加氫處理裝置安全特點和常見事故分析汪加海

1、加氫處理裝置安全特點和常見事故分析 摘 要：本文簡要介紹了廣州石化分公司 210萬噸年加氫處理裝置及其原理，論述了裝置 的安全特點和安全設計內(nèi)容。總結(jié)了加氫處理裝置容易發(fā)生的事故，并列舉和分析了國內(nèi) 外同類裝置發(fā)生的相關(guān)事故，結(jié)合加氫處理裝置開工以來生產(chǎn)實際運行狀況，有針對性的 提出防范事故的方法，為裝置安全生產(chǎn)提供保障。關(guān)鍵詞：加氫處理、事故、安全、防范加氫處理是重質(zhì)油深度加工的主要工藝之一，集煉油技術(shù)、高壓技術(shù)和催化技術(shù)為一 體。加氫處理裝置處于高溫、高壓、臨氫、易燃、易爆、有毒介質(zhì)操作環(huán)境，屬甲類火災 危險裝置。從原料到產(chǎn)品在操作條件下均具有易燃易爆特性，裝置所有區(qū)域均為爆炸危險 區(qū)。因

2、此分析裝置的安全特點，掌握裝置的安全技術(shù)，了解容易發(fā)生的事故，對于確保裝 置順利開工及正常生產(chǎn)是十分重要的。1 裝置的生產(chǎn)原理及簡介加氫處理采用劣質(zhì)蠟油加氫處理技術(shù)，加氫處理催化劑采用FRIPP的FF14 （保護劑采用FZC系列）。加氫處理過程是在較高壓力下，烴類分子與氫氣在催化劑表面進行也發(fā)生 加氫脫硫、脫氮和不飽和烴的加氫反應，同時部份裂解和加氫反應生成較小分子的轉(zhuǎn)化過 程。其化學反應包括飽和、還原、裂化和異構(gòu)化。烴類在加氫條件下的反應方向和深度， 取決于烴的組成、催化劑的性能以及操作條件等因素。加氫處理單元主要由反應、分餾等 工段組成。反應部分采用爐前混氫方案、熱高分工藝流程。催化劑的硫

3、化采用濕法硫化。 催化劑再生采用器外再生方案；分餾部分采用汽提塔、常壓分餾塔切割石腦油和柴油等餾 分方案。主要原料為常減壓蠟油、焦化蠟油和溶劑脫瀝青油等蠟油。主要產(chǎn)品為粗石腦油、 柴油和精制蠟油等。2加氫處理裝置安全特點2.1臨氫、易燃易爆氫氣具有易擴散、易燃燒、易爆炸的特點。氫氣的化學性質(zhì)很活潑，氫氣的火焰有“不 可見性”，而且燃燒速度很快，在空氣中，只要微小的明火甚至猛烈撞擊就會發(fā)生爆炸。其爆炸濃度范圍為4.1%75%。閃點低于28C的易燃液體、爆炸下限低于10%的可燃氣體 為甲類。生產(chǎn)中屬于甲類物質(zhì)的有氫氣、石腦油、硫化劑 （DMDS）等。具體見表1表1 主要易燃易爆物料的安全理化特性介

4、質(zhì)名稱性質(zhì)爆炸極限V%閃點C自燃點C火災危險類別氫氣易燃、易爆475580590甲燃料氣易燃、易爆313650750甲石腦油易燃、易爆1.4 7.6-22 20510530甲B柴油易燃1.5 4.545 120350380乙B蠟油易燃 120300380丙BDMDS易燃2.2 19.715300甲AMDEA易燃 139丙A硫化氫易燃、易爆、劇毒4.3 45.52602.2系統(tǒng)高溫高壓和危險介質(zhì)分布點廣加氫處理裝置反應條件較苛刻，反應壓力10M Pa反應入口溫度375C，要求在生產(chǎn) 操作中，高低壓界面注意保持液位穩(wěn)定，防止串壓，否則會引發(fā)爆炸。表2 生產(chǎn)過程中的主要危險崗位分析場所或設備介質(zhì)危

5、險 性加氫反應器（R4001咼溫、咼壓、泄漏時易燃易爆、有油、油氣、氫氣、H2S毒高壓換熱器(E4001A.B.C.E4002)咼溫、咼壓、泄漏時易燃易爆、有 油、油氣、氫氣、H2S主毒反應進料加熱爐（F4001）咼溫、咼壓、泄漏時易燃易爆、有 油、油氣、氫氣、H2S主毒分餾塔進料加熱爐（F4002）油、油氣高溫、噪聲、泄漏時易燃易爆壓縮機(C4001 C4002A,B)高壓、噪聲、泄漏時易燃易爆、有 氫氣、H2S、烴類氣體毒油氣、油易燃、噪聲冷熱高壓分離器（V4002、V4003）油、油氣、氫氣、H2S高壓、泄漏時易燃易爆、有毒催化劑裝填粉塵有毒脫硫化氫汽提塔（T4001）H2S、烴類氣體有

6、毒、泄漏時易燃易爆分餾塔及側(cè)線（T4002、T4003）油氣、油泄漏時易燃易爆循環(huán)氫脫硫塔（T4004）H2S、氫氣、胺液咼壓、有毒、易燃易爆2.3有毒有害化學品多本裝置使用的有毒有害化學品多，包括硫化劑、催化劑、堿液等，并且在生產(chǎn)中產(chǎn)生 硫化氫、CO、羰基鎳等有毒物質(zhì)，其中羰基鎳具有致命性，硫化氫是強烈的神經(jīng)毒物，因 此應加強巡檢工作防止泄漏，并對有害化學用品的性質(zhì)及防護熟練掌握出現(xiàn)問題及時處 理，及時匯報，以免事態(tài)擴大。3加氫處理易發(fā)生的事故和預防措施3.1反應飛溫引發(fā)事故加氫處理反應為放熱反應，如反應熱不能及時從反應器取走。 將引起反應器床層溫度的 驟升，即飛溫，使催化劑活性受到損壞，壽

7、命縮短，對反應系統(tǒng)的設備造成危害，導致高 壓法蘭泄漏。曾經(jīng)發(fā)生在國外的煉油廠發(fā)生過反應器飛溫后，造成反應器大面積堆焊層剝 離和堆焊層熔敷金屬裂紋和破壞現(xiàn)象。高壓加氫處理裝置的催化劑溫度控制非常重要，不 論升溫還是事故，都要嚴格控制好催化劑的溫度。當溫度超過控制指標時，及時投用急冷氫注入反應床層降低催化劑溫度， 當加大冷氫仍不能控制反應床層溫度時， 應迅速啟動 7bar/ min緊急卸壓系統(tǒng)降低反應系統(tǒng)壓力，防止床層溫度失控。在南方某煉廠加氫裂化裝置因 加氫反應器超溫時事故處理不及時和果斷，導致床層溫度失控超出正常操作溫度400C的惡 性事故。3.2 氫氣泄漏引發(fā)的事故大慶石化總廠加氫車間高壓油

8、泵房于 1969年，發(fā)生氫氣爆炸重大事故。死亡 45人， 58 人受傷住院。廠房及設箭遭到嚴重破壞，炸毀廠房 4000多平米，油泵、氫氣壓縮機、配電 問、儀表等設備均被破壞，損壞極其嚴重。某北方煉廠加氫裝置在 1999年首次開工進油及 以后的多次開工進油過程中，均發(fā)生了熱高壓分離器入口法蘭呲開，大量高壓氫氣及油氣 泄漏事故，給裝置的安全生產(chǎn)帶來很大的威脅。我廠的加氫精制裝置也發(fā)生過高壓臨氫管 線爆裂，在現(xiàn)場噴出大量油氣的安全事故。氫氣泄漏后極易遇靜電和明火發(fā)生爆炸事故， 產(chǎn)生嚴重的后果。因此除了加強設備制造和安裝過程中的本質(zhì)安全，還要加強日常生產(chǎn)中 檢查和監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)設備隱患，防止氫氣泄漏。

9、特別是要加強儀表維護，保證現(xiàn)場可燃 氣檢測儀的靈敏可靠，一旦發(fā)生氫氣泄漏，可以及時檢測并向中心控制室發(fā)送報警信號， 操作人員可以及時發(fā)現(xiàn)并采取應急措施。3.3 硫化氫泄漏引發(fā)的事故硫化氫為無色有臭雞蛋氣味氣體，是強烈的神經(jīng)毒物。硫化氫在空氣中最高容許濃度是lOmg/ m ,進入超過或可能超過容許濃度區(qū)域必須配戴適當?shù)暮粑Ｗo器具。硫化氫濃度越高，對人體毒害越大。較高濃度(2O0300mg/ m )硫化氫可導致眼睛流淚、刺痛、視物模糊、頭暈、頭痛，出現(xiàn)昏迷癥狀；高濃度(700lO00mg/ rn )硫化氫，可導致人立即出 現(xiàn)神志模糊、昏迷、肌肉痙攣、大小便失禁等癥狀；當接觸濃度在 lO00mg

10、m 以上的硫化 氫時，人猶如遭電擊一樣，在數(shù)秒鐘內(nèi)倒下，瞬間停止呼吸，如救護不及時，可因呼吸麻 痹而很快死亡。某廠加氫裂化裝置幾名操作工為檢查冷高壓分離器酸性水，打開閥門敞口 排放，由于酸性水中硫化氫迅速蒸發(fā)，幾名操作工硫化氫中毒熏倒。硫化氫中毒事故，在 國內(nèi)外煉化企業(yè)中曾經(jīng)多次發(fā)生過， 甚至發(fā)生過有人硫化氫中毒， 參與搶救人員措施不當， 導致自身也中毒的惡性事故。加氫處理反應產(chǎn)生大量的硫化氫氣體，特別是在反應部份和 分餾系統(tǒng)的硫化氫汽提塔部份濃度高達 2%，一旦泄漏，可能產(chǎn)生的后果極其嚴重。日常生 產(chǎn)中應加強裝置防硫化氫中毒的管理，要加強班組人員氣防器材培訓和氣防預案演練，提 高他們防硫化氫

11、中毒的意識，學會急救和互救。做到確保生產(chǎn)現(xiàn)場硫化氫氣檢測儀的靈敏 可靠，日常巡檢中要求巡檢人員必須佩戴便攜式硫化氫氣體檢測儀。3.4 高溫、高壓設備設計或制造不當、設備質(zhì)量缺陷引發(fā)的事故國外某廠加氫處理循環(huán)氫壓縮機出口管線材質(zhì)錯用，導致生產(chǎn)中彎曲部分管段炸裂， 大量氫氣泄漏遇火花產(chǎn)生爆炸， 造成操作室和機械室 9人死亡。 某加氫處理裝置高壓立式換 熱器下部膨脹圈，因焊接質(zhì)量不良，首次開工受熱后焊縫開裂造成大火。某煉油廠加氫處 理裝裝置當班人員發(fā)現(xiàn)高壓分離器酸性水線有酸性水流射出，硫化氧濃度高，經(jīng)檢查為檢 修中新更換僅投用不足 10天的閥門由于本身存在缺陷導致閥體焊縫開裂所致。設備質(zhì)量涉 及到設

12、計、制造、安裝和運行維護過程，按照設備壽命周期理論做好各個環(huán)節(jié)的管理，才 能提高裝置的本質(zhì)安全。3.5 高低壓設備串壓引發(fā)的事故由于高壓分離器與低壓分離器壓差很大，如果高壓分離器減油過快造成液面低可導致 高分氣串至低壓分離器 造成爆炸等惡性事故。 某加氫處理裝置高壓分離器排放酸性水時， 造成串壓，導致低壓的酸性水罐被炸飛。某加氫裝置在停工進行熱氫帶油階段，由于高分 液面計失靈，高壓分離器液位過低導致串壓低分罐安全閥起跳。因此，操作中要密切注 意高壓分離器工藝參數(shù)的變化，嚴格控制壓力和液位在工藝指標范圍內(nèi)。日常生產(chǎn)中各控 制儀表、調(diào)節(jié)閥必須定期檢查校驗，保證靈活好用，液面計和界面計保證清晰、準確

13、。3.6 原料油性質(zhì)不合格引發(fā)事故、影響裝置長周期運轉(zhuǎn)原料油中的鐵、銅、釩、鎳等金屬離子具有粘結(jié)和固化催化劑的性質(zhì)，使催化劑永久 性中毒，并且增加系統(tǒng)壓降。例如原料油中的鐵離子進入反應器，與加氫精制過程中產(chǎn)生 的硫化氫反應，生成鐵的硫化物（主要為FeS）沉積在催化劑床層上，導致催化劑嚴重結(jié)塊， 引起床層壓力降升高。 華東某煉油廠加氫處理裝置自開工以來， 共進行過三次催化劑撇頭， 撇頭的直接原因一是加工原料油中的殘?zhí)俊⒄椴蝗芪锖窟h遠超出設計值，且原料油 沒有氮封系統(tǒng)，致使催化劑上積碳量增加，影響床層壓降。二是鐵離子含量超出設計值， 形成硫化亞鐵沉積在催化劑上，造成床層堵塞和壓降升高。嚴格規(guī)

14、定對原料的質(zhì)量指標要 求，才能保證生產(chǎn)裝置的正常運行。因而對催化劑床層壓降升高來說，要解決原料油質(zhì)量 問題，但加強對原料的過濾才是關(guān)鍵。目前我廠加氫處理裝置處理多種劣質(zhì)蠟油，日常生 產(chǎn)中蠟油的性質(zhì)變化大，雖然加強了過濾管理，但反應第一床層的壓降上升速度比設計的 要快，很有可能要提前對反應器催化劑進行撇頭。主要原因是現(xiàn)場有過濾設施不能達到實 際運行環(huán)境的要求，要通過更新過濾器濾芯來滿足生產(chǎn)的實際工況。3.7 裝置設備腐蝕引發(fā)的事故分析連多硫酸的形成是由于設備在含有高溫硫化氫的氣氛下操作時生成了硫化鐵，而當設 備停止運轉(zhuǎn)或停工檢修時，它與出現(xiàn)的水分和進入設備內(nèi)的空氣中的氧發(fā)生反應的結(jié)果隨著加工高硫

15、油數(shù)量的增加，硫化物的腐蝕速度在進一步加快。有煉油廠在1995年檢修時發(fā)現(xiàn)原料油高壓換熱器不銹鋼管表面腐蝕嚴重，下半部鋼管表面有大量結(jié)焦、管子出 現(xiàn)裂紋，主要是由于介質(zhì)中硫離子產(chǎn)生了連多硫酸導致了腐蝕，同時氯離子引起了應力腐 蝕裂紋的發(fā)生，因此應嚴格控制原料油中氯離子、硫離子的含量，對高壓換熱器的低點排 污管要實行定時排放，避免硫化物的堆積，提高設備本身材質(zhì)，對材料表而進行針對性的 防腐處理，并對腐蝕情況進行跟蹤檢測等。加氫處理裝置設計使用分餾塔頂含油污水回用 做為高壓空冷系統(tǒng)的注水的補充水，但使用一段時間后發(fā)現(xiàn)：由于分餾塔的蠟油中硫化氫 在汽提塔中未完全汽提出來，含油污水中含有硫化氫形成酸性

16、環(huán)境對管線和高壓注水泵造 成腐蝕，多次導致高壓注水泵檢修。隨著分公司加工高硫高酸原油和加氫處理裝置本身的 特點，做好日常工藝運行管理，通過加注緩蝕劑和做好工藝參數(shù)監(jiān)控防止在用設備腐蝕。3.8 檢修期間硫化亞鐵自燃損壞設備引發(fā)事故隨著高硫 VGO 處理量的增加和裝置檢修周期的延長，加氫處理的分餾系統(tǒng)、脫硫系統(tǒng)等部位沉積的硫化物較多，尤其在高壓分離器、低壓分離器、硫化氫汽提塔等含硫干氣 閃蒸部位以及填料塔內(nèi)積聚了更多的硫化亞鐵。這些硫化亞鐵在停工檢修打開人孔或大蓋 時。與空氣接觸極易發(fā)生自燃。同時放出大量的有毒氣體，直接威脅參檢人員和設備的安 全。硫化亞鐵自燃的更大危險在于，當容器中還有少量的石油

17、產(chǎn)品，其濃度達到爆炸極限 時，會引起爆炸事故。在某些系統(tǒng)中，硫化亞鐵自燃對其它可燃物質(zhì)來說起到了點火源的 作用，會造成火災爆炸事故。由于硫化亞鐵具有較強的活性和被鰲合的能力，所以工業(yè)裝 置上采用適宜的鰲合劑對其進行鈍化， 可在較短時間內(nèi)脫除硫化亞鐵， 并可鈍化金屬表面， 達到除去硫化亞鐵和防腐的目的3.9 熱油外漏引發(fā)的著火事故加氫處理裝置分餾和反應部分均存在高溫熱油，要防止熱油泄漏引發(fā)的著火事故。特 別典型的事例是國內(nèi)多家煉油廠曾經(jīng)發(fā)生塔底高溫熱油泵密封失效和熱油管線的法蘭泄漏 噴出熱油引發(fā)的著火事故。 2006年燕山石化加氫裂化裝置發(fā)生分餾塔底熱油泵泄漏著火的 事故，造成重大損失。目前加氫

18、處理裝置有三組高溫熱油泵，反應系統(tǒng)和分餾系統(tǒng)大部份 管線都是高溫熱油，加強對熱油泵和高溫法蘭定期檢查和檢測，防止設備失效引發(fā)泄漏著 火事故。裝置管理人員要定期組織班組人員進行消防事故演練，做好發(fā)生著火事故時應急 處理，防止事故擴大。4 加氫處理裝置的安全設計按照千萬噸煉油改擴建工程安全評價和千萬噸煉油改擴建工程職業(yè)衛(wèi)生評價 中提出的安全措施要求，加氫處理裝置在設計時充分考慮了這些措施并得到逐一落實，主 要體現(xiàn)在以下幾點：4.1自動停車及聯(lián)鎖保護措施加氫處理裝置危險較大，操作要素較多和復雜，為確保人身安全及裝置的安全運行，設 置了雙重冗余容錯技術(shù)的緊急聯(lián)鎖停車控制系統(tǒng) （ESD）,其獨立于用來進

19、行參數(shù)監(jiān)控的DCS 系統(tǒng)，用于裝置部分的聯(lián)鎖和大機組及高壓泵等設備的安全聯(lián)鎖保護，包括7bar/ min緊急卸壓系統(tǒng),當循環(huán)氫壓縮機出現(xiàn)故障時,緊急卸壓系統(tǒng)開啟,反應系統(tǒng)迅速降壓。還設置 手動副線緊急卸壓，以便遙控緊急卸壓系統(tǒng)一旦失靈，可手動開副線緊急卸壓閥，以確保 裝置安全。同時，為防止系統(tǒng)竄壓，在高壓部份到低壓部份設置報警、聯(lián)鎖系統(tǒng)，用緊急 切斷閥隔離高低壓相聯(lián)的部位。生產(chǎn)中可能導致不安全因素的操作參數(shù)，均設置相應控制 報警儀表。4.2 防火措施裝置在反應部分設置緊急泄壓系統(tǒng)，當裝置內(nèi)發(fā)生嚴重火災時，啟動緊急泄壓系統(tǒng)， 使反應系統(tǒng)迅速降壓，以確保設備和人身安全。裝置帶壓設備均設置可靠的壓力

20、泄放系統(tǒng)或放空系統(tǒng)， 排放氣體排入密閉的火炬系統(tǒng)， 污油排入裝置內(nèi)設置的污油罐。壓縮機和泵出口設置止回閥，以防止高壓介質(zhì)倒流造成事故。為保證裝置開停工及檢修的需要，在有關(guān)設備和管道上設置了固定式或半固定式吹掃 接頭；在進出裝置邊界的主要工藝管道上設置三閥組。公用工程管道與易燃易爆介質(zhì)管道相接時，設置三閥組或止回閥和盲板，以防止工藝 介質(zhì)倒串。裝置生產(chǎn)過程產(chǎn)生的含油、含硫污水均排入全廠系統(tǒng)集中處理。裝置內(nèi)有關(guān)設備采取了防火措施。加熱爐設置了長明燈和滅火蒸汽管，進爐管線設阻 火器，爐底立柱設防火層，防火層材料為耐火澆注料。裝置四周設置環(huán)形消防車道，裝置內(nèi)設有貫通式消防通道，并按規(guī)范設有消火栓、水

21、炮、消防蒸汽管線、軟管站及滅火器等消防設施用于火災撲救。4.3 防雷、防靜電措施壓縮機房、泵房屬于二類工業(yè)建筑物，采取屋面裝設避雷網(wǎng)的措施進行防雷，所有電 氣設備正常不帶電的金屬外殼，所有工藝設備（包括轉(zhuǎn)動機組、塔、框架、管線等設備） 可靠接地，危險區(qū)域不同方向不少于兩處與接地體相連。并把工作、防雷、保護及防靜電 的接地裝置可靠地相連或共用，整個裝置區(qū)的接地裝置構(gòu)成了一個封閉的接地網(wǎng)。4.4 防爆措施441裝置爆炸危區(qū)域的劃分和電力設備的選型及安裝，遵循GB50058-92爆炸和火災危險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范，爆炸危險場所U區(qū)內(nèi)電動起重機、鼓風機及各類電器設備均選用增安型或隔爆型設備，防爆等級為

22、dH CT4;裝置內(nèi)防爆區(qū)域的電機選用防爆電機，擴音對 講系統(tǒng)選用防爆型。為防止停水、停電、誤操作及火災事故引發(fā)設備超壓，所有壓力容器和壓力系統(tǒng)均按 規(guī)范設置安全閥。為防止液位、溫度、壓力過高或過低影響裝置的正常生產(chǎn)或危及設備、人員的安全， 重要的設備均設有液位、溫度或壓力高、低限報警。危險區(qū)的電動儀表優(yōu)先采用本安型（iallCT6），無本安型的采用隔爆型，其防爆級別不 低于dIICT4，用于聯(lián)鎖的電磁閥一律采用隔爆型 dIICT4。加氫處理裝置在設計時還從平面布置、抗震、防中毒、人身安全保護設施等多方面考 慮，落實安全措施，盡可能的提高裝置的安全系數(shù)，力求提高裝置的安全系。5 結(jié)論加氫處理裝置為高溫高壓臨氫裝置， 工藝比較先進， 加氫處理裝置工藝運行條件苛刻， 控制復雜，危險點多，如何保證裝置的安全開停工和長周期運行，因素有很多，關(guān)鍵有以 下幾點：5.1 保證設備的制造質(zhì)量和安裝質(zhì)量， 裝置的大部分設備在臨氫、 高壓下，容易發(fā)生氫腐蝕 和氫脆，因此高壓換熱器、轉(zhuǎn)化爐、反應器、加熱爐爐管對材質(zhì)有特殊要求，須使用高溫 抗氫類型的奧氏體鋼，高壓原料油泵、高壓注水泵、循環(huán)氫壓縮機等是重要