公司制定的《風險控制管理規(guī)定》文件制度確定，D<75
分的為可接受風險，D≥300分的為重大風險。將一個危險源按
綜合評價點來進行評估分為五步進行，最終結(jié)果以綜合評價點
D來表示，即：D=LxExCxA。其中，D為風險量化的數(shù)值lL為事
件發(fā)生的可能性；E為作業(yè)人員出現(xiàn)的頻率；C為事件后果的嚴
重程度；A為現(xiàn)場管理情況。
2．2．3以尿素氨供應和中壓回收系統(tǒng)為例的HAZOP分析
置各處含氨、二氧化碳排放液。槽內(nèi)液經(jīng)封閉排放回收泵根據(jù)對尿素工藝流程的介紹，選取一個重點部分作為
(300P16A／B)送．K300TK02。HAZOP分析的案例進行詳細分析，識別其潛在危險，本次選取
2．1，3．2冷凝液收集與分配的重點過程為氨供應和中壓回收系統(tǒng)，該系統(tǒng)對尿素工藝工程
來自低壓蒸汽用戶的冷凝液收集在蒸汽冷凝液槽300V10 的氨耗和能耗都有直接影響，同時氨氣放空也有一定的環(huán)境影
中通過壓力控制使它保持0．1Mpa，120。C。響。該系統(tǒng)過程中液氨(來自合成界區(qū))主要分兩部分加以運
300V10內(nèi)蒸汽冷凝液用蒸汽冷凝液泵(300P13A／B)送往用，一部分通過氨升壓泵(300P04A／B)]JIl壓、氨預熱器(300E07)
300E04用于副產(chǎn)低壓蒸汽。過剩的冷凝液在高壓甲銨預熱器預熱升溫后作為甲銨噴射泵(300J01)的驅(qū)動流體，帶動回收的
300E05中冷卻到100。C，然后送出界區(qū)。一部分經(jīng)300P10、高壓甲銨液，一并進入尿素合成塔(300R01)，與二氧化碳壓縮
300P1l升壓作為系統(tǒng)沖洗用水。機(300C01)送來的二氧化碳進行反應。另一部分貝Ⅱ進入中壓
2．2分析過程及結(jié)論吸收塔(300'I"01)，用于除去上升過程中殘余的二氧化碳和水
2．2．1分析步驟(三胺裝置送入的液氨組分異常時的情況，正常時直接進入氨
一般而言，HAZOP分析包括4個基本步驟：分析界定、前期儲槽)。中壓吸收塔頂部氣相的氨進入中壓氨冷卻器(300E09)
準備、分析評價會議和后續(xù)跟蹤落實。分析界定是對進行冷卻，氣氨基本上全部冷凝為液氨而進入氨儲槽(300V05)，而
HAZOP分析的目標、范圍進行確定，明確分析的裝置或區(qū)域，確一部分未冷凝氣氨惰氣送入中壓惰氣洗滌器(300Ellff03)，通
保不偏離與目標無關(guān)的區(qū)域以外。前期準備主要是進行分析過加水洗滌回收氣氨，放出熱量被冷卻水帶走。被洗滌的惰氣
評價會議前的工作，包括組成評價小組、確定成員分工、制定會利用中壓壓力控制閥(PV09305)放空，經(jīng)洗滌的氨水經(jīng)氨水溶
議計劃、明確分析和評價方法、收集主要參考P&amp;amp;ID圖，準備會液泵(300907A／B)返回中壓吸收塔。其公用工程及輔助系統(tǒng)同
議使用工具等。分析評價是HAZOP分析的重點過程，也是依尿素裝置。
賴于小組領導能力和多專業(yè)背景人員判斷與合作能力的創(chuàng)造通過分析，可以看出該部分的關(guān)鍵參數(shù)主要包括：壓力、溫
性過程Ⅲ。在此過程中，分析小組成員主要根據(jù)P&amp;amp;ID圖，輔助度和氣體組成等。通過與在工藝、設備、儀表、操作、安全管理
參考工藝流程圖和操作規(guī)程，以劃分的單一節(jié)點入手，在引導等不同崗位的從事尿素生產(chǎn)工業(yè)尤其對尿素氨供應及中壓回
詞的帶領下用有價值的偏差尋找產(chǎn)生這一偏離的原因。如果收系統(tǒng)方面有著多年實踐經(jīng)驗和豐富技術(shù)知識的內(nèi)部專家進———————————————————————————面雨五丁瓦巧幣3 萬方數(shù)據(jù)
行討論，對該系統(tǒng)按流程順序和關(guān)鍵裝置劃分了7個節(jié)點，分別
是：尿素裝置氨過濾器300F08及前后管線；氨冷凝器300E09及
進出口管線l氨貯槽300V05及進出口管線，中壓氨吸收塔
300E11及進氣管線}氨過濾器F08一氨升壓泵P05管線、氨升壓
泵300P05-高壓氨泵300P01進口管線、高壓氨泵300P01MB／C
泵、氨緩沖罐V15MB／高壓氨泵油分離器V16、氨預熱器
300E07l合成E55進入到300E15管線及合成車間氨球200TK01
進入到300TK02。討論通過分節(jié)點進行偏差識別，再各種偏差
中尋找有益偏差，分析這些有意義偏差的不利后果和產(chǎn)生原
因，從而歸納了造成這些有益偏差應采取的措施。同時，對討
論結(jié)果結(jié)合文獻查閱、比較，進行大量后續(xù)歸類、比較、優(yōu)選和
剔除、補充等文字整理工作，總結(jié)編制了該HAZOP分析的重要
組成部分——氨供應及中壓回收系統(tǒng)HAZOP分析表。由于整
個過程工藝控制參數(shù)較多且復雜，流程內(nèi)瑣碎部件繁多，故該
系統(tǒng)各節(jié)點的偏差類型和數(shù)目也較多。
通過表8可以看出，管道流量、物料組成濃度和壓力控制對
氨供應及中壓回收系統(tǒng)的裝置運行具有很大的危險性，輕則易
發(fā)生停車事故，重則會引發(fā)爆炸、中毒和環(huán)境污染事故，因此操
作人員對這些偏差應引起高度重視。
4安全建議．
以尿素氨供應及中壓回收系統(tǒng)劃分為7個節(jié)點進行
HAZOP分析與研究，經(jīng)過對節(jié)點中可能引起偏差的原因和可能
發(fā)生的最嚴重后果進行詳細查找和辨識后，提出了儀表自動化
控制、工藝改進設備更新，優(yōu)化操作規(guī)范流程、加強培訓模擬演
練、增加防護器具配給等8項安全建議。這些建議可以全面深
入地識別和分析系統(tǒng)潛在的危險，明確潛在危險的重點部位，
確定裝置日常維護的重點目標和對象，進而針對重大事故隱患
的預防性安全措施，有助于企業(yè)建立隱患排查正字常態(tài)化機制
的有限方式。在硬件方面，應全面實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，安裝有確
保安全使用的監(jiān)測和調(diào)節(jié)儀表、必要的隔斷、實現(xiàn)報警系統(tǒng)、聯(lián)
鎖系統(tǒng)，保證材料、設備和安裝質(zhì)量。例如在此系統(tǒng)中，尿素裝
置氨過濾器300F08增加就地壓力表、氨升壓泵300P05進口增
設遠程緊急切斷閥等，軟件方面，對偏離正常工藝參數(shù)和違反
操作規(guī)程、出現(xiàn)事故時操作人員應采取的動作進行良好的培訓
和演練，提高操作人員的業(yè)務素質(zhì)，以保障裝置的安全運行，例
如將工藝冷凝液儲槽300TK02閥門開度過大引起的后果和危
害寫入操作規(guī)程中，避免人為操作事故。
在以上HAZOP分析實例的基礎上，以點帶面結(jié)合實際和
設備特性，對整個尿素工藝系統(tǒng)進行節(jié)點劃分和偏差分析。
5效益分析
5．1安全效益分析
因2012年底300P01發(fā)生柱塞壓板斷裂引發(fā)氨泄漏，造成
多名人員受傷的事件，公司運用HAZOP分析研究成果的2l條
安全建議，結(jié)合實際于2013年至2015年間進行了一系列軟硬
件上的更新改造。
HAZOP分析對300P05至300P01的前端切斷閥提出了安
全建議，考慮到300P01曾發(fā)生過的泄漏案例，在安全建議的基
礎上，現(xiàn)階段采取人工操作在泄漏量大的情況下，人員無法進
入現(xiàn)場關(guān)閉300P01進I：1閥或300P05進出I：1閥，于是在300P05
至300P01管線上增設一快關(guān)閥，且可由主控操作開關(guān)，一旦
300P01發(fā)生氨泄漏事件，主控操作人員就可以不到現(xiàn)場直接在
主控進行操作，操作簡單且不受環(huán)境影響，最大程度將人員傷
害和能耗損失降至最低。
5．2經(jīng)濟效益分析
安全經(jīng)濟效益主要體現(xiàn)在“減損”和“增值”兩方面，直接減
輕或免除事故或危害事件給人、社會和自然造成的損傷，實現(xiàn)
保護人類財富，減少無益損耗和損失的即為減損收益，也是安
全的直接效益；而保障勞動條件，維護經(jīng)濟增值過程，則是增值
收益，也是間接效益。
因汽提效率提高，噸尿素耗氨從目前570公斤下降到569
公斤，按年產(chǎn)52萬噸尿素，3000元／噸氨計算，可年節(jié)約運行成
本156萬元。直接帶來經(jīng)濟效益530．4萬元。同時，300E01更
新后，可以避免因該設備泄漏停車帶來的損失，每次可節(jié)約開
停車成本及檢修費用約50萬元。設備的更新不僅消除了尿素
裝置安全運行的重大隱患，對保障整個裝置穩(wěn)定、經(jīng)濟運行帶
來重要意義，同時還節(jié)約一定的運行成本，具有一定的經(jīng)濟
效益。
5．3社會效益分析
按照HAZOP分析對尿素系統(tǒng)的21項安全建議措施進行實
施后，避免了氨氣放空帶來的環(huán)保問，環(huán)境效益明顯；同時，產(chǎn)
品質(zhì)量的保證，為客戶帶來更加優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，滿足市場需求的
同時也進一步提高了企業(yè)信譽，使產(chǎn)品在市場競爭中占有更大
優(yōu)勢。
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