13裂解（裂化）工艺生产过程风险分析及安全自动化控制设置要求.docx

裂解（裂化）工艺生产过程风险分析及安全自动化控制设置要求一、裂解（裂化）工艺裂解是指石油系的烧类原料在高温条件下，发生碳链断裂或脱氢反应，生成烯烧及其他产物的过程。产品以乙烯、丙烯为主，同时副产丁烯、丁二烯等烯煌和裂解汽油、柴油、燃料油等产品。烧类原料在裂解炉内进行高温裂解，产出组成为氢气、低/高碳烧类、芳煌类以及僧分为288。C以上的裂解燃料油的裂解气混合物。经过急冷、压缩、激冷、分屈以及干燥和加氢等方法，分离出目标产品和副产品。在裂解过程中，同时伴随缩合、环化和脱氢等反应。由于所发生的反应很复杂，通常把反应分成两个阶段。第一阶段，原料变成的目的产物为乙烯、丙烯，这种反应称为一次反应。第二阶段，一次反应生成的乙烯、丙烯继续反应转化为焕烧、二烯姓、芳烧、环烷煌，甚至最终转化为氢气和焦炭，这种反应称为二次反应。裂解产物往往是多种组分混合物。影响裂解的基本因素主要为温度和反应的持续时间。化工生产中用热裂解的方法生产小分子烯烧、焕煌和芳香烧，如乙烯、丙烯、丁二烯、乙烘、苯和甲苯等。二、裂解（裂化）反应类型裂解（裂化）反应主要包括热裂解（裂化）、催化裂解（裂化）、加氢裂解（裂化）等三种类型。1.热裂解（裂化）反应在无氧条件下，通过加强热使原料分子链断裂，形成较小分子的工艺过程，可称为热裂解（裂化）。如乙烷热裂解制乙烯工艺、二氟一氯甲烷（HCFC-22）热裂解制四氟乙烯（TFE）工艺、二氟一氯乙烷（HCFCT42b）热裂解制偏氟乙烯（VDF）工艺。2,催化裂解（裂化）反应通过在裂解炉内加入催化剂，提高裂解（裂化）反应产品质量及收率，可称为催化裂解（裂化）。如重油催化裂化制汽油、柴油、丙烯、丁烯。3.加氢裂解（裂化）反应在裂解（裂化）原料进入裂解炉时，同时按比例通入氢气,以减少反应产物中的芳香族化合物，提高反应产物收率，改善产品质量的裂解（裂化）工艺，可称为加氢裂解（裂化）。如焦化蜡油加氢裂解制干气、液化气、石脑油、轻柴油、重柴油。三、裂解（裂化）工艺关键设备和重点监控单元1 .裂解（裂化）工艺的关键设备裂解（裂化）工艺关键设备是裂解炉。裂解炉是裂解工艺的核心设备，裂解炉内温度、压力、物料流量等工艺参数都需要严格控制，裂解炉需要设置压力、温度检测系统。热裂解（裂化）和加氢裂解（裂化）的裂解炉内一般压力较高，裂解炉应设紧急放空阀、泄压系统以及压力与反应进料管线、加热炉、压缩机的联锁系统等安全设施。2 .裂解（裂化）工艺的重点监控单元裂解（裂化）工艺重点监控单元为裂解炉、制冷系统、压缩机、引风机、分离单元等。热裂解（裂化）和催化裂解（裂化）为吸热反应，需要设加热炉。加热炉加热温度与裂解炉内温度有直接关系，加热炉温度需要严格控制，具体控制方式根据加热炉加热方式采取不同手段,如：对燃料油炉可以控制燃料油进料量、进料压力、主风流量等；对电加热可以控制加热器电流、电压；对以熔盐或导热油作为热媒的，可以控制热媒的温度、流量。对于加氢裂解（裂化），由于加氢反应为放热反应，反应开始后不需要加热即能维持反应温度，而且还需要通入过量的冷氢移出反应热，有些工艺还要使用冷媒移出反应热。所以加氢裂解炉内的温度调节主要依靠控制进料速率、裂解炉内压力、氢进料速率和冷媒流量等手段。裂解（裂化）工艺一般在高温高压下进行，反应物料大多为易燃易爆物质，若裂解炉出现泄漏或是进料管线混入空气，会发生火灾爆炸事故，所以裂解炉应设有开、停车惰性气体置换管线；蒸汽消防汽幕，加热炉炉膛内设有灭火蒸汽入口；在可能发生泄漏的位置设置可燃气体报警器；管道、设备上按相关规范安装防静电接地设置；适当位置设置阻火器、爆破片等安全附件。四、危险性分析裂解（裂化）反应是一个高温吸热过程，所用的原料多为易燃易爆、毒性、腐蚀性物质，一旦泄漏危险性较大。1.固有危险性固有危险性是指裂解（裂化）工艺中的原料、产品、中间产品等本身具有的危险有害特性。（1）火灾爆炸危险性裂解（裂化）工艺中原料均为有机物，有不同程度火灾危险性，同时裂解（裂化）产品大多为低沸点易燃液体或易燃气体，与空气混合能形成爆炸性混合物，遇热源或明火有燃烧爆炸危险。在石油化工行业中，裂解（裂化）原料大多为分子量较高的可燃液体，如重油、倒分油、渣油等，大部分沸点、闪点较高，不易发生爆炸。加氢裂解（裂化）工艺中使用的氢气为易燃气体，可与空气能形成爆炸性混合物；部分裂解（裂化）工艺使用的原料为小分子有机化合物，闪点、沸点较低，可与空气形成爆炸性混合物，如乙苯，其闪点15,为甲类火灾危险物质。裂解（裂化）产品主要为易燃液体和易燃气体，这些物质沸点、闪点较低，有些在常温常压下为气态，可与空气形成爆炸性混合物，这类物质储存压力较高，受热易蒸发使容器内压力升高导致容器物理爆炸。易燃液体如汽油、柴油、苯乙烯等，汽油闪点为-50。（2,沸点40-20（C,属于甲类火灾危险物质，柴油闪点为381,属于乙类火灾危险物质，苯乙烯闪点34.4,属于乙类火灾危险物质；乙烯、丙烯、丁烯等为易燃气体。（2）中毒危险性油品多为低毒或微毒类物质。原料油如重油、常减压得分油、渣油等，产品油如汽油、柴油等均为混合物，其成分十分复杂,如重油主要组成为碳水化合物，同时含有硫磺（0.1-4%）及微量无机化合物；常压储分油，含包括芳香烧、脂肪烧、环烷妙以及部分含硫、氮杂质等；汽油、柴油主要为不同沸点脂肪烧、环烷烧。裂解（裂化）工艺中所涉及的芳香族化合物、脂肪炫的卤代物等具有一定毒性。（3）腐蚀及其他危险性裂解（裂化）工艺中涉及物质的腐蚀性差别很大，部分物料如汽油、柴油、丙烯、乙苯、乙烯、丁烯等腐蚀性较低，部分原料油如有的重油、储分油中含有腐蚀性物质，具有较强腐蚀性,而有些裂解（裂化）工艺中需加氢，在高温高压工艺条件下，氢对钢制设备有一定腐蚀性（氢脆）。2 .工艺过程的危险性裂解（裂化）反应是一个高温吸热过程，所用的原料多为易燃易爆、毒性、腐蚀性物质，因此在裂解（裂化）反应过程中存在诸多不稳定因素。（1）反应过程的危险性热裂解（裂化）：热裂解（裂化）在高温高压下进行，装置内的油品温度一般超过其自燃点，若漏出油品立即起火。热裂解过程中产生大量的裂解气，且有众多的气体分离设备，若发生气体泄漏，会形成爆炸性混合物，遇热源或明火有燃烧爆炸危险。催化裂解（裂化）：催化裂解（裂化）一般在较高温度（460-520oC）,0.1-0.2MPa下进行，火灾危险性较大，若操作不当，再生器内的空气和火焰进入裂解炉会引起恶性爆炸。U形管上小设备和小阀门较多，易漏油着火。在催化裂化过程中，还会产生易燃的裂化气，若烧焦、活化催化剂处理不当，还可能出现易燃、有毒的一氧化碳气体。加氢裂解（裂化）：加氢裂解（裂化）大量使用氢气，而且反应温度和反应压力都较高，在高压下氢气与钢材发生反应，产生氢腐蚀，使碳钢的强度下降而硬度增大，如设备或管道更换不及时，会在高压下发生容器爆炸。加氢裂解（裂化）工艺过程中有硫化氢气体产生，当出现泄漏，可能引发中毒事故，同时工艺中产生的硫化氢对工艺设备也有腐蚀性。另外，加氢反应是强放热反应，裂解炉必须通入过量冷氢控制温度，防止设备局部过热,防止加热炉炉管烧穿或高温管线、裂解炉漏气而引起着火。在开、停车时，惰性气体吹扫不完全，设备内有残留氢气或空气，在停、开车时都会引起火灾、爆炸事故。（2）反应安全风险评估按要求开展反应安全风险评估的企业，应按照精细化工反应安全风险评估导则（试行）进行反应安全风险评估，综合反应安全风险评估结果，考虑不同的工艺危险程度，建立相应的控制措施。3 .危险和可操作性分析针对具体的裂解（裂化）工艺，应在基础设计阶段开展危险和可操作性分析（HAZOP）,及预先危险分析（PHA）或事故树分析（ETA）等定性、定量风险评价方法，对整个工艺过程的危险性进行分析。三、重点监控的工艺参数及控制要求1 .温度裂解（裂化）工艺中需要对裂解炉的温度进行严格控制，裂解炉内温度对裂解（裂化）反应进行程度有直接关系。裂解（裂化）温度过高会导致裂解炉内压力升高甚至导致设备破裂、爆炸,裂解炉温度过高还有可能导致物料碳化结焦堵塞裂解炉管道，使裂解炉内局部温度、压力过高，导致设备被烧穿或设备强度下降引起泄漏，进而发生火灾、爆炸事故。热裂解（裂化）和催化裂解（裂化）一般为吸热反应，其反应温度主要依靠裂解炉加热系统的温度调节，如通过改变加热炉燃料油或燃料气流量调节加热炉温度进而调节裂解炉温度。加氢裂解反应是强放热反应，在反应过程中，需通入过量的冷氢转移反应热，因此加氢裂解（裂化）过程中，温度控制除通过裂解炉加热系统或冷却系统调节之外,还应通过裂解炉进料量对裂解炉内温度进行控制。2 .压力裂解炉内压力与裂解炉内温度和裂解炉进料速率有一定关系，裂解炉内温度升高有可能使压力升高，同时裂解炉内管道发生堵塞也会导致压力升高，为避免发生火灾爆炸事故，保证产品质量，需对裂解炉内压力进行监控。对于热裂解（裂化）和催化裂解（裂化），裂解炉内压力与进料温度和进料压力以及裂解炉内温度密切相关，一般裂解炉内压力主要通过控制裂解炉出口压力、控制裂解炉进料量和控制加热炉温度等手段进行调节。对于加氢裂解（裂化），裂解炉内含有大量氢气，裂解炉内压力主要由氢气进气压力、反应物料进料温度控制，当裂解炉温度出现异常时，通过加大冷氢的进气量、减小物料流量进行控制。3 .流量裂解（裂化）工艺中，裂解炉进料流量与裂解炉内温度、压力有直接关系，同时与产品质量相关。进料量升高容易导致炉内压力升高，若炉内压力过高容易导致设备出现泄漏，甚至出现爆炸危险。进料量降低，炉内流量减少，炉内热量不能及时移出使炉内温度升高，当炉内温度过高时，物料容易出现碳化结焦，堵塞炉内管道引发安全事故，因炉温过高也可能导致设备强度下降,发生变形、泄漏出现火灾爆炸事故。4 .加热系统的运行状况对于热裂解（裂化）和催化裂解（裂化），其反应为吸热反应，为保证裂解炉内温度、压力维持在一定水平，需要对加热系统的运行情况进行监控。具体控制方式根据加热炉加热方式采取不同手段，例如：对燃料油炉或燃气炉可以采用控制燃料流量、燃料压力、主风流量等手段。对电加热可以采用控制加热器电流、电压等控制手段。对于熔盐、导热油加热可以采用控制热媒的温度和流量等控制手段。对于使用燃油加热炉的裂解（裂化）工艺，加热炉一般为负压操作，若引风机发生故障突然停转，炉膛内变成正压，窥视孔或烧嘴等处会向外喷火，严重时会引起炉膛爆炸。当燃料系统大幅度波动，燃料气压力过低，则可能造成裂解炉烧嘴回火，使烧嘴烧坏，甚至引起爆炸等事故，因此，需要对加热炉相关的引风机、燃料进料量等工艺参数进行监控。四、安全自动化系统设置1 .各工艺参数的控制方式裂解（裂化）工艺的温度、压力、进料流量、再生催化剂料位、滑阀差压、燃料油（气）的进料流量及压力、主风流量等重点监控工艺参数的控制方式见附表202 .工艺系统控制方式（1）基本监控要求裂解（裂化）工艺装置设置的自动控制系统应达到重点监管危险化工工艺目录中有关安全控制的基本要求，重点监控工艺参数应传送至控制室集中显示，并按照宜采用的控制方式设置相应的联锁。自动控制系统应具备远程调节、信息存储、连续记录、超限报警、联锁切断、紧急停车等功能。记录的电子数据的保存时间不少于30天。（2）基本控制要求1）裂解（裂化）工艺安全控制基本要求中涉及反应温度、压力报警及联锁的自动控制方式至少满足下列要求：（1）热裂解（裂化）和加氢裂解炉宜设紧急冷却系统、紧急切断系统、安全泄放系统。裂解炉宜设进料压力指示，进料流量控制和高限报警，裂解炉反应温度指示和高限报警、反应温度高高限报警并联锁切断进料、打开紧急冷却系统，打开安全泄放系统。加热炉的引风机电流与裂解炉进料阀、燃料油进料阀、稀释蒸汽阀之间形成联锁关系，一旦引风机故障停车，裂解炉自动停止进料并切断燃料供应，同时继续供应稀释蒸汽，以带走炉膛内的余热。将燃料油压力与燃料油进料阀、裂解炉进料阀之间形成联锁关系，燃料油压力降低，则切断燃料油进料阀，同时切断裂解炉进料阀。（2）石油系的煌类原料催化裂解炉宜设紧急冷却系统、紧急切断系统、安全泄放系统。裂解炉的反应压力由压缩机转速控制，再生压力由烟机入口蝶阀和旁路滑阀（或蝶阀）分程控制，再生温度由外取热器催化剂循环量或流化介质流量控制。再生、待生滑阀正常情况下分别由反应温度信号和裂解炉料位信号控制，一旦滑阀差压出现低限，则转由滑阀差压控制。外取热汽包和锅炉汽包液位采用液位、补水量和蒸发量三冲量控制。2）其他（1）反应过程中需要通过调节冷却系统控制或者辅助控制反应温度的，应当设置自动控制回路，实现反应温度升高时自动提高冷却剂流量；调节精度要求较高的冷却剂应当设流量控制回路。(2)裂解(裂化)工艺安全控制基本要求的涉及反应物料液位、进出物料流量等报警及联锁的安全控制方式，应同时满足重点监管危险化工工艺目录中的要求，并根据设计方案或HAZOP分析报告设置相应联锁系统。(3)设计时，应结合具体的工艺机理，合理的设置控制方案，避免出现因控制回路间密切相关、互相影响导致工艺参数无法控制的情况，控制措施中相互关联不允许发生耦合控制。(4)裂解(裂化)反应区域设置可燃、有毒气体检测报警系统，根据监视需要设置视频监控系统。3 .根据反应安全风险评估结果，制定相应的控制措施所有涉及硝化、氯化、氟化、重氮化、过氧化工艺的化工生产装置按照关于加强精细化工反应安全风险评估工作的指导意见(安监总管三(2017)1号)要求必须完成反应安全风险评估，并综合反应安全风险评估结果，考虑不同的工艺危险程度,设置相应的控制措施，裂解(裂化)工艺参照执行。4 .仪表系统选用原则(1)基本过程控制系统(BPCS)选用原则1)基本过程控制系统(BPCS)宜首选DCS系统；2)基本过程控制系统的CPU、通信、电源等模块应冗余设置。3)生产过程中的重点工艺参数监控回路的AI、AO、DEDO点应冗余配置，且相同仪表位号的ALAO.DKDO点应配置在不同的卡件上。4)在控制室内加装紧急停车按钮，确保现场出现紧急情况(如重要设备损坏等)时，操作人员可在控制室内切断原料进料、启动紧急冷却系统、紧急泄放系统等。BPCS的报警及联锁的设计应满足信号报警及联锁系统设计规范(HG/T20511)之要求。2 .安全仪表系统选用原则针对具体的裂解(裂化)工艺，依据反应安全风险评估结果、危险和可操作性分析(HAZOP),LOPA分析确定相关各安全仪表功能(SIF)的安全完整性等级(SIL)o通过LOPA分析，安全仪表功能(SIF)的安全完整性等级(SlL)>1时，应配置独立于DCS系统之外的安全仪表系统(SIS),1的可以与DCS合并设置。根据仪表的安全性和可用性，测量仪表宜三取二。安全仪表系统的逻辑控制器硬件要求、测量仪表独立性和冗余性、最终元件独立性和冗余性等技术要求，须符合石油化工安全仪表系统设计规范(GB/T50770)规范要求。安全仪表系统在投入运行之前，应进行SlL等级的验证，验证合格方能投入运行。3 .气体检测报警系统(GDS)选用原则工艺过程中的原料、中间产品及产品大多为有毒、易燃易爆物品，装置应按石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计标准(GB/T50493)设置独立的气体检测报警系统，并保证装置停车或工艺控制监控系统失效后，仍能有效地进行监测、报警。五、其他安全设施对于具体的装置，考虑安全设施时不应孤立的看待具体的设备或工序，还应考虑相关的原料准备、产品储存、公用工程等相关设施和工序，任何一个工序出现故障都可能影响到整套装置的安全，在设置监控或联锁、报警时一并考虑进去。对于装置中因工艺参数失控而引起的过压、危及设备或管道时，除了设置自控、联锁系统外，还应设置爆破片、安全阀、单向阀、紧急泄放阀及紧急切断装置等其他安全设施，必要时采取防止二次爆炸、火灾的措施。