加氢装置主要危险性分析

摘要:本文对某厂加氢工艺装置进行分析，确定该装置的主要危险性为火灾爆炸危险性，其中包括物料的火灾爆炸危险性、工艺设备的火灾危险性、爆炸性气体环缝分区;该装笠的主要危险性还包括设备肩性危险。通过对主要危险性进行分析，为该装置的安全生产保障措施的制定、初步设计及施工图的绘制，提供了重要的参考依据
关键词:加氢装置物料危险性分析
　　
1物料的火贝爆炸危险性
　　某石蜡加氢装置所用原料蜡分别来自本厂生产的58#,66#脱油蜡，溶剂脱油装置生产的70#和喷雾脱油装置生产的75#脱油蜡。新氢为重整氢，组成见表1;白土为活性白土;燃料气来白瓦斯管网，组成见表2。产品主要是油蜡和微油蜡，还有部分轻烃和污油产生。此外，新鲜的催化剂使用二甲基二硫作为硫化剂。上述物料在生产过程中大多处于高温、高压条件，一旦出现泄漏，易引发火灾爆炸事故。
　　(1)石蜡
　　石蜡是高质石油馏分，呈白色至淡黄色，常温下为固态。石蜡主要由C16以上的正构烷烃组成，也含有少量异构烷烃和带侧链的环烷烃。随着分子量增高，异构烷烃和长侧链环烷烃的含量逐渐增多，其平均分子量为300~500,闪点大于120℃，按火灾危险性分类原则，石蜡属于丙类火灾危险物质。
　　(2)氢气
　　氢气是无色无味的气体，爆炸极限(V%)为4.0%~75.0%，引燃温度为560℃，按照可燃气体火灾危险性分类原则，氢气属于甲类火灾危险物质。氢气与空气混合能形成爆炸性混合物，遇热或明火即会发生爆炸，气体比空气轻，在室内使用或储存时，漏气上升滞留屋顶不易排出，当达到其爆炸下限浓度时，遇火星会引起爆炸。在高压下，氢气爆炸范围加宽，燃点降低，并且高压下钢与氢气接触易产生氢脆和氢腐蚀，这是氢管道泄漏以致于出现损坏的重要原因之一。
　　(3)燃料气
　　燃料气中15.94%为甲烷。甲烷为无色无臭易燃气体。爆炸极限(V%)为5.3%~15.0%，引燃温度540℃，属于甲类火灾危险性物质，与空气混合能形成爆炸性混合物，遇热源和明火有供烧爆炸的危险。
　　燃料气中11.12%为乙烷。乙烷为无色无臭易燃气体。爆炸极限(V%)为3.0%~16.0%，引燃温度515℃，属于甲类火灾危险性物质。
　　燃料气中还含有约12.36%的乙烯。乙烯为无色气休，略具烃类特有的臭味。爆炸极限(V%)为2.7%~36.0%,引燃温度425℃，为甲类火灾危险性物质，与空气混合能形成爆炸性混合物，遇明火、高热或与氧化剂接触，有引起燃烧爆炸的危险。此外，乙烯有聚合的危险性。
　　丙烯在供料气中占12.67%,无色，有烃类气味的气体。爆炸极限(V%)为2.0%~11,1%，引燃温度460℃，为甲类火灾危险性物质，与空气混合能形成爆炸性混合物，遇明火、高热能引起燃烧爆炸。
　　燃料气中部分物质的火灾危险性如表3所示。此外，燃料气中还含有CO、C3H8等低碳烃类，虽然这些物质大多为甲类火灾危险性物质，但其组分较少，其火灾危险性不作详细分析。综上，燃料气为甲类火灾危险性物质。
　　二甲基二硫为催化剂的预硫化剂，淡黄色透明液体，有恶臭味，易燃,遇明火供烧，与氧化剂反应剧烈，遇高热或接触酸雾能分解有毒气体，不溶于水，能与醇、醚混溶，为甲类火灾危险性物质。
　　本工艺过程中的轻烃类为气态，属于甲类火灾危险性物质。污油为液态，闪点在45~120℃，为丙类火灾危险性物质。
　　石蜡加氮装且主要物料的火灾危险性见表4。

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2工艺设备的火灾危险性
　　加热炉用来为反应提供热量，如炉管壁温超高，会缩短炉管寿命;当超温严重、炉管强度降低到某一极限时，可能导致炉管爆裂，造成恶性爆炸事故。材质缺陷、施工质量低劣、高温腐蚀、阀门不严、违章操作、点火等造成炉管和燃料系统泄漏，是炉区发生火灾的主要原因。炉管焊口、回弯头等处是容易发生火灾的主要部位。按《石油化工企业设计防火规范》的规定，加热炉属于丙类火灾危险设备。
　　反应器是石蜡加氢装置的关键设备，包括加氢精制第一反应器和加氢精制第二反应器。器内主要介质为石蜡、氢气，且器内操作温度高、压力高，反应器在发生泄漏或超温超压时，有火灾爆炸的危险性。高压氢与钢材长期接触还会使钢材强度降低(氢脆)，出现裂纹，导致物理性火灾爆炸。
　　例如:美国某炼油厂加氢裂化装置，在操作压力17.2MPa的高压反应器上，有一道47.5cm的裂口。使可燃气休喷出，引起装里泄压，造成重大火灾。
　　按《石油化工企业设计防火规范》的规定，以反应器为主要反应设备的加氢精制属于甲类火灾危险设备。
　　高压分离器包括热高压分离器(操作条件:17.3MPa,240℃)和冷高压分离器(操作条件:17.2MPa、140℃)。高压分离器既是反应产物的气液分离设备，又是反应系统的压力控制点。分离器内压力非常大，如液面控制不好，液面过高，会造成循环氢带液而损坏循环氢压缩机;液面过低，容易发生高压系统窜入低压系统而发生爆炸事故。其玻璃液面计、压力表、安全阀、调节阀，任何一个部件失灵都可能导致重大事故的发生。
　　新氢和循环氢压缩机是本装里的重要设备，其主要功能是保证反应系统氢气循环，为反应过程提供操作用全部高压氢气(出口压力18.7MPa),由于气体经过压缩产生高温、高压，所以压缩机缸体、部件、轴密封、管线、阀门、仪表等处容易发生泄漏和损坏，泄漏气体容易发生火灾爆炸事故。此外，高压分离器液面过高导致循环氢带液，也会使压缩机失去平衡，产生振动，严重时会损坏设备，造成氢气漏气，引起燃爆。
　　例如某石化厂，因氢压机入口管线破裂，大量氢气逸出，场炸起火，8人当场死亡，14人受伤，4套装里被炸毁，抢修60多天才恢复生产，直接损失180余万元。
　　按《石油化工企业设计防火规范》的规定，氢压缩机属于甲类火灾危险设备。
　　本装置新增21个容积为700~3000m3的拱顶罐，主要有热高分分蜡罐、冷高分分蜡罐等。这些储蜡罐设有过热蒸汽(200℃)加热器，正常生产时，石蜡的加热温度为80℃，若加热温度超过罐内蜡油的闪点或100℃时，可能会产生火灾危险或冒罐事故。
　　如某厂蜡油罐因温度控制设施失灵，过热蒸汽加热器长时间加温，使其温度达到115℃，最终导致冒罐事故。
　　按《石油化工企业设计防火规范》的规定，石蜡储罐属于丙类火灾危险设备。
　　(6)其他
　　冷凝器、冷却器和换热器因腐蚀、安装质量差、热力作用等原因，冷换头盖大法兰、进出口阀门、法兰等处常发生泄漏或内漏，是石化企业经常引发火灾的部位。
3工艺装置火灾危险性
　　石蜡加氢生产过程中有甲类火灾危险性物质存在，且操作温度高、压力大，一旦系统中出现泄漏现象，有可能引发火灾爆炸事故。按照(石油化工企业设计防火规范)附表5.1对工艺装置或装置内单元的火灾危险性确定的原则，石蜡加氢装里应为甲类火灾危险性工艺装置。
4爆炸性气体环境分区
　　在石蜡加重生产过程中，一旦出现泄漏，就会在装置区作业环境的空气中形成爆炸性气体混合物。因此，装置区域内属于爆炸危险环境。根据本装置爆炸性气体混合物出现的频繁程度和持续时间，按照(爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范)第2.2.1条对爆炸性气体环境分区划分的原则，本装置主要生产区域应为2区;区域内的地坑、地沟等应为1区。
5设备腐蚀危险
　　石蜡加氢过程中有硫化氢及氢气存在，因此以硫化氢及氢气为介质的工艺设备、管道可能存在氢脆、氢腐蚀和硫化氢腐蚀的问题。
　　氢脆现象是在高应力和氢气的联合作用下发生的一种脆性破坏，使金属延性和韧性降低，甚至产生裂纹。通过热处理控制材料的强度，并尽可能地消除焊接和加工的残余应力，能有效防止氢脆裂纹的产生。
　　氢腐蚀是离温下侵入钢中的氢与金属晶体间碳化物反应产生甲烷气泡，并在金属晶体间和非金属灰渣部位聚集，引起延性和韧性劣化的现象。
　　硫化氢对铁有腐蚀作用，特别在260℃以上时，硫化氢的腐蚀速度加快，生成硫化铁和氢气。硫化铁锈皮的形成，会阻碍硫化氮接触母材，减缓腐蚀速度，而当氢气和硫化氢共同存在时，腐蚀速度加快，因为原子氢不断侵入硫化物的垢层中，造成垢层疏松多孔，使硫化氢介质扩散渗透。另一方面，硫化氢的存在，会阻止氢原子再组合成氢气，使溶解在钢中的原子氢浓度增大到1Oppm以上(一般为2~6ppm)，容易造成受压容器氢脆开裂。
　　因此，在该工程初步设计中，如何采取有效措施，防止生产工艺设备、管道出现氢脆、氢腐蚀问题，是防止物料泄漏、防火防爆的重要措施之一。