牛 剛

（河南能源集團哈密投資有限公司，新疆 哈密 839000）

DH公司三聚氰胺生產裝置以尿素為原料，在壓力8.0 MPa、溫度350℃工藝條件下，尿素發(fā)生分解、聚合等反應生成三聚氰胺。反應過程中有國家重點監(jiān)管危險化學品氨，根據《危險化學品企業(yè)安全風險隱患排查治理導則》3.2.3規(guī)定，需對氨冷凝回收裝置采用危險和可操作性（HAZOP）分析法進行安全風險辨識分析。氨冷凝回收系統(tǒng)負責整套三聚氰胺生產系統(tǒng)含氨溶液的回收利用，高溫高壓的工作條件，設備、閥門、管線的復雜連接和物料的危險特性，使得對其進行工藝安全性分析具有重要的現實意義[1]。

本文主要選取HAZOP研究法對DH公司三聚氰胺生產裝置的氨冷凝回收系統(tǒng)進行工藝安全分析，同時針對HAZOP分析不能量化的特點，運用保護層分析法（LOPA）對裝置的風險進行半定量分析[2-4]，以提高裝置風險評估的準確性。

1 氨冷凝回收工藝

1.1 工藝原理及流程

氨冷凝回收工藝系統(tǒng)主要采用連續(xù)精餾原理，將液體混合物在氨汽提塔塔盤上進行多次部分汽化和冷凝，最終實現溶液中的易揮發(fā)的氨、二氧化碳和不易揮發(fā)的副產物OAT（主要為三聚氰酸一酰胺和三聚氰酸二酰胺）、三聚氰胺、尿素的分離。氨冷凝回收工藝流程示意圖見圖1。

圖1 氨冷凝回收工藝流程示意圖

離心機母液由泵輸送到氨汽提塔頂部，氨汽提塔再沸器殼側高壓蒸汽是汽提塔的熱量來源，可以將塔內溫度加熱到207℃，這個溫度能夠將母液中的氨、二氧化碳汽提出來。汽提后的溶液從汽提塔底部排出，在流量控制裝置控制下進入閃蒸槽閃蒸，閃蒸槽的壓力低于氨汽提塔，因此飽和溶液可以轉變?yōu)榈蛪簵l件下的部分飽和蒸汽和飽和溶液。從氨汽提塔頂出來的氣體是較高濃度的氨和二氧化碳，經過氨汽提塔冷凝器冷凝后，降溫至90℃進入氨塔精餾，通過多次部分汽化和冷凝，獲得較高濃度的氨。氨經氨塔冷凝器冷凝后，溫度降到約43℃，進入氨塔收集槽，一部分氨由氨塔回流泵返回氨塔作為回流氨，另一部分由水解塔氨給料泵送往水解塔。

1.2 主要設備及其參數

氨冷凝回收系統(tǒng)的主要設備及工藝參數見表1。

表1 氨冷凝回收系統(tǒng)的主要設備及參數

2 HAZOP分析

DH公司氨冷凝回收工藝系統(tǒng)安全分析共劃分5個節(jié)點，分別是氨汽提節(jié)點、冷凝節(jié)點、精餾節(jié)點、氨收集節(jié)點及閃蒸節(jié)點。在5個節(jié)點的HAZOP分析中，共對設定的29個偏差進行分析，根據DH公司現有安全措施進行風險評估，得到各節(jié)點風險等級分布情況，見表2。

表2 現有安全措施下各節(jié)點風險等級分布

由表2可知，在29個風險點中汽提節(jié)點存在9個風險點，風險點數量最多；氨收集節(jié)點存在2個高風險點，風險程度最高，說明現有防護措施雖然能在一定程度上防止事故發(fā)生，但仍有可以改進的地方。

針對上述風險點，HAZOP系統(tǒng)提出相應改進建議項后，得到的各節(jié)點風險等級分布見表3。

由表3可知，針對現有防護措施提出改進后，氨冷凝回收系統(tǒng)風險點的風險明顯降低，主要體現在有12個中風險點轉變?yōu)榈惋L險點，且低風險點在整個氨冷凝回收系統(tǒng)風險點位占比超過一半。

表3 改進后各節(jié)點風險等級分布

3 LOPA分析

針對HAZOP分析不能量化的缺點，采用LOPA分析法對氨冷凝回收系統(tǒng)進行半定量分析。氨冷凝回收安全儀表系統(tǒng)（SIS）的安全完整性等級（SIL）定級分析建立在氨冷凝回收的HAZOP分析基礎上，采用LOPA對危險等級較高的事故情景進行分析，并確定其回路安全儀表功能的完整性等級。HAZOP分析過程中，氨收集節(jié)點液位過高和溫度過高兩個偏差造成的后果嚴重，風險評估為高風險，現對兩個高風險點進行LOPA分析。

用LOPA進行分析的計算公式見式（1）[5]：

PFDij——初始事件i中第j個阻止后果發(fā)生的獨立保護層(IPL)的失效概率；

Pex——人員暴露概率；

Pd——人員受傷或造成死亡概率。

3.1 溫度過高風險點的LOPA分析

利用HAZOPkit軟件對氨收集節(jié)點的溫度過高偏差進行LOPA分析，可以較為直接地從軟件分析中得到：（1）人員現場操作為每8 h有不超過4 h在現場，可計算人員暴露概率Pex=0.5；（2）裝置有泄漏監(jiān)測和報警，人員容易撤離，Pd=0.5；（3）考慮到裝置運行時間修正、引燃可能性修正，設修正系數為ε=0.5。

溫度過高偏差的原因是外界氣溫過高和冷凝器故障致物料溫度過高。以冷凝器故障為初始事件，根據軟件直接得到初始事件頻率為0.08。

DH公司現有保護措施“安裝有高壓報警裝置、氨氣泄漏報警裝置、高液位報警器，設有溫度聯鎖控制裝置”可確定為獨立保護層，溫度過高偏差可導致液位升高、壓力增大，甚至導致容器破裂，氨氣泄漏。聯鎖控制裝置可以在偏差發(fā)生時警報，工作人員及時響應，其失效概率PFD1=0.1。

在現有獨立保護層的基礎上，得出需要增加SIL-1等級的安全功能回路（SIF）才能降低風險到可接受范圍。新增建議項為設置自動噴淋SIS，溫度超過45℃時自動噴淋，該保護層的失效概率PFD2=0.01。

表4 冷凝器故障的LOPA分析

3.2 液位過高風險點的LOPA分析

利用HAZOPkit軟件對氨收集節(jié)點的液位過高偏差進行LOPA分析，可以較為直接地從軟件分析中得到：（1）人員現場操作為每8 h有不超過4 h在現場，可計算人員暴露概率Pex=0.5；（2）裝置有泄漏監(jiān)測和報警，人員容易撤離，Pd=0.5；（3）考慮到裝置運行時間修正、引燃可能性修正，設修正系數為ε=0.5。

造成液位過高的因素是液位計故障，則初始事件為液位計故障，初始事件頻率為0.1。

液位過高偏差與溫度過高偏差分析對象是氨收集槽，現有獨立保護層相同，故失效概率相等，PFD1=0.1。

在現有獨立保護層的基礎上，得出需要增加SIL-2等級的SIF回路才能降低風險到可接受范圍。新增建議項為設置液位高高聯鎖切斷罐進料閥，該保護層的失效頻率PFD2=0.008。

表5 液位計故障的LOPA分析

通過對高風險點進行LOPA分析，由HSE風險識別矩陣可知，溫度過高偏差綜合后果發(fā)生頻率從1×10-3降低到1×10-5，風險等級由D4高風險變?yōu)镈2中風險；液位過高偏差綜合后果發(fā)生頻率從1.25×10-3降低到1×10-5，風險等級由D3高風險變?yōu)镈2中風險。LOPA分析結果滿足風險標準。

4 結 語

通過HAZOP與LOPA結合的方式系統(tǒng)地分析了DH公司三聚氰胺生產裝置中氨冷凝回收工藝系統(tǒng)存在的潛在風險，有效彌補了HAZOP分析難以量化的不足，大大提高了風險評估結果的準確性。通過LOPA分析得到的綜合后果發(fā)生頻率，有助于判別是否需要增加安全儀表系統(tǒng)及其安全完整性等級，可為企業(yè)的安全管理決策提供科學的依據。