基于HAZOP技术的空气压缩机危险分析研究.pdf

.153-第10 期基于HAZOP技术的空玉缩机危险分析研究王一昊2,张毅12（(1.化学品安全全国重点实验室，中石化安全工程研究院有限公司，山东青岛2 6 6 0 7 1)(2.中石化国家石化项目风险评估技术中心有限公司，山东青岛2 6 6 0 7 1)摘要】空气压缩机作为一种基础化工设备，被广泛应用于化工生产中，其安全性也愈发受到重视。“危险与可操作性分析”（Hazard and OperabilityAnalysis）是一种适用化工工艺风险分析的系统安全分析方法。文章采用HAzoP分析方法对空气压缩机的风险进行了分析，辨识其运行中可能存在的风险并提出了相应的保护及建议措施，保障了空气压缩机安全长久运行。最终的HAZOP分析结果表明：该空压机不存在较大和重大风险，未来应重视空压机出口管线逆流等小概率安全事件的发生。关键词】HAZOP；危险与可操作性分析；空气压缩机；偏差引言大型的化工用空气压缩机通常结构较为复杂，内部的零部件较多，运行过程中可能会发生部件风险与系统性风险。而故障产生的类型多样，排查难度较大。在设计之初对可能发生的风险进行预先辨识、制定相应的防范与保护措施，可以有效地应对各类风险的发生，保证化工生产的安全平稳运行。HAZOP作为风险评估与分析的一种常用工具，在工程技术领域与风险分析方面有着广泛应用。例如危险化学品企业安全风险隐患排查治理导则（应急（2 0 19）7 8 号）中对HAZOP的应用有着明确的规定!：针对“两重点一重大”的生产、储存装置，企业应定期开展HAZOP分析；同时在运用HAZOP方法进行安全风险辨识分析时，一般应每3 年开展一次；此外针对首次工业化设计的建设项目，应在设计之初应用HAZOP开展分析工作。此外，在学术研究中HAZOP技术也得到了广泛应用。针对RDX反应的安全问题，陈明磊等人2采用HAZOP法对RDX硝化工序进行危险有害因素辨识，系统性地分析了流量等因素产生的偏差以及风险，对RDX硝化工序中可能存在的安全问题进行了讨论，旨在指导RDX的安全生产。传统的压缩机故障诊断受限于工作人员的经验水平，针对这一问题邢建文等人 3 将HAZOP方法与贝叶斯网络应用于某压气站压缩机的故障识别，计算可能发生的风险概率并提出了每种故障的应对措施。任晓军等人 4 将HAZOP方法应用到天然气净化液化设备，对不同等级的风险进行了划分。针对氯乙烯压缩机组，钱颖雪 5 利用HAZOP实现了设备风险识别并针对性地提出了控制措施，给出了改进后的控制图。在国外的研究中，Marhavilas等人 6 结合HAZOP方法与决策风险矩阵对含硫化工厂的异常情况和潜在故障原因进行了分析；为了确定由内部因素引起的可能影响有机氢化物加氢站的意外情况，Suzuki等人 7 使用了HAZOP分析，对意外的场景进行了归类。通过文献调研后还发现HAZOP分析法在氨制冷装置 8 、苯乙烯工艺 9、异丁烯装置 以及LNG储罐工艺流程 中都得到了应用。本文聚焦于石化用空气压缩机这一特定的应用场景，使用HAZOP分析方法对可能发生的风险进行辨析，指出了不同风险可能导致的后果和产生原因，并给出了建议措施。HAZOP分析法在空气压缩机下的应用对于实现设备的故障诊断、保证设备的安全运行以及企业的安全生产有着重要意义。1空气压缩机简介空气压缩机是一种用以压缩气体的设备。本文研究的是成套齿轮式压缩机。压缩机结构如图作者简介：王一昊，工程师，2 0 19年毕业于加拿大卡尔加里大学化学与石油工程专业，现在主要从事风险评估技术的研究工作。1542023年第2 6 卷密封安全石油和化工设备1所示。该套件包括压缩机、膨胀机、驱动器、工艺气体冷却器、润滑油控制台、工艺管道等。该空压机具有高效的叶轮技术，实现高容量和高效率，可与多种工艺相组合，适用于任何气体，采用级间冷却技术，大大提高了工作效率，允许高流量，即使在部分负载下也能实现出色的能源效率。2HAZOP分析简介HAZOP是一种危险性和可操作性分析方法，其在安全分析领域得到了广泛的应用。这种分析方法主要采用三种形式：引导词、经验型和检验型。HAZOP分析以向导词为主体，能够全面、系统地识别化工厂工艺流程中的危险点，突出管理重点，系统地调查生产线的隐患，从而有效地提高流程效率。2.1HAZOP分析术语（1）分析节点确定具有明显边界的设备单元，对每一单元内的工艺与操作参数进行表征。(2）引导词通常为带有明确限定或量化意图的词或短语，通过参数或要素的联合以得到偏离，进而识别工艺生产中的危险。（3）工艺参数是指工艺生产中的特征参数，诸如温度、湿度、压力、流量等。(4）偏差偏离所期望的设计意图。通过“引导词+参数”的形式对涉及节点与特征参数之间的偏差进行分析。(5)原因发生偏差的原因。查明偏差产生的原因是找到针对性解决方案的关键一步，偏差的产生原因可能是由多种因素导致的，诸如操作失误、工艺过程的突变等。(6)后果图1齿轮式压缩机结构图偏差所造成的结果。在分析时默认偏差发生时针对性的安全保护措施已经失效；忽略与安全无关的微小因素对结果的影响。（7）安全措施指后果发生后针对性的安全保护与控制系统，以降低风险带来的损失，诸如报警装置、操作规程等。（8）建议措施可以降低风险后果与损失的意见建议，诸如增加报警装置、修改操作过程、设置监督流程等。（9）总风险值风险清单中风险值总和，为不可接受风险和一般风险中有建议措施的风险值之和。2.2HAZOP分析中使用的偏差HAZOP分析使用的偏差及说明见表1。表1偏差说明序号偏差说明1流量高/低流量比设计/操作要求多、少2逆向流流量沿设计或操作目标相反的方向3界位高/低界位比设计/操作要求高、低4液位高/低液位比设计/操作要求高、低5压力高/低压力比设计/操作要求高、低6温度高/低温度比设计/操作要求高、低物料污染/组物物料污染/组分变化可能引发的安7分变化全问题8腐蚀/冲蚀腐蚀可能引发的安全问题155-昊等基于HAZO宿机危险分析研究第10 期9人为因素人为因素影响10破裂/泄漏设备管道泄漏维修过程可能导致危害、生产延误11检维修异常及财产损失开停车操作时可能导致危害、生产12开/停车异常延误及财产损失13泄放系统异常泄放系统异常导致的安全问题14图纸图纸错误15其他其他因素2.3HAZOP分析流程使用HAZOP方法进行分析的流程是将目标界定并划分为可以分析的节点，分析研究节点偏差以及与此相关的传递影响来反应事故的风险。HAZOP的分析流程如图2 所示。2.4HAZOP节点划分通过对空气压缩机工艺中的每个节点进行分析，得出空气压缩机可以分为7 个节点，节点描述及需要考虑的偏差如下：节点1-压缩机工艺气系统：空气通过过滤器后，顺序进入空气压缩机，经过四级压缩后，送往氧化反应器开始分析界定组建HAZOP分析小组分析准备分析会议总结报告HAZOP审查结束图2 HAZOP分析流程图和氧化第一结晶器。节点2-膨胀机工艺气系统：自HPCCU来的尾气，经过膨胀机两级做功后，排放至尾气洗涤系统。冷却风在开停车时使用，在正常运行期间不使用。节点3-润滑油系统：油泵将油箱中的润滑油抽出，经冷却和过滤后，送往透平、压缩机、电机及膨胀机，作为润滑使用，然后返回润滑油油箱。节点4-膨胀机密封气系统：自空气压缩机四级出口来的压缩空气，去往膨胀机轴承，作为密封气，最终去往膨胀机出口。自空气压缩机三级入口来的压缩空气，去往膨胀机齿轮箱，作为密封气。节点5-在线冲洗系统：自脱盐水总管来的脱盐水，进入脱盐水箱，自叶轮冲洗泵抽出，送往空气压缩机四级叶轮，作为冲洗水。节点6-蒸汽系统：蒸汽系统，包括LP系统、ELP系统和VLP系统。节点7-蒸汽凝液系统：自集液管和来的凝液，进入凝液收集罐，罐内凝液通过凝液提升泵抽出送往凝汽器热井。2.5HAZOP分析记录在对压缩机进行了节点划分后，采用如图2 所示的分析流程，得出了HAZOP分析结果，如表2 所示。表2 HAZOP分析结果（以流量为主导词）序号偏差偏差描述可能原因可能导致的后果建议保护措施1、空气压缩机过滤器堵塞2、空气压缩机消音器堵塞3、联锁1、空压机设有防喘振系统；空气压缩机流严重时导致空压机喘振，1流量低阀失效关闭4、入口导叶故障关2、空压机组设有振动、轴位移量过低或无造成空压机损坏5、空压机出口止逆阀或消音器等自保；堵塞6、后路反应器系统故障停1、可能导致空压机振动加1、入口导叶失效开大2、流量剧，严重时损坏空压机设1、空压机设有防喘振系统；空气压缩机流控制回路失效，导致流量调节2流量高备2、可能导致出口压力过2、空压机组设有振动、轴位移量过高阀开大3、温度控制失效，防喘高，严重时出口超压，部等自保振阀开大件损坏1、空压机设有停机报警及人员可能造成后续反应器内物流量相空气压缩机出1、空压机故障停2、防喘振阀响应；2、空压机设有停运联锁3料反窜至空气系统，存在反口管线逆流失效开大3、安全阀故障起跳保护；3、空压机出口，设有两火灾爆炸风险。个单向阀；156-2023年第2 6 卷密封安全石油和化工设备3分析结果及建议措施3.1分析结果可以看出，应用HAZOP分析后，该空气压缩机不存在较大和重大风险。值得指出的是，空气压缩机配备了相对完整的安全措施，以避免安全和可靠性事故。然而，一些小概率事件的发生仍有可能对安全稳定生产产生不同程度的影响。例如：1、空气压缩机出口管线逆流，由此可能造成后续反应器内物料反窜至空气系统，存在火灾爆炸风险；2、膨胀机入口流量过低，可能导致膨胀机过热，严重时发生机械损坏；3、膨胀机超速，严重时导致机组损坏，存在人员伤亡风险；4、润滑油系统温度过高，可能导致润滑油油质变差，严重时导致空气压缩机组齿轮、轴承等部件损坏；5、膨胀机轴承密封气流量低或无，可能导致膨胀机轴承密封气过小或中断，尾气泄漏至空气压缩机房，引起环境污染，存在人员室息风险；6、L P/EL P/V L P 蒸汽流量过低或无，可能导致透平轴承温度上升，严重时可能导致透平损坏。3.2建议措施1、建议严格控制空气压缩机出口管线流量，否则当流量过低时，可能导致火灾爆炸等严重安全后果；2、建议严格控制膨胀机入口流量及温度，否则可能导致膨胀机部件损坏；3、建议设置膨胀机超速保护，防止膨胀机超速导致机组损坏，甚至发生人员伤亡；4、建议增设润滑油箱液位高低报警，便于操作人员及时监控油箱液位情况；5、建议增设消音器压差高报警，便于及时发现消音器是否堵塞。4结语随着国内安全形势的要求越来越高，以及国外先进安全理念和工作方法在中国的推广或强制性要求的提高，HAZOP作为目前的过程安全风险分析工具，已经在国外相关行业验证了其有效性，并将在国内化工等行业得到更广泛的推广。本文以石化用空气压缩机为研究对象，使用HAZOP对其在设计阶段进行分析，将设计审查与现有空气压缩机运行事故预案相结合，从源头上解决本质安全问题，确保空气压缩机运行的可靠性。参考文献1应急管理部关于印发化工园区安全风险排查治理导则（试行）和危险化学品企业安全风险隐患排查治理导则的通知 M.中国人民共和国应急管理部.2陈明磊，尚风琴，秦亮，等.HAZOP分析在RDX硝化反应的应用与研究 .工业安全与环保,2 0 2 1,47:46-93邢建文，梁熙，李伟.基于HAZOP分析和贝叶斯网络的压缩机故障定位方法研究 J.自动化仪表，2 0 2 2，43(0 3)：11-4+9.4任晓军，冯鑫，纳勇.HAZOP风险分析在天然气净化液化设备中的运用 J.化工管理，2 0 2 1,2 9)：15 0-1.5钱颖雪.Hazop在氯乙烯压缩机组安全评估中的应用 1电子测试,2 0 18,2 4):44-5+8.6MARHAVILAS P K,FILIPPIDIS M,KOULINAS G K,etal.An expanded HAZOP-study with fuzzy-AHP(XPA-HAZOPtechnique):Application in a sour crude-oil processing plant J.Safety Science,2020,124(104590.7SUZUKI T,IZATO Y-I,MIYAKE A.Identification ofaccident scenarios caused by internal 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