循环氢压缩机单元的安全评价
1 前言
在化工一部汽油加氢装置，循环氢压缩机（位号P1740）为单级往复式压缩机。经一段加氢、二段加氢反应器加氢后分离出的富氢混合气通过P1740加压，送往二段加氢反应器循环利用，物料中含氢约80％，并含有微量硫化氢，其余为轻烃组分。2006年上半年，循环氢压缩机两次因振断热电阻连锁停车，一次引压管泄漏物料停车，导致整个汽油加氢装置停车，给公司效益带来损失，给操作人员人身安全带来不利影响。在此运用蒙德法对循环氢压缩机单元进行安全评价，通过评价结果为循环氢压缩机单元的HSE(ICI)蒙德部(MOND)在对美国道化学公司的火灾、爆炸指数评价法应用、研究的基础上补充发展起来的，所考虑问题更为全面[1]。
2 评价程序
选取汽油加氢装置循环氢压缩机为评价单元，评价单元内主要物质为氢气、轻烃组分、微量硫化氢，对2007年1-6月份循环氢压缩机入口线采样点AP1716采样数据进行分析得氢约80％（体积）、硫化氢约150ppm，比例较为稳定，故选取氢与硫化氢这一混合物组份来评价单元危险性。评价单元主要参数有：①评价单元：防火堤内循环氢压缩机；②评价单元主要物质：H2与H2S的混合物；③评价单元内评价物质总量选用：6.7t/h；④选用出口压力：2.6MPa；⑤选用出口温度：52℃；⑥评价单元高度：2.5m；⑦评价单元面积约为：40m2。
2.1 物质系数的确定
查常用危险化学品安全手册[2]，氢物质系数为B=MF=18.16
2.2 特殊物质危险值的确定
危险性系数是所研究单元主要物质在具体使用环境的一个函数，不能用孤立的性质来定义，其危险物质危险值选取情况如下：
(1)混合及扩散特性 低密度的可燃气氢气与其他物质的混合物用相应数值的比例系数，所以危险性系数选用-60×0.8＝-48
(2)着火灵敏度。根据国家级气体及蒸汽的电气装置分类标准，氢气着火灵敏度危险性系数选50。
(3)气体暴轰性物质。氢气与空气的混合物当氢气浓度在18.3％至59.0％区间时即可发生暴轰现象，危险性系数选用120。
特殊物质危险值 M＝122
2.3 一般工艺流程危险性
(1)工艺过程是单纯的物理变化，在机体内进行物料加压，危险性系数选10。
(2)基本操作为为物质输送，使用永久完全封闭的配管，危险系数选0。
一般工艺流程危险性 P＝10
2.4 特殊工艺危险性
(1)高压。 评价单元压力为2.6MPa，由高压系数P的曲线图查得，危险性系数为为55.
(2)接头的危险性。工艺管线与设备连接处有微量泄漏的法兰接头，危险性系数为30。
(3)振动。压缩机使相连的装置和管线产生振动，由此增大了装置的疲劳，此处取危险性系数为50。
特殊工艺危险性系数 S=135
2.5 数量的危险性
评价单元中每小时处理量为6.7t，氢气为5.36t,查质量系数图得危险系数Q为29。
2.6 布置上的危险性
(1)结构设计。评价单元为开放式工艺构筑物，高在7米以下，装有5吨以下可燃性物质，系数取10。
(2)其他。对物料是以小时为单位来评价工艺中的最大容量，其危险系数为-13。
布置上的危险性系数 L=-3
2.7 毒性的危险性
TLV。差相关手册，硫化氢的TLV值为10ppm, TLV系数选75
毒性的危险性系数 T=75
2.8 DOW/ICI全体指标D的计算
由B=18.16，M=122，P=10，S=135，Q=29，L=-3，T=75
D=B(1+M/100)(1+P/100)[1+(S+Q+L)/100+
T/400]=124
查表1可知全体危险性程度属于非常极端的
2.9 火灾潜在性的评价
评价单元火灾潜在性恰当的方法是以单位面积的燃烧热为基础，通过这种评价方法可以比较不同类建筑物的值。单元内全部燃料卷入火灾比较罕见，而考虑全部燃料的10％则较接近实际火灾持续时间。
火灾负荷 F=（B×K/N）×20500Btu/ft2=0.5×104 Btu/ft2
查表2 可知火灾负荷范畴属于轻度
2.10 爆炸潜在性的评价
内部装置爆炸指标 E=1+(M+P+S)/100=3.67
查表3可知内部装置爆炸潜在性范畴属于中等
地区爆炸指标A=B×(1+m/100) ×Q×H×E×(t/300) ×[(1+P)/1000]=152
查表4可知地区爆炸指标范畴属于高等
2.11 毒性的危险性评价
计算出可以综合考察评价单元的控制和管理的毒性指标U=(T/100)×[1+(M+P+S)/100]=2.75,查表5可知单元毒性指标范畴属于低等。
主毒性事故指标C=Q×U=80,查表6可知主毒性事故范畴属于中等。
2.12 全体危险性评价
蒙德部门认为：考虑装置布置的总危险性评分是根据DOW/ICI总指标D,而D受火灾负荷、单元毒性指标、内部爆炸指标、、气体爆炸因素的影响较强。因此利用总危险性R进行评价更为合适。
R=D×[1+(F×U×E×A)1/2/1000]=471
查表7可知全体危险性范畴属于中等。
3 补偿评价
为了取得正确的评价，需根据保护和预防手段重新估计总危险度，采用补偿系数评价指标值。
3.1容器系统
(1)输送管线。在所有的法兰位置上，采用焊接短管法兰代替活动法兰，系数用0.95。
(2)气体、液体和废料的排放。评价单元操作系统有安全阀、紧急排放阀及其与火炬系统相连的管线，补偿系数为0.90。
容器系统补偿系数K1=0.855
3.2工艺管理
(1)报警系统。评价单元配备报警系统，显示操作中的失误，防止潜在危险发展为事故，补偿系数采用0.95。
(2)惰性气体系统。有必要时使评价单元排空的氮气系统，补偿系数为0.95。
(3)安全保护系统。有吸入罐高液位联锁系统，补偿系数为0.75。
(4)计算机管理。评价单元有计算机管理正确操作，有独立停车功能，补偿系数用0.35。
(5)预防爆炸和异常反应。出口管线上有安全阀，有过压释放作用，补偿系数为0.9。
(6)操作指南。评价单元有操作规程、检维修方案和各种情况下的演练预案，补偿系数选用0.9。
(7)装置的监督。装置实行24小时巡检制度，能用闭路电视仔细的监视评价单元，补偿系数为0.95，巡检人员配备防爆对讲机，用附加性系数0.97。
工艺管理补偿系数K2=0.177
3.3安全态度
(1)管理者参与安全的管理。化工一部有完善的经济考核制度，对生产过程中的违章均可提出考核，补偿系数选用0.90。
(2)安全培训。对本单位职工及外来施工人员均有安全教育及本单位职工的岗位技能培训，补偿系数用0.90。
(3)保养维修和安全次序。检修过程中实行HSE管理，检修方案均经过审批，补偿系数为0.95。
安全态度补偿系数K3=0.77
3.4防火
有消防栓、消防水泡，防火补偿系数K4=0.85。
3.5物质隔离
评价单元有安全阀紧急压力泄放系统，物质隔离补偿系数K5=0.85
3.6灭火活动
评价单元有专门的厂内消防电话，系数取0.95；现场配备手动灭火器材，系数取0.95；现场有高压水网，水压为0.7MPa，能全速有效供水，系数取0.85；有能控制方向的远距离消防炮，系数取0.90；厂内消防车数量多于5台，系数取0.7；定期对操作人员进行消防训练，系数取0.9。
灭火活动补偿系数K6=0.435
3.7最终补偿系数计算
(1)补偿火灾负荷F1=FK4K5=0.36×104Btu/ft2
(2)补偿爆炸指标E1=EK2K3=0.5
(3)补偿气体爆炸指标A1=AK5K6=56.2
(4)补偿全体危险性评分
R1=RK1K2K3K4K5K6=17.25
4结论
(1)根据表8的评价结果，可以看出DOW/ICI全体指标属于非常极端水平，这是氢气的自身物化特性决定的，主毒性指标中等，气体爆炸指标中等，全体危险性处于缓和较低的水平。
表8 评价单元安全措施补偿前后各项安全措施
| 补偿情况 | DOW/ICI全体指标D | 火灾负荷F | 单元毒性毒性指标U | 主毒性指标C | 爆炸指标E | 气体爆炸指标A | 全体危险性评价R | |||||||
| 补偿前 | 数量 | 范畴 | 数量 | 范畴 | 数量 | 范畴 | 数量 | 范畴 | 数量 | 范畴 | 数量 | 范畴 | 数量 | 范畴 |
| 124 | 非常极端的 | 0.5×104 | 轻度 | 2.75 | 低 | 80 | 中等 | 3.67 | 中等 | 152 | 高 | 471 | 中等 | |
| 补偿后 | 0.36×104 | 轻度 | 0.5 | 轻微 | 56.2 | 中等 | 17.25 | 缓和 | ||||||
(2)虽然评价单元全体危险性指标处于缓和较低的水平，但压缩机产生持续较强振动不解决，就还存在发生事故的隐患，单元主毒性指标、气体爆炸指标中等，DOW/ICI全体指标属于非常极端水平，仍需继续加强工艺、设备和安全管理，完善停车事故应急预案，降低各个环节的危险性系数，控制评价单元毒性及气体爆炸指标，减少事故损失。
(3)针对振断热电阻引发系统停车的事故，目前是通过将这一测温点的温度逻辑改为3取2模式。建议现场加装与控制室计算机相连的硫化氢探测器，减少因高浓度硫化氢意外泄漏造成的人员伤害。做好仪表、联锁的维护工作，定时对联锁、仪表进行检查维护，防止由于设备振动给仪表造成疲劳损坏，引发意外停车。
(4)在安全措施的补偿评价过程中，蒙德法强调了工程管理和安全态度，突出了企业管理的重要性，评价得出的结果较接近实际情况。
参考文献
1 蒋军成，郭振龙编.安全系统工程.北京：化学工业出版社，2004.93
2 张维凡编.常用化学危险品安全手册.北京：中国医药科技出版社，1992.707
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