变换炉的风险评估技术

刘春雷 李锡华 刘 军 航天长征化学工程股份有限公司

根据《固定式压力容器安全技术监察规程》等的要求：对第Ⅲ类压力容器，设计时应出具包括主要失效模式和风险控制等内容的风险评估报告。目前在设计阶段实施风险评估，由于还没有制定较为具体的风险评估报告实施细则，且与传统的设计程序有非常大的区别，设计者非常不习惯，压力容器设计、制造和使用单位还缺少相关经验，在具体的实施过程中会有许多困难，如风险评估报告的格式、内容、深度等。

为此，笔者根据相关规范和标准的精神以某项目煤化工变换炉为例，通过对其设计、制造和使用过程中应考虑的典型风险(或危害)进行识别、分析，出具了风险评估报告。仅供与同行交流，并请批评指正。

1 变换炉基本参数与操作工况

1.1 基本设计参数（见表1）

表1 设备基本设计参数

1.2 各工况条件

1）操作工况描述

变换炉属于轴向反应容器，具有双层催化剂，设备由壳体、入口气体分布器、集气器、温度计、卸料口、催化剂层、耐火球等组成。来自上游经换热后降温至210℃的变换气从设备顶部管口进入，经气体分布器均布后，沿轴向向下进入催化剂层进行变换反应，反应温度控制在250℃以内，出口CO含量控制在0.7%（mol%干）左右，最后经过两次变换反应后的气体由设备底部气体出口离开变换炉进入下一流程。

进口气体组成：H2O、CO、H2、CO2、H2S、N2、Ar、COS；

进口温度：220℃；

出口气体组成：H2O、CO、H2、CO2、H2S、N2、Ar、COS；

出口温度：246℃；

2）各工况参数（见表2）

表2 不同工况参数

2 主要失效模式及风险控制[1～10]（见表3）

表3 失效模式及风险控制

3 人员防护及措施

3.1 人员要求及措施

1）对容器设计、制造、检验、运输、安装和操作等各环节所有参与人员，要满足相应国家规定的岗位资质要求，如焊接人员要有相应焊接资质等。

2）岗前教育培训

（1）对容器设计、制造、检验、运输、安装和操作等各环节所有参与人员，都应通过岗前教育培训满足相应工作技能要求；

（2）特别对使用单位的关键操作人员提出如下要求：强化与操作对象相关的工艺、设备、结构、性能、特点的知识掌握和认知程度，避免因误操作引起设备故障；应进行安全防护及救护的知识培训，对关键操作人员应培训考核合格后上岗。

3）定期组织特种设备操作人员进行技术培训和安全教育。

4）定期收集、整理压力容器有关记录并组织相关人员总结前段时间压力容器运行中的经验教训并制定改进措施。

5）设备操作人员参与制订有关安全生产方面的规章制度，制定严格的管理制度和事故预防预案，避免违规操作或违章行为。

3.2 防护设备

容器操作时应配备以下防护设备,确保防护到位。

1）应配备：对设备壁表面降温措施，如水喷淋装置及水池；堵漏设备及设施；安全帽；防毒面具及防护服；接地电阻测试仪；消防器材并在有效期内；装卸防静电火花措施；设备装避雷装置。

2）对动力源、动力线路及照明装置应采取防爆或隔爆措施。

3）划分控制区和非控制区并有警示标识或标志。

4 运输和安装阶段危险识别及防护

4.1 可能发生危险

碰撞、跌落和筒体变形。

4.2 防护措施

1）要注重设备运输及安装人员的素质和实践经验，负责运输安装单位要制定科学合理的方案；

2）运输中设备固定牢固,尽量不超载,对超高和超宽运输应有防护措施,对设备易变形部位要支撑加固。

3）设备直径较大再加上接管，有可能在某一个角度上超过国家运输规定，给设备运输造成困难。因此，在确定设备管口方位时，充分满足工艺需求外，确定运输方案。

5 其它说明事项

1) 本报告不作为事故评估依据，主要目的是为制造厂和最终用户提供足够的信息，便于合理的制造和制订科学的使用方案。

2) 制造厂和用户按照本报告信息要结合自身实际经验，继续完善各种危害识别和风险控制措施，做好技术防范储备和安全操作规程。

3) 本报告采用的法规、标准和引用的文献资料以国家正式颁布的标准为主。

我国的标准目前尚没有完成体系的建设，基于失效模式的设计理念刚刚被引入到压力容器的设计中，还没有条件全面开展完整的风险评估，因此我国的设计阶段风险评估主要针对危害识别和风险控制[8]，对风险进行定性和定量的评价是风险评估的一个难题，具体评价方法、评判依据或可接收准则还在研究积累[10，11]。压力容器设计阶段实施风险评估势在必行，随着认识深入、经验积累、不断完善，设计阶段风险评估报告的质量必将再上新台阶，真正达到设计阶段进行风险评估的目的，提高我国压力容器风险防范的能力。

1 GB 150.1～150.4－2011压力容器

2 SH/T3075－2009石油化工钢制压力容器材料选用规范

3 API RP571,Damage Mechanisms Affecting Fixed Equipment in the Refi ning Industry.2003

4 李世玉.压力容器设计工程师培训教程.北京;新华出版社,2005

5 HG/T20581－2011钢制化工容器材料选用规定

6 王荣贵,汪渝.高温氢和硫化氢混合气体对设备的腐蚀及防护.化肥设计,2005,43(1):22－26

7 谢铁军,寿比南,王晓雷,等.《固定式压力容器安全技术监察规程》释义.北京:新华出版社, 2009

8 史晓红.热壁加氢反应器设计和使用的几点探讨.设计与研究,2007,34(9):23－25

9 钱春,李业勤,李 阳.压力容器风险评估报告的格式.石油与化工设备,2010, 13(3): 18－21

10 马德金.压力容器设计阶段风险评估的初步研究.广州化工,2010,38(8):247－249

11 戴树和.风险分析技术(二)－典型装置上的工程应用.压力容器,2002,19(3):1－6