新型煤化工工藝安全控制設(shè)計指導(dǎo)方案

PAGE31新型煤化工工藝安全控制設(shè)計指導(dǎo)方案目錄1概述 11.1新型煤化工工藝 11.2新型煤化工工藝類型 11.2.1煤制油（費-托合成油） 11.2.2煤制烯烴 11.2.3煤制二甲醚 21.2.4煤制乙二醇 21.2.5煤制甲烷氣 21.2.6煤制甲醇 31.2.7甲醇制醋酸 31.3新型煤化工工藝關(guān)鍵設(shè)備和重點監(jiān)控單元 31.3.1新型煤化工工藝的關(guān)鍵設(shè)備 31.3.2新型煤化工工藝的重點監(jiān)控單元 31.4新型煤化工工藝涉及的主要危險介質(zhì) 41.4.1煤氣化原料 41.4.2產(chǎn)品和中間產(chǎn)品 41.4.3其他 41.5XX省主要新型煤化工工藝產(chǎn)品目錄 42危險性分析 52.1固有危險性 52.1.1火災(zāi)危險性 52.1.2爆炸危險性 52.1.3中毒危險性 52.1.4腐蝕及其他危險性 52.2工藝過程的危險性分析 62.2.1反應(yīng)過程的危險性 62.2.2危險和可操作性分析 63重點監(jiān)控的工藝參數(shù)和控制要求 73.1溫度 73.2壓力 73.3液位（或重量） 73.4反應(yīng)投料速度與物料配比 73.5其他 84推薦的安全控制方案 94.1各工藝參數(shù)的控制方式 94.2工藝系統(tǒng)控制方式 94.2.1基本監(jiān)控要求 94.2.2基本控制要求 94.3根據(jù)反應(yīng)安全風(fēng)險評估結(jié)果，制定相應(yīng)的控制措施 114.4儀表系統(tǒng)選用原則 114.4.1基本過程控制系統(tǒng)（BPCS）選用原則 114.4.2安全儀表系統(tǒng)選用原則 124.4.3氣體檢測報警系統(tǒng)（GDS）選用原則 124.5其他安全設(shè)施 135通用設(shè)計要求 145.1收集產(chǎn)品工藝資料 145.2確定改造范圍 145.3儀表設(shè)備選型 155.4提交方案 155.5與建設(shè)方技術(shù)交底，提交改造圖紙，簽署設(shè)計變更 156典型工藝安全控制系統(tǒng)改造設(shè)計方案 166.1工藝簡述 166.1.1煤氣化工序 166.1.2甲醇合成工序 166.2裝置新型煤化工工藝危險性分析 176.2.1固有危險性 176.2.2工藝過程的危險性 176.3裝置新型煤化工工藝控制方案綜述 186.3.1煤氣化工序 186.3.2甲醇合成工序 207新型煤化工工藝安全控制系統(tǒng)設(shè)計指導(dǎo)方案附表、附圖 217.1XX省主要新型煤化工工藝產(chǎn)品目錄（附表1） 217.2新型煤化工工藝重點監(jiān)控參數(shù)的控制方式（附表2） 217.3企業(yè)需提交的設(shè)計資料清單（附表3） 217.4某企業(yè)新型煤化工工藝控制、報警、聯(lián)鎖一覽表（附表4） 217.5某企業(yè)新型煤化工工藝管道與儀表流程圖（附圖1） 21附表1XX省主要新型煤化工工藝產(chǎn)品目錄 22附表2新型煤化工工藝重點監(jiān)控參數(shù)的控制方式 23附表3企業(yè)需提交的設(shè)計資料清單 25附表4某企業(yè)新型煤化工工藝控制、報警、聯(lián)鎖一覽表 26附圖1某企業(yè)新型煤化工工藝管道與儀表流程圖 311概述1.1新型煤化工工藝以煤為原料，經(jīng)化學(xué)加工使煤直接或者間接轉(zhuǎn)化為氣體、液體和固體燃料、化工原料或化學(xué)品的工藝過程。1.2新型煤化工工藝類型新型煤化工工藝類型主要包括煤制油（費-托合成油）、煤制烯烴（甲醇制烯烴）、煤制二甲醚、煤制乙二醇（粗煤氣制乙二醇）、煤制甲烷氣（煤氣甲烷化）、煤制甲醇、甲醇制醋酸等工藝。1.2.1煤制油（費-托合成油）煤制油的工藝可以分為三個部分：煤氣化、F-T（費托）合成和油品煉制。煤氣化是將煤進行不完全燃燒轉(zhuǎn)變成為粗煤氣（CO+H2），然后由粗煤氣進行F-T合成，生成碳氫化合物，其中石蠟的含量比較大，然后進行煉制和分離。煤制油工藝是氣化、空分、激冷、部分變換、脫硫脫碳、F-T合成油、油品精制工序的組合。煤制烯烴煤制烯烴的工藝可以分為三個部分：煤氣化、粗煤氣制甲醇和甲醇制烯烴。煤與來自空分單元的純氧在氣化爐中發(fā)生反應(yīng)生成粗煤氣，粗煤氣經(jīng)CO變換后進入氣體凈化單元，脫除其中的H2S和CO2等氣體，凈化后的合成氣，進入甲醇合成單元生產(chǎn)甲醇。在甲醇制烯烴裝置中發(fā)生如下轉(zhuǎn)化反應(yīng)：2CH3OH→C2H4+2H2O3CH3OH→C3H6+3H2O生成富含低碳烯烴的混合氣體，進入烯烴分離單元，分離出主要產(chǎn)品乙烯、丙烯以及副產(chǎn)物C4和C5等。1.2.3煤制二甲醚煤制二甲醚的工藝分為三個部分：煤氣化、合成氣制甲醇和甲醇制二甲醚。煤氣化、合成氣制甲醇上節(jié)已表述，甲醇制二甲醚采用的是甲醇氣相催化脫水工藝，即在反應(yīng)溫度為250～330℃、催化劑的作用下，甲醇發(fā)生脫水反應(yīng)，生成二甲醚和水。2CH3OH→CH3OCH3+H2O1.2.4煤制乙二醇以煤氣化制取合成氣，CO催化偶聯(lián)合成草酸二甲酯，再加氫生成乙二醇，此法稱為合成氣間接合成乙二醇。2CO+1/2O2+2CH3OH→（COOCH3）2+H2O（COOCH3）2+4H2→（CH2OH）2+2CH3OH1.2.5煤制甲烷氣煤經(jīng)煤氣化生產(chǎn)出合成氣，然后合成甲烷的過程稱為煤制天然氣。甲烷化技術(shù)是煤制天然氣的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，一氧化碳和氫氣在一定的溫度、壓力和催化劑作用下合成甲烷。其化學(xué)方程式如下：CO+3H2→CH4+H2O1.2.6煤制甲醇煤制甲醇工藝技術(shù)主要是以煤和空分裝置提供的氧氣為原料，在氣化爐內(nèi)進行氣化反應(yīng)生成粗煤氣，粗煤氣經(jīng)變換、凈化后，得到純凈的CO和H2。CO和H2采用低壓甲醇合成工藝生成粗甲醇，粗甲醇精制后，得到精甲醇。甲醇合成反應(yīng)：CO+2H2→CH3OH1.2.7甲醇制醋酸醋酸合成采用甲醇低壓羰基化技術(shù)，即甲醇和一氧化碳在一定溫度、壓力下，采用銠-碘催化劑反應(yīng)生成醋酸。CH3OH+CO→CH3COOH1.3新型煤化工工藝關(guān)鍵設(shè)備和重點監(jiān)控單元1.3.1新型煤化工工藝的關(guān)鍵設(shè)備新型煤化工工藝的關(guān)鍵設(shè)備是煤氣化爐、合成塔。1.3.2新型煤化工工藝的重點監(jiān)控單元新型煤化工工藝的重點監(jiān)控單元為煤氣化和煤化工新工藝單元。煤氣化重點監(jiān)控氣化爐溫度和壓力；進料介質(zhì)溫度、壓力與流量；氧煤比；進料管線與氣化爐壓差；燒嘴冷卻水流量和溫度；反應(yīng)段蒸汽產(chǎn)量；粗煤氣中二氧化碳含量；粗煤氣冷卻器出口溫度；氣化爐環(huán)形空間溫度；激冷水流量、溫度等。煤化工新工藝單元重點監(jiān)控反應(yīng)器溫度、壓力、液位；反應(yīng)物料的比例；進料介質(zhì)溫度、壓力與流量；外取熱器蒸汽溫度與壓力；風(fēng)壓、風(fēng)溫；壓降；煙氣壓力與溫度；H2/CO比、NO/O2比、NO/醇比；H2、H2S、CO2含量等。1.4新型煤化工工藝涉及的主要危險介質(zhì)1.4.1煤氣化原料煤粉制備或者輸送過程中，煤粉泄漏，如遇明火或者其它火源，可引起煤粉燃燒或爆炸。1.4.2產(chǎn)品和中間產(chǎn)品煤氣化單元生產(chǎn)過程中接觸到的物料大部分具有易燃易爆性，如氫氣、一氧化碳、硫化氫、甲烷、氧氣、氨等易燃氣體；甲醇等易燃液體。一旦發(fā)生泄漏或其他事故，很容易在空氣中形成爆炸性混合物。煤氣化單元生產(chǎn)過程中接觸的物料大部分有毒，如一氧化碳、硫化氫、甲醇、氨等。煤化工新工藝單元生產(chǎn)過程中涉及的甲烷、乙烯、丙烯、二甲醚等易燃氣體；甲醇、油、醋酸等易燃液體，具有爆炸性。醋酸等具有很強的腐蝕性，蒸汽對眼和鼻有刺激性作用。1.4.3其他新型煤化工工藝常用的催化劑大多為重金屬鹽類，在制造和使用過程中如使用不當(dāng)，易造成重金屬中毒，同時廢棄的催化劑如處理不當(dāng)，易造成環(huán)境污染。1.5XX省主要新型煤化工工藝產(chǎn)品目錄XX省主要的新型煤化工工藝有：煤制甲醇、甲醇制醋酸、煤制乙二醇、煤制烯烴、煤制天然氣、煤制二甲醚等。XX省主要新型煤化工工藝產(chǎn)品目錄詳見附表1。2危險性分析新型煤化工工藝多數(shù)反應(yīng)速度快，放熱量大，容易造成反應(yīng)失控。反應(yīng)過程多為高溫、高壓過程，易發(fā)生工藝介質(zhì)泄漏，引發(fā)火災(zāi)、爆炸和一氧化碳中毒事故。反應(yīng)過程所涉及的物料大多具有易燃易爆、毒性、腐蝕性，一旦泄漏危險性較大。2.1固有危險性固有危險性是指新型煤化工工藝過程中的原料、產(chǎn)品、中間產(chǎn)品等本身具有的危險有害特性。2.1.1火災(zāi)危險性新型煤化工工藝涉及的原料、產(chǎn)品、中間產(chǎn)品等具有易燃性，如氫氣、甲烷、乙烯、丙烯、二甲醚、一氧化碳、氨等甲、乙類易燃易爆氣體；甲醇、油、醋酸等甲、乙類易燃液體。2.1.2爆炸危險性新型煤化工工藝涉及的原料、產(chǎn)品、中間產(chǎn)品等具有爆炸性，氫氣、甲烷、乙烯、丙烯、二甲醚、硫化氫、一氧化碳、氨等易燃易爆氣體；甲醇、油、醋酸等易燃液體的蒸汽；煤粉等易燃固體，與空氣混合容易形成爆炸性混合物，遇熱源或明火有爆炸危險。2.1.3中毒危險性新型煤化工工藝涉及的原料、產(chǎn)品、中間產(chǎn)品等具有毒性，硫化氫為劇毒物質(zhì)，一氧化碳為高毒物質(zhì)，氨為中等毒物質(zhì)，甲醇為低毒物質(zhì)。2.1.4腐蝕及其他危險性新型煤化工工藝涉及的醋酸等物質(zhì)，為強腐蝕性物質(zhì)。2.2工藝過程的危險性分析新型煤化工工藝是一個放熱過程，涉及的原料、中間產(chǎn)品多為易燃易爆、有毒、強腐蝕物質(zhì)，因此在反應(yīng)和原料的儲存過程中存在諸多不安全因素。2.2.1反應(yīng)過程的危險性新型煤化工工藝多數(shù)反應(yīng)速度快，放熱量大，容易造成反應(yīng)失控。反應(yīng)過程多為高溫、高壓過程，易發(fā)生工藝介質(zhì)泄漏，引發(fā)火災(zāi)、爆炸和一氧化碳中毒事故。反應(yīng)過程所涉及的物料大多具有易燃易爆、毒性、腐蝕性，一旦泄漏危險性較大。控制原料的進料量和進料速度、正確計量各種原料的投料比及投料順序、及時將反應(yīng)熱移出等，均有利于反應(yīng)過程的平穩(wěn)運行。2.2.2危險和可操作性分析針對具體的新型煤化工工藝，應(yīng)在基礎(chǔ)設(shè)計階段開展危險和可操作性分析（HAZOP），及預(yù)先危險分析（PHA）或事故樹分析（ETA）等定性、定量風(fēng)險評價方法，對整個工藝過程的危險性進行分析。3重點監(jiān)控的工藝參數(shù)和控制要求3.1溫度包括氣化爐、合成塔的溫度。煤氣化和煤化工新工藝反應(yīng)放出的熱量如果不能及時的移出，會造成氣化爐和合成塔內(nèi)物料溫度升高，壓力升高、甚至著火爆炸等嚴重后果。氣化爐和合成塔溫度的高低除了與物料的反應(yīng)熱有關(guān)外，還與原料的進料溫度有關(guān)，因此應(yīng)對氣化爐、合成塔溫度、合成氣進出、口溫度、外取熱器溫度等進行監(jiān)控。3.2壓力包括氣化爐、合成塔和涉及合成氣設(shè)備的壓力。煤氣化、煤化工新工藝和涉及合成氣設(shè)備壓力失控，超過設(shè)備設(shè)計壓力，造成物料泄漏或合成塔爆炸的危險，因此，應(yīng)監(jiān)控氣化爐、合成塔外取熱器壓力和涉及合成氣設(shè)備的壓力。3.3液位（或重量）用到外取熱器的煤化工新工藝，外取熱器的液位低時，會造成合成塔的溫度升高，壓力升高，引起嚴重后果。產(chǎn)品儲罐應(yīng)根據(jù)儲罐內(nèi)物料性質(zhì)和儲存條件，設(shè)置儲罐的最高儲存上限，以免由于溫度、壓力等因素的變化造成泄漏。3.4反應(yīng)投料速度與物料配比由于新型煤化工工藝是放熱反應(yīng)，投料速度決定反應(yīng)放熱速度，如果投料速度過快，反應(yīng)熱不能及時移出，就有可能造成超溫超壓，發(fā)生泄漏或爆炸事故，因此，對原料的溫度、壓力與流量應(yīng)進行監(jiān)控。任何反應(yīng)都是在一定的配比下進行，一方面考慮產(chǎn)品質(zhì)量，另一方面為了操作的安全，此時就應(yīng)對物料的配比進行控制。3.5其他有些煤化工新工藝的反應(yīng)，對H2/CO比，NO/O2比，NO/醇比，H2、H2S、CO2含量等也要進行監(jiān)控。4推薦的安全控制方案4.1各工藝參數(shù)的控制方式新型煤化工工藝的溫度、壓力、液位、反應(yīng)投料速度與物料配比等重點監(jiān)控工藝參數(shù)的控制方式見附表2。4.2工藝系統(tǒng)控制方式4.2.1基本監(jiān)控要求新型煤化工工藝的生產(chǎn)裝置設(shè)置的自動控制系統(tǒng)應(yīng)達到重點監(jiān)管危險化工工藝目錄中有關(guān)安全控制的基本要求，重點監(jiān)控工藝參數(shù)應(yīng)傳送至控制室集中顯示，并按照宜采用的控制方式設(shè)置相應(yīng)的聯(lián)鎖。自動控制系統(tǒng)應(yīng)具備遠程調(diào)節(jié)、信息存儲、連續(xù)記錄、超限報警、聯(lián)鎖切斷、緊急停車等功能。記錄的電子數(shù)據(jù)的保存時間不少于30天。4.2.2基本控制要求4.2.2.1煤氣化工藝安全控制基本要求中涉及反應(yīng)溫度、壓力報警及聯(lián)鎖的自動控制方式至少滿足下列要求：（1）氣化爐煤漿（煤粉）和氧進料管線上設(shè)置流量計和調(diào)節(jié)閥，通過流量調(diào)節(jié)，控制氧煤配料比；氣化爐設(shè)置溫度、壓力、液位檢測及報警，且液位低低聯(lián)鎖關(guān)閉氣化爐XX閥，鎖斗停止運行；氣化爐冷媒管道設(shè)置溫度、壓差、流量檢測及報警，控制氣化爐的溫度。（2）煤氣化合成以下任一因素（信號）發(fā)生，即可啟動安全停車聯(lián)鎖：煤漿（煤粉）流量低低限；氧氣流量低低限；氧煤比高高限；氣化爐液位低低限；氣化爐出口合成氣溫度高高限；燒嘴冷卻水進口流量低低、進口壓力高高、出口溫度高高，三取二；燒嘴冷卻水泵出口壓力低低限；汽包液位低低限；高壓煤漿泵或者煤粉輸送風(fēng)機故障；氧氣放空閥、切斷閥異常；電源停電。以上聯(lián)鎖任一信號輸入，啟動安全停車，系統(tǒng)可執(zhí)行以下操作：氣化爐氧氣流量調(diào)節(jié)閥關(guān)閉、氧氣截止閥關(guān)閉、隨即關(guān)閉煤漿（煤粉）切斷閥、隨即打開煤漿（煤粉）管線氮吹閥、氧氣管線氮吹掃閥打開、高壓煤漿泵或者煤粉輸送風(fēng)機停止。煤化工新工藝安全控制基本要求中涉及反應(yīng)溫度、壓力報警及聯(lián)鎖的自動控制方式至少滿足下列要求：（1）合成塔應(yīng)設(shè)緊急停車系統(tǒng)、安全泄放系統(tǒng)。合成塔宜設(shè)進料流量自動控制閥，通過改變進料流量調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度。合成塔應(yīng)設(shè)溫度高高（或壓力高高）報警并啟動聯(lián)鎖；當(dāng)反應(yīng)過程中使用外取熱器時，外取熱蒸汽包液位與合成塔進料系統(tǒng)設(shè)立聯(lián)鎖關(guān)系。一旦發(fā)生異常工況啟動聯(lián)鎖，緊急切斷所有進料，打開緊急泄放系統(tǒng)，打開事故蒸汽閥或氮氣閥，迅速置換合成塔內(nèi)物料，并將合成塔進行冷卻、降溫。（2）煤化工新工藝安全控制基本要求的涉及反應(yīng)物料配比（CO/H2比、NO/O2比；NO/醇比；H2、H2S、CO2）等報警及聯(lián)鎖的安全控制方式，應(yīng)同時滿足《重點監(jiān)管危險化工工藝目錄》中的要求，并根據(jù)設(shè)計方案或HAZOP分析報告設(shè)置相應(yīng)聯(lián)鎖系統(tǒng)。4.2.2.3其他（1）反應(yīng)過程中需要通過外取熱器或者輔助控制反應(yīng)溫度的，應(yīng)當(dāng)設(shè)置自動控制回路，實現(xiàn)反應(yīng)溫度升高時自動調(diào)節(jié)外取熱器壓力。（2）新型煤化工工藝安全控制基本要求的涉及反應(yīng)物料配比、進料壓縮機停機等報警及聯(lián)鎖的安全控制方式，應(yīng)同時滿足《重點監(jiān)管危險化工工藝目錄》中的要求，并根據(jù)設(shè)計方案或HAZOP分析報告設(shè)置相應(yīng)聯(lián)鎖系統(tǒng)。（3）在組分測量儀表條件滿足時，宜加裝反應(yīng)尾氣在線分析儀表，并將其分析結(jié)果遠傳至控制室。（4）設(shè)計時，應(yīng)結(jié)合具體的工藝機理，合理的設(shè)置控制方案，避免出現(xiàn)因控制回路間密切相關(guān)、互相影響導(dǎo)致工藝參數(shù)無法控制的情況，控制措施中相互關(guān)聯(lián)不允許發(fā)生耦合控制。（5）煤氣化反應(yīng)區(qū)域設(shè)置視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可燃、有毒氣體檢測報警系統(tǒng)。4.3根據(jù)反應(yīng)安全風(fēng)險評估結(jié)果，制定相應(yīng)的控制措施所有涉及硝化、氯化、氟化、重氮化、過氧化工藝的化工生產(chǎn)裝置按照《關(guān)于加強精細化工反應(yīng)安全風(fēng)險評估工作的實施方案》（安監(jiān)總管三〔2017〕1號）要求必須完成反應(yīng)安全風(fēng)險評估，并綜合反應(yīng)安全風(fēng)險評估結(jié)果，考慮不同的工藝危險程度，設(shè)置相應(yīng)的控制措施，新型煤化工工藝宜參照執(zhí)行。4.4儀表系統(tǒng)選用原則4.4.1基本過程控制系統(tǒng)（BPCS）選用原則（1）基本過程控制系統(tǒng)（BPCS）宜首選DCS系統(tǒng)；（2）基本過程控制系統(tǒng)的CPU、通信、電源等模塊應(yīng)冗余設(shè)置。（3）生產(chǎn)過程中的重點工藝參數(shù)監(jiān)控回路的AI、AO、DI、DO點應(yīng)冗余配置，且相同儀表位號的AI、AO、DI、DO點應(yīng)配置在不同的卡件上。（4）在控制室內(nèi)加裝緊急停車按鈕，確?，F(xiàn)場出現(xiàn)緊急情況（如合成氣泄漏、重要設(shè)備損壞等）時，操作人員可在控制室內(nèi)切斷原料進料、緊急泄放系統(tǒng)和吸收中和系統(tǒng)等。BPCS的報警及聯(lián)鎖的設(shè)計應(yīng)滿足《信號報警及聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》（HG/T20511）之要求。4.4.2安全儀表系統(tǒng)選用原則針對具體的新型煤化工工藝，依據(jù)反應(yīng)安全風(fēng)險評估結(jié)果、危險和可操作性分析（HAZOP）、LOPA分析確定相關(guān)各安全儀表功能（SIF）的安全完整性等級（SIL）。通過LOPA分析，安全儀表功能（SIF）的安全完整性等級（SIL）＞1時，應(yīng)配置獨立于DCS系統(tǒng)之外的安全儀表系統(tǒng)（SIS），≤1的宜與DCS合并設(shè)置?？紤]儀表的安全性和可用性，測量儀表宜三取二。安全儀表系統(tǒng)的邏輯控制器硬件要求、測量儀表獨立性和冗余性、最終元件獨立性和冗余性等技術(shù)要求，須符合《石油化工安全儀表系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》（GB/T50770）規(guī)范要求。安全儀表系統(tǒng)在投入運行之前，應(yīng)進行SIL等級的驗證，驗證合格方能投入運行。4.4.3氣體檢測報警系統(tǒng)（GDS）選用原則工藝的原料、中間產(chǎn)品及產(chǎn)品大多為有毒、易燃易爆物品，裝置應(yīng)按《石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50493）設(shè)置獨立的氣體檢測報警系統(tǒng)，并保證裝置停車或工藝控制監(jiān)控系統(tǒng)失效后，仍能有效地進行監(jiān)測、報警。4.5其他安全設(shè)施對于具體的裝置，考慮安全設(shè)施時不應(yīng)孤立的看待具體的設(shè)備或工序，還應(yīng)考慮相關(guān)的原料準(zhǔn)備、產(chǎn)品儲存、公用工程等相關(guān)設(shè)施和工序，任何一個工序出現(xiàn)故障都可能影響到整套裝置的安全，在設(shè)置監(jiān)控或聯(lián)鎖、報警時一并考慮進去。對于裝置中因工藝參數(shù)失控而引起的過壓、危及設(shè)備或管道時，除了設(shè)置自控、聯(lián)鎖系統(tǒng)外，還應(yīng)設(shè)置爆破片、安全閥、高壓閥、單向閥、緊急排空閥及緊急切斷裝置等其他安全設(shè)施。

5通用設(shè)計要求對于新建或改、擴建裝置，在制定設(shè)計方案時，應(yīng)根據(jù)工藝、自控及安全要求，結(jié)合本指導(dǎo)方案，進行優(yōu)化設(shè)計。對于在役新型煤化工工藝裝置進行自控與安全聯(lián)鎖改造，增加或者完善安全控制系統(tǒng)，其設(shè)計工作應(yīng)遵循以下原則要求：5.1收集產(chǎn)品工藝資料企業(yè)產(chǎn)品簡介、使用工藝簡介、新型煤化工工藝管道與儀表流程圖，涉及的設(shè)備簡圖和工藝物性參數(shù)、危險和可操作性分析（HAZOP）報告和保護層分析（LOPA）及SIL定級報告。按要求開展精細化工反應(yīng)安全風(fēng)險評估的企業(yè)，應(yīng)提供反應(yīng)安全風(fēng)險評估報告。改造企業(yè)需提交的設(shè)計資料清單見附表3。5.2確定改造范圍（1）與企業(yè)協(xié)商，根據(jù)《國家安全監(jiān)管總局關(guān)于公布首批重點監(jiān)管的危險化工工藝目錄的通知》（安監(jiān)總管三〔2009〕116號）、《國家安全監(jiān)管總局關(guān)于公布第二批重點監(jiān)管危險化工工藝目錄和調(diào)整首批重點監(jiān)管危險化工工藝中部分典型工藝的通知》（安監(jiān)總管三〔2013〕3號）、《關(guān)于加強化工安全儀表系統(tǒng)管理的實施方案》（安監(jiān)總管三〔2014〕116號）文要求，確定需要改造的裝置范圍，實現(xiàn)新型煤化工工藝過程的自控聯(lián)鎖。（2）核實新型煤化工工藝過程所涉及的上下游工藝過程對自身的影響（如煤粉的儲存與輸送、粗煤氣的輸送、冷媒的規(guī)格數(shù)量、惰性保護氣體的規(guī)格數(shù)量等）。（3）將新型煤化工工藝以及對該工藝過程產(chǎn)生影響的上下游的工藝過程和對工藝安全產(chǎn)生影響的相關(guān)公用工程，一并納入自動化控制與安全聯(lián)鎖技術(shù)改造范圍，確定控制方案，繪制PID圖。5.3儀表設(shè)備選型（1）確定相關(guān)檢測儀表型號；（2）計算并選定執(zhí)行機構(gòu)型號；（3）根據(jù)工藝過程復(fù)雜程度、檢修能力等確定自動化和安全聯(lián)鎖的實現(xiàn)載體（如SIS、DCS；檢測儀表、自控調(diào)節(jié)閥、緊急切斷閥等）。5.4提交方案（1）工藝管道與儀表流程圖（PID）；（2）順序控制邏輯圖（需要時）；（3）控制、報警、聯(lián)鎖一覽表；（4）自控設(shè)備表；（5）檢測取源和執(zhí)行器改造圖（說明或標(biāo)注標(biāo)準(zhǔn)號）；（6）自控、聯(lián)鎖能源供應(yīng)方案。5.5與建設(shè)方技術(shù)交底，提交改造圖紙，簽署設(shè)計變更6典型工藝安全控制系統(tǒng)改造設(shè)計方案某企業(yè)新型煤化工工藝——煤氣化制甲醇裝置安全控制方案。6.1工藝簡述煤氣化制甲醇裝置分為煤氣化、變換、低溫甲醇洗、甲醇合成、空分等工序，下面就與新型煤化工工藝有關(guān)的煤氣化、甲醇合成進行簡述。6.1.1煤氣化工序煤漿由煤漿槽經(jīng)煤漿加壓泵加壓后連同空分送來的高壓氧通過燒嘴進入氣化爐，在氣化爐中煤漿與氧發(fā)生如下主要反應(yīng)：CmHnSr+m/2O2→mCO+（n/2-r）H2+rH2SCO+H2O→H2+CO2反應(yīng)在6.5MPa（G）、1350～1400℃下進行。氣化反應(yīng)在氣化爐反應(yīng)段瞬間完成，生成CO、H2、CO2、H2O和少量CH4、H2S等氣體。離開氣化爐反應(yīng)段的熱氣體和熔渣進入激冷室水浴，被水淬冷后溫度降低并被水蒸汽飽和后出氣化爐；氣體經(jīng)文丘里洗滌器、碳洗塔洗滌除塵冷卻后送至變換工段。6.1.2甲醇合成工序經(jīng)甲醇洗脫硫脫碳凈化后的產(chǎn)生合成氣壓力約為5.6MPa，與甲醇合成循環(huán)氣混合，經(jīng)甲醇合成循環(huán)氣壓縮機增壓至6.5MPa，然后進入冷管式反應(yīng)器（氣冷反應(yīng)器）冷管預(yù)熱到235℃，進入甲醇合成塔進行甲醇合成，CO、CO2和H2在Cu-Zn催化劑作用下，合成粗甲醇，出管殼式反應(yīng)器的反應(yīng)氣溫度約為240℃，然后進入氣冷反應(yīng)器殼側(cè)繼續(xù)進行甲醇合成反應(yīng)，同時預(yù)熱冷管內(nèi)的工藝氣體，氣冷反應(yīng)器殼側(cè)氣體出口溫度為250℃，再經(jīng)低壓蒸汽發(fā)生器，鍋爐給水加熱器、空氣冷卻器、水冷器冷卻后到40℃，進入甲醇分離器，從分離器上部出來的未反應(yīng)氣體進入循環(huán)氣壓縮機壓縮，返回到甲醇合成回路。粗甲醇從甲醇分離器底部排出，經(jīng)甲醇膨脹槽減壓釋放出溶解氣后送往甲醇精餾工段。6.2裝置新型煤化工工藝危險性分析6.2.1固有危險性粗煤氣中的主要成分氫氣、甲烷、硫化氫、一氧化碳、氨等都是易燃易爆氣體；產(chǎn)品甲醇為甲類易燃易爆液體；煤粉等易燃固體，暴露在空氣中形成爆炸性混合物，遇明火會發(fā)生爆炸。粗煤氣中硫化氫為劇毒化學(xué)品，氨為中等毒化學(xué)品，產(chǎn)品甲醇為低毒化學(xué)品，一氧化碳濃度過高也能引起中毒。煤氣化產(chǎn)生的粗煤氣中含有少量的硫化氫為劇毒物質(zhì)，對眼、呼吸道粘膜有刺激作用；氨對皮膚、粘膜等組織有強烈的刺激和腐蝕作用；CO較高濃度時能使人出現(xiàn)不同程度中毒癥狀，危害人體的腦、心、肝、腎、肺及其他組織。甲醇對中樞神經(jīng)系統(tǒng)有麻醉作用鹽酸接觸其蒸氣或煙霧，可引起急性中毒。6.2.2工藝過程的危險性（1）煤粉制備或輸送過程中煤粉泄漏，如遇明火或其它火源，可引起煤粉燃燒或爆炸。（2）氣化反應(yīng)時，氧煤比例失當(dāng)，氧含量偏高，可能引發(fā)氣化爐超溫、爆炸。（3）煤氣化工藝為高溫、高壓過程，氣化爐的煤粉加料、灰渣、出料及飛灰出料均為間歇操作，一旦閥門、管道或設(shè)備發(fā)生磨損或故障，極易發(fā)生工藝介質(zhì)泄漏，引發(fā)火災(zāi)、爆炸事故。（4）水冷壁循環(huán)冷卻水流量低，可造成氣化爐超溫、爆炸。（5）合成氣氧含量高，導(dǎo)致后續(xù)除塵、洗滌工序發(fā)生爆炸。（6）煤氣化及合成甲醇反應(yīng)在高溫、高壓下進行，如安全附件不全或不可靠，工藝控制失誤，配套的冷卻、氮氣保護等安全設(shè)施中斷或不足，引起火災(zāi)爆炸事故。（7）合成氣制甲醇所用的原料具有燃爆危險性。反應(yīng)前氮氣未置換干凈或反應(yīng)過程漏入空氣，與易燃介質(zhì)形成爆炸混合物，引起火災(zāi)爆炸事故（8）合成氣制甲醇反應(yīng)過程中產(chǎn)生甲醇等易燃液體，反應(yīng)過程可能形成爆炸性混合氣體。（9）合成氣制甲醇反應(yīng)速度快，放熱量較大，控制好反應(yīng)器的溫度。6.3裝置新型煤化工工藝控制方案綜述6.3.1煤氣化工序安全停車聯(lián)鎖：氣化爐以下任一因素（信號）發(fā)生時，可啟動安全停車聯(lián)鎖：（1）水煤漿流量低低。（2）氧氣流量低低。（3）氣化爐激冷室液位低低。（4）氣化爐激冷室出合成氣溫度高高。（5）儀表空氣壓力低低。（6）工藝燒嘴冷卻水系統(tǒng)故障：進口流量差低低，進口壓力高高，出口溫度高高，三選二聯(lián)鎖。（7）煤漿管線與氣化爐壓差。（8）汽包液位低低。（9）鍋爐水循環(huán)泵出口流量低低。（10）渣口壓差高高。（11）高壓煤漿泵故障：高壓煤漿泵電流、轉(zhuǎn)速、運轉(zhuǎn)信號異常，三取二。（12）煤漿管線去工藝燒嘴第一道程控切斷閥閥位異常。（13）煤漿管線去工藝燒嘴第二道程控切斷閥閥位異常。（14）煤漿循環(huán)管線循環(huán)程控切斷閥閥位異常。（15）氧煤比高高。（16）燃料氣退出失敗。（17）電源故障。（18）氧氣切斷閥。以上任一因素（信號）輸入，啟動安全停車，系統(tǒng)可執(zhí)行以下操作：去界區(qū)外粗煤氣遙控閥關(guān)閉、氣化爐氧氣流量調(diào)節(jié)閥關(guān)閉、氧氣截止閥關(guān)閉、1秒后關(guān)閉煤漿切斷閥、7秒后打開煤漿管線氮吹閥，17秒后關(guān)閉煤漿管線氮吹閥、氧氣管線閥間氮封閥打開、氧氣管線氮吹掃閥打開，25秒后關(guān)閉氧氣管線氮吹掃閥、高壓煤漿泵停止。根據(jù)保護層分析（LOPA）及SIL定級報告，某企業(yè)煤氣化裝置的安全完整性等級采用SIL2級?？紤]儀表的安全性和可用性，測量儀表SIS三取二，聯(lián)鎖停車。本工序基本過程控制系統(tǒng)采用DCS系統(tǒng)，并配置了獨立的安全儀表系統(tǒng)（SIS），以上控制、報警及聯(lián)鎖方式在控制室實現(xiàn)。工藝管道與儀表流程圖見附圖1，控制、報警、聯(lián)鎖一覽表見附表4。6.3.2甲醇合成工序合成塔溫度高高，外取熱蒸汽包液位低低，醇分液位高高與反應(yīng)器進料系統(tǒng)設(shè)立聯(lián)鎖關(guān)系，一旦發(fā)生異常工況啟動聯(lián)鎖，緊急切斷所有進料，開啟氮氣閥，迅速置換反應(yīng)器內(nèi)物料，并將反應(yīng)器進行冷卻、降溫。根據(jù)保護層分析（LOPA）及SIL定級報告，某企業(yè)甲醇合成裝置的安全完整性等級采用SIL2級?？紤]儀表的安全性和可用性，測量儀表SIS三取二，聯(lián)鎖停車。本工序基本過程控制系統(tǒng)采用DCS系統(tǒng)，并配置了獨立的安全儀表系統(tǒng)（SIS），以上控制、報警及聯(lián)鎖方式在控制室實現(xiàn)。工藝管道與儀表流程圖見附圖1，控制、報警、聯(lián)鎖一覽表見附表4。7新型煤化工工藝安全控制系統(tǒng)設(shè)計指導(dǎo)方案附表、附圖7.1XX省主要新型煤化工工藝產(chǎn)品目錄（附表1）7.2新型煤化工工藝重點監(jiān)控參數(shù)的控制方式（附表2）7.3企業(yè)需提交的設(shè)計資料清單（附表3）7.4某企業(yè)新型煤化工工藝控制、報警、聯(lián)鎖一覽表（附表4）7.5某企業(yè)新型煤化工工藝管道與儀表流程圖（附圖1）附表1XX省主要新型煤化工工藝產(chǎn)品目錄產(chǎn)品名稱煤制甲醇甲醇制醋酸煤制烯烴煤制天然氣煤制乙二醇煤制二甲醚附表2新型煤化工工藝重點監(jiān)控參數(shù)的控制方式表2.1煤氣化工藝參數(shù)控制方式序號工藝參數(shù)控制方式備注1進氣化爐煤漿流量1、集中顯示、控制、報警2、聯(lián)鎖：低低聯(lián)鎖切斷進料2進氣化爐氧氣流量1、集中顯示、控制、報警2、聯(lián)鎖：低低聯(lián)鎖切斷進料3氧煤比1、集中顯示、控制、報警2、聯(lián)鎖：高高聯(lián)鎖切斷進料4氣化爐液位1、集中顯示、控制、報警2、聯(lián)鎖：低低聯(lián)鎖切斷進料5氣化爐出口合成氣溫度1、集中顯示、報警2、聯(lián)鎖：高高聯(lián)鎖切斷進料6燒嘴冷卻水進、出口流量1、集中顯示、報警2、聯(lián)鎖：低低聯(lián)鎖7儀表空氣壓力1、集中顯示、報警表2.2甲醇合成工藝參數(shù)控制方式序號工藝參數(shù)控制方式備注1甲醇合成釜溫度1、集中顯示、控制、報警2、聯(lián)鎖：高高聯(lián)鎖，停合成氣壓縮機。2甲醇合成釜壓差1、集中顯示2、報警3汽包液位1、集中顯示、控制、報警2、聯(lián)鎖：低低聯(lián)鎖，停合成氣壓縮機。4進、出甲醇合成釜溫度1、集中顯示2、報警5進、出甲醇合成釜壓力1、集中顯示2、報警6汽包壓力1、集中顯示、控制、報警7汽包補給鍋爐軟水流量1、集中顯示2、報警8出汽包蒸汽溫度、壓力、流量1、集中顯示2、報警9醇分液位1、集中顯示、控制、報警2、聯(lián)鎖：高高聯(lián)鎖，停合成氣壓縮機。10進甲醇合成釜合成氣氫、碳比例1、集中顯示、控制附表3企業(yè)需提交的設(shè)計資料清單文字說明部分圖紙部分1、工藝操作規(guī)程2、安全操作規(guī)程3、安全設(shè)施設(shè)計專篇4、設(shè)備一覽表（含設(shè)備規(guī)格、材質(zhì)、介質(zhì)、設(shè)計及操作溫度、壓力、儀表口規(guī)格等）5、公用工程狀況（包括供電、供汽、供水、循環(huán)水、冷凍水、壓縮空氣等）6、現(xiàn)有自控、儀表狀況描述（包括控制室或操作站）7、主要物料及公用工程管線規(guī)格、材質(zhì)8、實際生產(chǎn)中存在的工藝、安全方面的問題及對本次改造內(nèi)容的建議9、同類裝置歷史上發(fā)生的事故案例10、危險和可操作性分析（HAZOP）報告11、保護層分析（LOPA）報告1、廠區(qū)總平面布置2、工藝管道與儀表流程圖3、各工序設(shè)備布置圖4、爆炸危險區(qū)域劃分圖5、可燃、有毒氣體報警系統(tǒng)圖及報警儀布置圖6、主要物料平衡圖附表4某企業(yè)新型煤化工工藝控制、報警、聯(lián)鎖一覽表表4.1煤氣化工序控制、報警、聯(lián)鎖一覽表序號位號測控變量聯(lián)鎖參數(shù)功能一、安全停車控制、報警、聯(lián)鎖1FIA-101A～C進氣化爐煤漿流量流量低低，三選二聯(lián)鎖顯示、報警、聯(lián)鎖2FIA-103A～C進氣化爐氧氣流量流量低低，三選二聯(lián)鎖顯示、報警、聯(lián)鎖3氧煤比高高，三選二聯(lián)鎖顯示、報警、聯(lián)鎖4LIA-101A～C氣化爐液位液位低低，三選二聯(lián)鎖關(guān)閉氣化爐XX出口閥，關(guān)閉鎖斗事故閥，鎖斗停止運行顯示、報警、聯(lián)鎖5TIA-115A～C氣化爐出口合成氣溫度溫度高高，三選二聯(lián)鎖顯示、報警、聯(lián)鎖6FIA-104燒嘴冷卻水進口流量進口流量差低低，進口壓力高高，出口溫度高高，三選二聯(lián)鎖顯示、報警、聯(lián)鎖PIA-103燒嘴冷卻水進口壓力TIA-102燒嘴冷卻水出口溫度7FIA-110A～C鍋爐水循環(huán)泵流量流量低低，三選二聯(lián)鎖顯示、報警、聯(lián)鎖8PDIA-101A～C煤漿管線與氣化爐壓差壓差低低，三選二聯(lián)鎖顯示、報警、聯(lián)鎖9PDIA-102A～C氣化爐渣口壓差壓差高高，三選二聯(lián)鎖顯示、報警、聯(lián)鎖10LIA-102A～C汽包液位液位低低，三選二聯(lián)鎖顯示、報警、聯(lián)鎖11PIA-110A～C儀表空氣壓力壓力低低，三選二聯(lián)鎖顯示、報警、聯(lián)鎖12XV-101煤漿管線循環(huán)閥異常13XV-102煤漿切斷閥異常14XV-103煤漿切斷閥異常15XV-107氧氣放空閥異常16XV-108氧氣切斷閥異常1-16任一信號發(fā)生異常時，啟動安全停車聯(lián)鎖：去界區(qū)外合成氣遙控閥關(guān)閉、氣化爐氧氣流量調(diào)節(jié)閥關(guān)閉、氧氣截止閥關(guān)閉、1秒后關(guān)閉煤漿切斷閥、7秒后打開煤漿管線氮吹閥，17秒后關(guān)閉煤漿管線氮吹閥、氧氣管線閥間氮封閥打開、氧氣管線氮吹掃閥打開，25秒后關(guān)閉氧氣管線氮吹掃閥、高壓煤漿泵停止。二、溫度顯示、報警1TIA-101氧氣進入氣化爐入口溫度顯示、報警2TIA-102主工藝燒嘴冷卻水出口溫度顯示、報警3TIA-103主水冷壁出口鍋爐水溫度顯示、報警4TIA-104主水冷壁出口鍋爐水溫度顯示、報警5TIA-105主水冷壁出口鍋爐水溫度顯示、報警6TIA-106上部水冷壁出口鍋爐水溫度顯示、報警7TIA-107渣口水冷壁盤管出口鍋爐水溫度顯示、報警8TIA-1