危险性与可操作性分析在氨制冷系统中的应用

王明全

（江苏佳安安全科技有限公司，江苏盐城 224000）

1 危险性与可操作性分析概述

危险性与可操作性分析自20世纪60年代发展起来，以引导词为核心进行危害分析，可对设计安全进行全面检查，并对危害所对应因果来源进行追溯评估。本方法围绕关键词，找出运行过程期间工艺状态的偏差，对偏差产生原因、偏差可能导致后果、以及应对偏差的措施进行全面研究。本方法早期应用于缺乏预报危险以及操作性问题经验的分组设计工作中，近年来也开始被应用于已投入运行工艺系统的危险性、可操作性分析中。

氨制冷系统被广泛应用于食品冷冻、医药化工等相关行业领域中，系统介质以及使用参数存在较大的危险性，且特种设备多，加之工作环境复杂，各个部位管件、设备失效均可能导致严重后果。因此，应用危险性与可操作性分析方法对氨制冷系统进行全面分析，识别危险部位，并对失效原因以及导致后果进行研究，可帮助企业采取有效措施应对风险，最大限度降低事故发生率，保障整套氨制冷系统的运行良好与稳定。

2 节点划分

氨制冷系统工艺流程见图1。

图1 氨制冷系统基本工艺流程示意图

整套氨制冷系统的设备构成包括油气分离器、冷凝器、氨压缩机、中间冷却器、低压循环桶、储氨器、柴油器、制冷设备、氨泵等，以液氨为介质在蒸发过程中对热量进行吸收，以达到降低制冷设备运行温度的目的。结合图1，根据管道部位对氨制冷系统的关键设计参数进行界定，如见表1所示。

表1 氨制冷系统管道设计参数

根据以上实际情况，将氨制冷系统管路节点划分如下：①节点1，中冷节点，起始位置为压缩器一级出口经中间冷却器低温氨气处理并抽送回压缩机内；②节点2，高压气相管节点，起始位置为压缩器二级出口经油气分离器处理后传输至冷凝器内；③节点3，高压液相管节点，起始位置为氨气经冷却形成氨液后传输至储氨器内，再传输至高压调节站内；④节点4，低压液相管节点，起始位置为高压调节站将氨液分别传输至中间冷却器装置以及低压循环桶内，冷冻油以及机油在低压环境下进行泄放；⑤节点5，制冷设施节点，起始位置为低压循环桶内氨液传输至制冷设施，经换热反应产生氨气送回循环桶内，并经压缩机抽回。

3 节点风险分析

根据以上对氨制冷系统管路节点的划分标准，利用危险性与可操作性分析法针对各个节点存在的风险进行分析：

1）中冷节点风险。本节点压缩机装置压力异常升高可能导致气缸破裂、故障停车、以及氨气泄漏等事故发生，同时可能对机房内操作人员人身安全构成威胁。出口端阀门开度过小或功率异常降低可能影响管线压力以及进气量水平，对压缩机冷却效率产生不良影响。除此以外，密封面以及阀门部件区域，经长时间使用后可能导致泄漏事故，存在一定程度上的环境污染；

2）高压气相管节点风险。本节点中，中间冷却器装置冷却性能会直接对氨制冷系统的运行质量产生影响，中冷冷却效果不良会造成管道压力升高，但不会对其运行安全性产生影响。但若冷凝器中出现不凝介质大量聚集反应，尤其聚集于不易流通死角部位，可能导致气腔产生，造成氨气流动受阻，增高管道压力，严重时可能导致设备破裂或爆炸事故的发生。除此以外，管道泄漏事故原因以及所致后果与中冷节点基本一致，本节点管道工作温度在140.0℃，部分管道在室外运行，可能受冷凝水以及雨水侵蚀影响，因腐蚀导致管道泄漏事故发生；

3）高压液相管节点风险。本节点中因冷凝水流量较小或内部不凝介质影响可能降低装置冷却效果，造成经冷凝处理后液氨温度以及压力过高。储氨器液位过高可能在环境温度升高情况下导致蒸发膨胀发生。由于气相空间有限，温度上升导致压力升高，最终可能导致设备破裂、爆炸等故障。并且，管道泄漏以及阀门破裂或密封性能失效还可能造成环境污染以及人员中毒事故，对机房操作人员人身安全构成威胁，其风险水平较中冷节点风险水平明显更高；

4）低压侧液相管节点风险。本节点管道压力以及介质均来源于高压调节站，管道压力直接受到节流阀开度影响。开度过大可能导致管道以及连接中冷装置以及低压循环桶压力异常升高，造成故障发生；

5）制冷设施节点风险。本节点中热氨除霜利用油气分离器分离高温、高压氨气与低压回气管连接并反向融霜，制冷设备排管内液氨受热蒸发形成压力，加之操作失误可能导致事故发生。并且，因蒸发排管结霜严重可能损坏支吊架，导致顶棚管发生脱落，液氨大量泄漏会对库房内工作人员人身财产安全构成极为不良的影响。

4 风险汇总

根据上述节点分析情况，利用危险性与可操作性分析方法，对不同节点相应失效模式的可能性以及后果严重性进行判定，具体汇总结果如表2所示。针对表2所识别风险，建议采取如下措施进行针对性防治：

1）上气管优先选择具有耐腐蚀性能材料；

2）阀门材料不得选择灰铸铁类，并应逐个进行耐压试验，确保性能安全可靠；

3）热氨融霜管应通过设置安全阀的方式，避免融霜环节管道压力过高发生安全事故；

4）上气管应配备压力表以及安全阀装置，对冷凝器工作压力进行监控；

5）管道焊接方式应以全焊透为主，改进焊接质量，以促进抗压水平的提升；

6）厂房支吊架布设方式应当科学合理，尽可能避免绕曲布置，以免对其承载力水平产生影响。

表2 汇总分析结果示意表

5 结束语

应用危险性与可操作性分析方法，能够准确判断氨制冷系统在实际运行过程中各个节点不同失效模式发生的可能性以及所造成后果，从而制定针对性措施消除潜在风险。将本方法应用于氨制冷系统管道风险水平评估中具有非常重要的价值，对提升氨制冷系统运行可靠性以及安全性水平均具有非常重要的意义。