HAZOP在煤制甲醇系统中气化炉部分的应用分析.docx

1、第29卷第1期2013年2月天津理工大学学报JOURNAL OF TIANJIN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY文章编号：1673-095X（2013 ）01-0061-04HAZOP在煤制甲醇系统中气化炉部分的应用分析耿秋丽，陈全(天津理工大学环境科学与安全工程学院，天津300384)摘 要：为掌握某企业甲醇车间气化工段中气化炉所涉及的工艺、设备存在的危险性，本文采用了危险与可操作方 法进行了分析，得出了在燃烧室温度高，燃烧室温度低，表面温度高，燃烧室压力高，燃烧室压力低，出口工艺气与燃 烧室压差高，液位高和液位低等偏差情况下，可能存在的原因以及后果，并针对性地提出了建议措

2、施，对提高气化炉 的运行可靠性，实现企业的安全生产提供了保障.关键词：危险与可操作性研究(HAZOP)；风险分析；气化炉；措施中图分类号：X913.4 文献标识码：A doi：10.3969/j. issn. 1673-095X.2013.01.016Application analysis of HAZOP at gasification furnace in thesystem of coal to methanolGENG Qiu-li, CHEN Quan(School of Environmental Science and Safety Engineering, Tianjin U

3、niversity of Technology, Tianjin 300384, China)Abstract: To master the process and equipment risk involved in gasifier of the corporate methanol workshop gasfication section ,the article used the method of hazard and operability study to analyse, obtained in some situation such as high temperature i

4、n combustion, low temperature in combustion, surface of high temperature, high pressure in combustion chamber, low pressure in combustion chamber, high diEferent pressure between the gas of export and combustion chamber, high liquid level and low liquid level, there may be reasons and consequences,

5、and puts the recommendation measures to improve the operational reliability of the gasifier, aiming at safety production to the corporate.Key worck： hazard and operability analysis( HAZOP) ； risk assessment ； gasification furnace ； measure甲醇是重要的化工产品与原料,并定位于未来 清洁能源之一.发展煤制甲醇，以煤代替石油，是国 家能源安全的需要，也是化学工业高

6、速发展的需求. 近年来中国煤化工超常规发展，而且煤化工面临的 风险较多，因此针对煤化工工业的风险评价显得尤 为重要.目前的风险评价方法有许多，如工作危害分 析法（JHA）、作业条件危险性分析法（LEC）、安全检 查表法（SCL）等,但是针对煤化工行业，危险与可操 作性分析（Hazard and Operability Study）是一种较为 适用的方法，该方法能够系统的辨识偏离设计目的 的偏差，并分析其可能原因和可能产生的后果.1危险与可操作性分析概述危险与可操作性分析（Hazard and OperabilityStudy,缩写HAZOP）是一种用于辨识缺陷、工艺过程 危险及操作性问题的定性

7、分析方法，这种方法旨在 设计阶段就能对将来潜在的危险有预先的认识，以 保证更少的事故的发生.HAZOP之所以被广泛应用，是因为该种分析方 法能对工艺设计进行全面系统的分析研究和审查, 以确保装骨的生产安全.通过HAZOP分析可以使设 计和操作人员更加全面和深入的了解装置的性能, 全面系统辨识出工艺装置中的风险和危害因素，也 能识别出设备的设计缺陷，最终保证了装置的生产 安全.HAZOP是将工艺图或操作程序划分为若干分 析部分，利用引导词找出过程的危险,识别出具有潜 在危险的偏差.目的是发现可能存在的工艺危险和收稿日期:2012-09-18.作者简介：耿秋丽（1987 ），女,硕士研究生.通讯作

8、者：陈 全（1963），男，教授，E-mail:cqcqm. com. cn.操作问题,并从根源上提出控制措施.HAZOP分析 流程如图1所示.C02 + C->2CO AH0 = 162.4 kj/mol3 HAZOP在气化炉部分的应用图1 Hazop分析流程图Fig. 1 Analysis process of HAZOP蚤畛一!图2气化炉部分P&ID图Fig. 2 P&ID diagram of the gasifier本文以宁夏某煤化工企业甲醇公司气化车间为 例,对该厂气化车间使用的气化炉应用HAZOP分 析，以辨识评估其可能产生的风险.在本案例中，分 析对象是气

9、化车间的气化炉.HAZOP小组由相关方 面的专家组成，在分析前需准备好气化炉的管道和 仪表图（P&ID图）和气化炉工艺流程图（PFD图） 等.气化炉P&ID图如图2所示.2气化炉简介某煤化工企业甲醇车间所使用的是德士古气化 炉，该气化炉是一种以水煤气为进料的加压气流床 气化工艺.水煤浆通过喷嘴在高速氧气流的作用 下，破碎、雾化喷入气化炉.在炉内氧气和雾状水煤 浆受到耐火砖的高温辐射作用下,迅速经历预热、水 分蒸发、煤的干馋、挥发物的裂解燃烧以及碳的气化 等一系列复杂的物理、化学过程，最后生成一氧化 碳，氢气，二氧化碳和水蒸气为主要成分的湿煤气, 熔渣和未反应的碳,一起同向流下，

10、离开反应区，进 入炉子底部激冷室水浴，熔渣经淬冷、固化后被截流 在水中，落入渣罐,经排渣系统定时排放.其转化 为合成气的化学反应如下：C + H2O->CO + H2 AHO = 118.8 kj/molC +2H?O->CO2 +2HH0 =75.2 kj/mol3.1确定节点和偏差根据HAZOP分析的流程,分析一个工艺装置或 流程时首先要划分节点.本案例在划分HAZOP分析 部分时，根据HAZOP分析的功能和特点，将整个气 化装置分为13个部分.本文由于篇幅有限，特选取 气化炉为分析部分，作为节点.确定节点后，应根据要素和引导词来确定具有 实际意义的偏差，通过对该部分工作原理和

11、流程的 分析后，选取生产中相关的工艺参数,列出气化炉部 分中具有实际意义的偏差，如表1所示.3.2气化炉部分HAZOP分析3.2.1 工艺流程描述来自煤浆槽（浓度为58%62%）煤浆，由高压 煤浆泵加压，经煤浆上、下游切断阀送至工艺烧嘴的 内环隙.空分工段送来的纯度为99.6%的氧气，由氧 气流量调节阀控制氧气流量，经氧气上、下游切断阀表1气化炉部分偏差表Tab. 1 Deviation of gasification furnace导词 要素、无 多少 伴随部分相逆异常温度温度高温度低压力压力高压力低压差压差高液位液位高液位低送入工艺烧嘴的中心管和外环隙水煤浆和氧气经 工艺烧嘴充分混合雾化后

12、进入气化炉的燃烧室中, 在约6.5 MPaJ 350 %：条件下进行部分氧化反应.生 成以CO和H2为有效成份的粗合成气.粗合成气和 熔融态灰渣一起向下，经过均匀分布激冷水的激冷 环沿下降管进入激冷室的水浴中.大部分的熔渣经 冷却固化后，落入激冷室底部,粗合成气从下降管和 上升管的环隙上升，出激冷室经文丘里管去碳洗塔. 在激冷室合成气出口处设有工艺冷凝液冲洗水，以 防止灰渣在出口管累积堵塞.3.2.2 HAZOP 分析根据上文中对HAZOP分析步骤和方法的描述, 以及分析前的资料准备和HAZOP会议的策划，按照 要求召集相关人员召开HAZOP会议,并根据上文中 已得出的有意义偏差，对气化炉部分

13、按步骤进行 HAZOP分析，如表2所示.表2 HAZOP分析表Tab. 2 HAZOP analysis of gasification furnace序号偏差可能原因后果现有措施建议措施燃室觐表温高面度1）氧气流量增大;2）高 压煤浆泵打量不足;3） 煤浆浓度偏低;4）喷嘴 雾化不好;5）送气阀关 闭，导致系统压力急速 上升；6）温度计误 指示.1）氧气流量低;2）氧气 纯度不够;3）煤浆流量 高；4）投料时炉温低;5）温度计误指示.1）炉膛温度高;2）炉砖 烧损严重，炉砖脱落, 砖缝窜气;3）烧嘴发生 偏烧，导致局部高温.1）渣口堵塞;2）气化炉 后工序流程不畅通，使 系统压力升高3）激冷

14、 室积渣过多，堵塞下 降管.1）与气化炉本体连接 的管道、阀门、法兰泄 漏;2）锁斗排渣系统阀 门误动作，气体泄漏;3）反应供料煤浆、氧气 突然中断.1）损坏气化炉炉砖, 导致气化炉鼓包;2） 超温产生泄漏，导致 过氧爆炸;3）烧坏激 冷环、下降管.下渣口堵，导致拱顶 温度升高.气化炉炉壁鼓包变 形，严重时导致烧 穿，工艺气泄漏，引 发着火、中毒.1）气化炉相关连接 部位泄漏，可能引起 着火；2）气化炉超 压，发生物理爆炸；1）泄压过快,造成下 降管变形、炉砖松动、 触媒粉化、塔盘变形 等事故;2）发生中毒、 着火;3）降压太快使 氧量突然增加，严重 时造成气化炉过氧.1）降低氧气流量至实际所

15、需氧量;2）高压煤浆泵出口流量低低跳车;3）监测煤浆分析频次和棒磨机煤 浆分析频次;4）氧煤比高高延时跳 车;5）系统配有两个安全阀;6）温 度计定期校验;7）气化炉炉膛温度 高报警.1）空分装置有氧气流量监测、流量 压力自调系统，氧气总流量低低跳 车;2）空分系统有氧气纯度在线监 测仪;3）炉温过低时禁止投料;4） 温度计定期校验；1）气化炉炉膛温度高报警2）携带 便携式红外测温枪每小时巡检1 次;3）短期停车后对炉砖进行检 杳，发现烧损及时更换.1）渣曰压差高报警;2）碳洗塔塔盘 定期检查清洗;3）文丘里压差高报 警；4）气化炉紧急停炉系统;6）气 化炉与锁斗压差高报警.1）现场装有可燃气

16、体报警器;2）碳 洗塔粗煤气出口压力低报警;3）空 分装置有氧气流量监测、流量压力 自调系统，氧气总流量低低跳车;4）高压煤浆泵出口流量低报警,低 低跳车.检查确认制浆系统 运行情况及煤浆泵 冲洗水是否漏进煤 浆管线;煤浆管线上 的冲洗水阀上盲板；1）建议增加氧气流 量/煤浆流量比低报 警，延时跳车；2）建 议增加渣口压差高 联锁.1）建议增加气化炉 表面热偶温度380Y 时高报警，以便于中 请停车.2）确认气化 炉现场有有毒气体 探测声光报警，并考 虑提供便携式有毒 气体探测器.建议增加渣口压差 （气化炉出口合成气 与气化炉燃烧室压 差）高联锁.排渣系统联锁在气 化操作规程中未明 确，建议根

17、据实际情 况在操作规程中予 以明确.序号偏差续表后果现有措施建议措施口艺与烧压高出工气燃室差1）渣口堵塞;2）破渣机 入口堵塞;3）激冷室出 口合成气堵塞;4）气化 炉液位过高.炉温升高，拱顶超温1）渣口压差高报警;2）定时巡检捞 渣机出渣量;3）气化炉与锁斗压差 高报警;4）气化炉液位高报警，现 场装有就地指示液位计.气化操作规程中未 找到渣口压差高联 锁相关内容，建议增 加渣口压差（气化炉 出口合成气与气化 炉燃烧室压差）高 联锁.1）激冷水匿过大;2）黑 水自调阀开度小或排 水管线不畅通;3）液位 假指示.1）工艺气带水，洗涤 效果下降，触媒带灰 严重;2）气化炉压力 升高.1）气化炉液

18、位高报警，现场装有就 地指示液位计;2）碳洗塔液位高报 警;3）黑水排放管道有流量监测低 报警;4）液位计定期校验、冲洗;5） 气化炉严重排水不畅，考虑减负荷 或气化炉停车.气化操作规程重点 液位控制中显示气 化炉液位高于77.8%报警，与经验值 70%不符，建议根据 实验测试结果重:新 修改.时低1）合成气出口温度高高跳车;2）激锁渣阀长期使用磨 冷水流量低报，激冷水泵自启动；损较大，容易泄漏, 3）气化炉有液位监控，现场装有就 建议定期检修.地指示液位计.1）激冷水量小或中断;2）气化炉炭黑水系统 故障，导致炭黑水排放 量过大;3）气化炉超高 温，蒸发水量过多;4） 气化炉工艺气带水严 重

19、;5）液位假指示；6） 锁渣阀泄漏.1）工艺气温度高，洗 涤效果差，文丘里管 堵塞;2）激冷室温度 高;3）气化炉联锁停 车;4）下降管变形、 烧损;5）无液位时工 艺气窜到液相管道 造成闪蒸系统超压.4结论针对气化炉部分的HAZOP分析,共明确4个重 要工艺参数作为分析要素，通过要素与引导词建立 偏差矩阵得出8个有意义的偏差.基于偏差分析出 33条导致偏差的原因，并针对具体原因明确了 36条 现有控制措施.通过HAZOP小组讨论,共提出10项 建议改进措施.通过对气化炉HAZOP分析可以得出：燃烧室温 度偏高、气化炉表面温度偏高会导致气化炉鼓包，甚 至烧穿引起泄漏，在生产使用中应按时监测，严格控 制氧气流量和氧煤比.此外，气化炉燃烧室压力偏高 可能会引起气化炉压