脱氢烷基化装置的风险分析及对策研究

摘要：脱氢烷基化装置工艺介质主要含有苯、氟化氢、溶剂油、氢气等易燃、易爆、有毒及强腐蚀性物质，装置中烷基化工艺是国家重点监管的危险化工工艺，装置易发生化学品泄漏、火灾、爆炸等事故，造成严重的人员伤亡、财产损失及其他社会影响，开展风险分析及对策研究，有助于控制装置运行中的风险。针对石化企业某脱氢烷基化装置，用“HAZOP+LOPA+风险矩阵”复合式风险分析、评估方法，以装置主要工艺为研究对象，分析温度、压力、流量、液位等主要工艺参数出现偏差的原因、后果及对策措施，以消除或降低风险，保证脱氢烷基化装置的安全平稳运行。

关键词：风险评价；脱氢；烷基化；HAZOP；LOPA1装置工艺简介

装置使用美国UOP公司的专利技术，于20世纪80年代建成投产。

装置以直链烷烃（C10～C13）和苯为主要原料生产直链烷基苯。直链烷基苯初始设计生产能力为5万t/年，后历经多次扩容改造。本次“HAZOP+LOPA+风险矩阵”复合式风险分析对象即为装置的脱氢和烷基化单元具体工艺流程。

脱氢装置：直链正构烷烃（C10～C13）在脱氢催化剂的作用下，通过临氢脱氢反应生成相应的单烯烃，并经过精馏塔分离后，作为烷基化装置的原料。

烷基化装置：脱氢装置反应产物单烯烃和原料苯在氟化氢催化剂作用下进行烷基化反应，生成直链烷基苯，副产品为重烷基苯。

2分析方法和风险标准说明

采用“HAZOP+LOPA+风险矩阵”复合式风险分析、评估方法对脱氢烷基化装置进行风险评估，对确认的潜在安全风险，本着“最低合理可行”ALARP的原则，采取行之有效的措施，对风险进行管理与控制［1］。评估的程序见图1。

3分析结果与建议

3.1存在的主要危险

本次分析识别出脱氢烷基化装置存在的主要危险。

循环烷烃氧化铝处理器入口温度过低，可能导致脱氟效果差，从而降低脱氢催化剂寿命；可能导致后续流程中氢氟酸析出，造成后续设备腐蚀加剧；热烟气换热器E502循环烷烃循环中断，可能导致热烟气换热器内部管线局部过热，引起循环烷烃气化，从而导致换热器内部管线超压泄漏，引起装置局部停车；气化后的循环烷烃通过烟囱排放至大气，造成环境污染；提馏塔进料加热器E310内漏，可能导致烯烃窜入烷烃系统，增加能耗物耗，严重时降低催化剂寿命；脱氢进料泵出口流量低或无，可能导致加热炉干烧，造成炉管干烧破裂，氢气泄漏至加热炉，引起加热炉闪爆；进料平衡罐液位过高，可能导致进料平衡灌满罐，物料溢至轻烃提馏塔回流罐V305，严重时漫至火炬系统，引起火炬冒黑烟，造成严重社会影响；脱氢进料加热炉F301主燃料气流量过低或无，可能导致炉膛熄火，严重时回火，引起火灾爆炸；脱氢进料加热炉F301主燃料气流量过高，可能导致加热炉加热量过大，严重时炉内氧含量不足，导致加热炉冒黑烟甚至熄火，存在二次闪爆风险；脱氢进料加热炉F301长明灯气流量过低或无，可能导致长明灯熄火，如果主火嘴也熄灭，存在加热炉闪爆的风险，严重时回火，可能引起火灾爆炸；脱氢反应器R301压力过高，可能导致反应器超压损坏，物料泄漏至环境，引起火灾；E301外漏，可能导致气相烷烃及氢气泄漏至环境，引起火灾；E453、E309内漏，可能导致烷烯烃窜入采暖水系统，有火灾爆炸风险；脱苯塔塔底液位过低，可能导致脱苯塔底泵抽空损坏，物料泄漏至环境，造成环境污染、人员中毒，如遇点火源可能发生火灾；脱烷烃塔系统泄漏，可能导致空气泄漏至脱烷烃塔，严重时脱烷烃塔内形成爆炸混合性气体，如遇点火源可能发生火灾爆炸；烷基苯再沸塔系统泄漏，可能导致空气泄漏至烷基苯再沸塔，严重时烷基苯再沸塔内形成爆炸混合性气体，如遇点火源可能发生火灾爆炸；重烷基苯分馏塔系统泄漏，可能导致空气泄漏至重烷基苯分馏塔，严重时重烷基苯分馏塔内形成爆炸混合性气体，如遇点火源可能发生火灾爆炸；提馏塔压力过高，可能导致提馏塔超压损坏，物料泄漏至环境，如遇点火源可能发生火灾爆炸；提馏塔液位过高，可能导致提馏塔液位升高，严重时满塔，可能引起提馏塔超压损坏，物料泄漏至环境，如遇点火源可能发生火灾爆炸；新鲜苯进料流量过多，可能苯干燥塔接受器V403导致满罐，新鲜苯溢流至火炬系统，造成火炬冒黑烟，引起环境污染；可能导致苯通过火炬气回收压缩机K505带至污水处理系统，但污水处理系统无法处理，导致苯排至厂外，引起环境污染；苯干燥塔冷凝器E403A出口温度过低，可能导致气相苯管线冻凝，严重时可能导致管线胀裂，造成气相苯泄漏至环境，引起环境污染、人员中毒；还可能导致气相苯管线冻凝，严重时导致苯干燥塔超压破裂，气相苯泄漏至环境，引起环境污染、人员中毒；烷基化反应器R401压力过高，可能导致烷基化反应器超压泄漏，物料泄漏至环境，造成人员伤亡，如遇火源可能引起火灾；循环酸系统腐蚀，可能导致循环酸系统薄弱环节腐蚀穿孔，严重时高浓度氢氟酸泄漏至环境，引起环境污染、人员伤害；酸分层器界位过高，可能导致循环酸带入氟化氢提馏塔，导致酸气化，造成氟化氢提馏塔超压损坏，物料泄漏至环境，引起环境污染、人员伤害；氟化氢提馏塔温度过低，可能将氢氟酸带至脱苯塔C404，影响后续操作，加剧设备腐蚀，严重时造成脱苯塔压力过高，密封泄漏，物料泄漏至环境，引起环境污染、人员中毒；氟化氢提馏塔温度过高，可能导致C403系统腐蚀加剧；可能导致C403超压，密封处泄漏，物料泄漏至环境，引起环境污染、人员中毒；氟化氢再生塔液位过低或无，当液位无时，将氢氟酸排至中和系统，引起中和系统设备腐蚀，环境污染；NF503加热炉炉膛负压值过高，严重时可能导致加热炉熄火，存在闪爆风险；NF503加热炉炉膛温度过高，可能导致炉管结焦加剧，严重时局部过热损坏炉管，导致加热炉发生火灾爆炸；NF503加热炉主燃料气流量过高，可能导致加热炉加热量过大，造成炉管过热损坏，引起加热炉大火；严重时炉内氧含量不足，导致加热炉冒黑烟甚至熄火，存在二次闪爆风险；NF503加热炉氧含量过低，可能导致加热炉燃烧不充分，加热炉冒黑烟，造成环境污染，严重时可能导致加热炉熄火，存在闪爆风险；NF503加热炉炉膛负压值过低，可能导致加热炉火焰外溢，引起人员烧伤；还可能导致炉管局部过热，损坏炉管，严重时反应物料泄漏至炉内，引起火灾爆炸［2］。

3.2建议措施

脱氢烷基化装置各生产单元风险分析，考虑了人员安全、非财务性影响与社会影响及财产损失3个方面，共提出了建议措施16条。

建议加热炉炉膛温度指示TI13A/B、TI14A/B增设温度高报警及人员响应；建议长明灯管线增设压力取压点及压力远传至DCS，并设压力低报警及人员响应，便于监测长明灯管线压力状态，防止长明灯压力低时引起的危害；建议增设加热炉负压低报警及人员响应；建议增设加热炉负压高报警及人员响应；建议换热器E301出入口增设DCS压差高报警及人员响应，便于及时监控E301压力波动情况，降低其外漏的概率；建议提馏塔塔顶增设压力远传高报警及人员响应；建议苯干燥塔接受器V403增设一套可靠液位计并增设液位高报警，便于监测液位；涉苯区域增设苯有毒气体报警仪及人员响应；建议考虑在涉酸区域增设氢氟酸泄漏报警仪及人员响应；建议酸分层器V401增设界位指示及远传报警，当界位过高或过低时人员及时响应，便于操作人员监控V401界位；建议氟化氢提馏塔压力指示PI466增设压力远传高报警及人员响应；建议脱苯塔塔顶增设压力变送、显示和压力高报警及人员响应；脱烷烃塔设有氮气保护线，建议将氮气保护线接头更换为快速接头，便于紧急情况下使用；建议考虑新鲜水系统增设在线水中油分析仪，以便于监测换热器的泄漏，防止水带油带来的安全隐患；建议NF503加热炉炉膛温度指示TI5104A/B增设温度高报警及人员响应；建议NF503加热炉出口TRCA5110增设温度低报警及人员响应［3］。

4结论

脱氢烷基化装置主要风险是中毒、火灾、爆炸。脱氢单元反应温度较高，易发生氢气泄漏，造成火灾爆炸事故，脱氢反应加热炉易发生炉管爆裂、炉体爆炸等事故，应对工艺过程进行严格的安全控制；烷基化单元反应使用有强腐蚀性且有毒性的氟化氢作为催化剂，装置氟化氢如发生泄漏易造成人员中毒事故发生，应加强氟化氢防腐、严格选材。

通过“HAZOP+LOPA+风险矩阵”复合式风险分析、评估方法对脱氢烷基化装置进行分析，提出16条建议措施，以提高装置运行安全。

将“HAZOP+LOPA+风险矩阵”复合式风险分析、评估方法应用于石化在役生产装置的安全评价中，不仅能使参与分析的技术人员对本装置的工艺过程及设备设施有更深入的了解，并对装置中的风险及应采取的安全措施有更透彻的认识，增强职工安全意识，其风险分析的结果也可对装置的日常生产运行和维护以及装置的安全管理提供重要的指导作用。

参考文献：

［1］国外安全评价技术的起源与发展［J］.湖南安全与防灾，2010（7）：5859.

［2］苗宏亮.特种设备安全评价体系的建立及应用［D］.南京：南京理工大学，2007.

［3］张舟.在役化工装置的危险和可操作性研究［J］.化工管理，2014（33）：21.