顏陳光

(浙江自貿區(qū)海泰石化科技有限公司,浙江舟山 316013)

0 前言

丁二烯是一種重要的有機化工原料,在橡膠、合成樹脂等領域有著廣泛的應用。然而,由于丁二烯具有易燃、易爆和有毒等特性,其儲存和運輸過程中的安全性問題備受關注。根據統計,2000—2021年我國發(fā)生了11起因丁二烯物料泄漏、自聚等原因產生的安全生產事故[1],如2021年1月,南京某石化順丁裝置回收單元丁二烯中間罐發(fā)生自聚反應,引發(fā)爆燃事故;2021年10月,山東某化學科技公司因丁二烯儲運管道閥門泄漏,發(fā)生爆燃事故。此類事故暴露出我國化工企業(yè)對丁二烯危險性認識上的不足,以及在丁二烯儲存運輸安全管控技術上的缺陷。

如何提升對丁二烯物料在化工企業(yè)的安全風險管控,保障企業(yè)平穩(wěn)安全運行,已有相關文獻進行了研究,如王麗敏,等[2]利用道化學火災、爆炸危險指數法對丁二烯罐區(qū)單元進行了爆炸指數的計算和影響分析,提出了采用自動化控制和安全聯鎖的安全補償措施;宋琦,等[3]對丁二烯儲存過程中二聚物含量變化分析研究,結合實際經驗,闡明了優(yōu)化安生生產工藝、完善相應安全管理制度等,確保丁二烯產品的安全儲存和運輸。但以上文獻均是對丁二烯儲運在項目建成后的安全風險管控研究,缺少在項目建成前的設計階段開展安全風險管控研究。

本文以丁二烯儲存運輸安全風險為研究內容,將分析前移至設計階段,突出預防為主、關口前移,通過在新建丁二烯罐區(qū)設計階段對其工藝系統進行危險與可操作性分析,提出改進措施建議,旨在從源頭上控制丁二烯物料在儲存和輸送過程中的安全風險,防止或減少安全生產事故的發(fā)生。

1 選取分析方法和風險等級判定準則

1.1 危險與可操作性分析

危險與可操作性分析(HAZOP)是一種系統化、結構化的工藝安全分析方法,已在許多化工項目中得到廣泛應用[4-6],它通過不同知識背景的專業(yè)人員發(fā)揮集體智慧,運用引導詞與相關參數的結合方式,系統全面的識別工藝操作節(jié)點過程中異常工況產生的危害,提出預防事故發(fā)生或減緩后果的控制措施方法。這種分析方法結構性好、針對性強、協作性高,尤其在新建項目或技術改造時,能更加準確地評估工藝系統的潛在風險。

HAZOP分析的主要流程是對工藝系統進行節(jié)點劃分,明確分析目標和范圍,使復雜的工藝流程簡單化,便于更好進行風險分析。然后通過問詢工藝操作過程的參數(引導詞:溫度、壓力、流程等)偏離設計值時產生不利后果的方式,對節(jié)點內的每個設備、操作進行分析,提出安全對策措施,滿足企業(yè)風險可接受程度。HAZOP分析流程,如圖1所示。

圖1 HAZOP分析流程[7]

1.2 風險等級判定準則

風險矩陣是HAZOP分析中重要的評價工具[8],它用來幫助分析人員評估工藝系統中的安全風險程度,據此制定對應的降低或消除風險措施。在風險矩陣中,事故場景后果的嚴重程度可以從人員傷亡、財產受損、環(huán)境和聲譽影響等方面進行考量,按照嚴重性的不同,將后果劃分為5個等級,按照事故發(fā)生的頻率大小,劃分為7個等級,采用定性與半定量的結合的方式,將事故等級劃分為低、中、高、很高4個等級,風險矩陣如表1所示。

表1 風險矩陣

其中,風險等級為低,不需采取行動;中,可選擇性地采取行動;高,選擇合適的時機采取行動;很高,立即采取行動。

2 實例應用

2.1 項目概況

2.1.1項目平面布置

在某化工園區(qū)內新建丁二烯公共罐區(qū)項目,用地面積28 614 m2,為下游精細化工企業(yè)提供丁二烯原料保障。罐區(qū)設計有5個丁二烯球罐及2臺丁二烯輸送泵,每臺球罐的容積為4 000 m3,每臺丁二烯球罐配置1臺丁二烯冷卻器和丁二烯循環(huán)泵,配套空分裝置、泄壓系統、切水系統[9]及注水系統[10]。經重大危險源風險辨識本項目構成一級重大危險源,設置有SIS系統、緊急停車系統、消防噴淋系統等,項目平面布置示意如圖2所示。

圖2 項目平面布置示意

2.1.2工藝流程

來自碼頭的丁二烯,經由管道輸送至罐區(qū)中丁二烯球罐儲存,當園區(qū)下游企業(yè)有使用需求時,再從罐區(qū)泵輸送至下游企業(yè)。當無來料和出料輸送時,采用內部循環(huán)冷卻儲罐內丁二烯物料,防止丁二烯自聚或超壓。儲罐設有高低液位報警、高高及低低液位聯鎖,同時在進出料管線上設置緊急切斷閥。為了安全儲存,丁二烯球罐通常采取低溫、加壓液化、氮封儲存,為了防止丁二烯自聚發(fā)生安全事故,球罐儲存壓力控制在不大于0.5 MPa[11],儲存溫度不大于27 ℃,氧含量控制在0.2%以下,阻聚劑TBC濃度控制在0.05～0.15 mg/L[12]。

2.1.3工藝物料參數

丁二烯屬于液化烴種類之一,常溫常壓下通常為無色、有毒、具有芳香的氣體,在儲運過程中存在易燃、易爆、易自聚等風險,工藝物料參數,如表2所示。

表2 工藝物料參數[13]

2.2 分析過程及結果

2.2.1分析范圍

根據AQ/T 3049—2013《危險與可操作性分析(HAZOP分析)應用導則》風險分析方法和程序[14],本次HAZOP分析選取范圍為罐區(qū)界面,不包括碼頭及下游使用企業(yè)。

2.2.2節(jié)點劃分

節(jié)點劃分根據罐區(qū)儲運工藝特點,以1個球罐及配套工藝管線和設施為1個節(jié)點的劃分原則。工藝物料管線起點從進防火堤外1 m,終點至出防火堤外1 m,配套設施包括冷卻設施、惰氣保護設施、安全泄壓設施。

罐區(qū)共設有5個球罐,因此劃分為5個節(jié)點,因每個球罐的工藝流程操作類似,本次以T-501球罐為例進行節(jié)點危險和可操作性分析,如圖3所示。

圖3 罐區(qū)T-501球罐工藝流程

2.2.3節(jié)點偏差

分析采用引導詞優(yōu)先的順序流程,對比每個節(jié)點的正常操作時的工藝參數為標準值,通過引導詞應用于分析部分的各個要素,分析偏差的可信度。根據經驗,采用6個要素+引導詞相結合的方式,形成11類偏差,如表3所示。

表3 節(jié)點偏差

2.2.4分析結果

通過分析小組采用會議討論形式,對丁二烯罐區(qū)設計的工藝系統進行全面的梳理,識別危險的操作意圖偏差,形成原因、后果、風險等級和安全措施。從識別的危險和可操作分析偏差中,根據風險等級判定準則,對后果得出風險等級,其中高風險等級7個,中風險等級4個,低風險等級10個。本文對7個高風險、4個中風險后果,在現有安全措施基礎上,結合實際經驗,提出進一步預防事故發(fā)生的建議措施。

a) 流量高/壓力高偏差。原因:①丁二烯進料過高;②出料調節(jié)回路故障,閥門開度過大。后果:①儲罐液位升高,設備超壓損壞,丁二烯泄漏至環(huán)境,可能導致VCE爆炸(高風險);②儲罐液位降低,導致輸送泵汽蝕損壞(中風險)?，F有安全措施:液位101A聯鎖高高關二次閥,液位103A聯鎖高高關一次閥,壓力高高聯鎖泄壓,爆破片加安全閥,溫度高高聯鎖泄壓;采用屏蔽泵。建議措施:爆破片處設置反沖設施設計,防止此處丁二烯聚合;循環(huán)泵采用能保證低汽蝕余量的泵避免在低流量輸送時產生汽蝕現象。

b) 流量低/壓力低偏差。原因:①丁二烯循環(huán)泵故障;②氮氣供應不足或無氮氣;③氮氣調節(jié)回路故障,導致氮氣閥門開度過小或關閉。后果:①丁二烯聚合、超壓損壞,丁二烯泄漏至環(huán)境(高風險),可能導致VCE爆炸(中風險);②儲罐內失壓,丁二烯汽化,導致丁二烯循環(huán)泵及輸送泵汽蝕損壞(中風險)?，F有安全措施:壓力高高聯鎖泄壓,溫度高高聯鎖泄壓,爆破片加安全閥,儲罐外壁設置保冷;壓力低低聯鎖停丁二烯輸送泵及丁二烯循環(huán)泵,壓力低低聯鎖停丁二烯輸送泵及丁二烯循環(huán)泵,采用屏蔽泵。建議措施:泄壓接管方式改為從上部接入,建議設定主泵、備用泵自動定期切換,爆破片處設置反沖設施設計;循環(huán)泵采用能保證低汽蝕余量的泵避免在低流量輸送時產生汽蝕現象,出料閥位為關閉時同儲罐的回流閥禁止開啟的。

c) 溫度高偏差。原因:①冷凍水溫度高;②循環(huán)調節(jié)回路故障導致開度過小或關閉;③環(huán)境高溫。后果:丁二烯聚合、超壓損壞(高風險),丁二烯泄漏至環(huán)境(高風險),可能導致蒸氣云爆炸(高風險)?，F有安全措施:壓力高高聯鎖泄壓,溫度高高聯鎖泄壓,爆破片加安全閥;丁二烯冷卻器,采用循環(huán)丁二烯進行降溫,儲罐管道設置保溫保冷層。建議措施:泄壓接管方式改為從上部接入,爆破片處設置反沖設施設計;設置備用循環(huán)泵,防止循環(huán)泵故障時儲罐溫度過高、建議設定主泵、備用泵自動定期切換,避免備用泵長期不用導致物料聚合。

d) 溫度低偏差。原因:環(huán)境低溫。后果:緊急注水管線在冬季可能結冰(中風險)?，F有安全措施:外壁保溫保冷。建議措施:制度中要求緊急注水管線保持防空狀態(tài)。

e) 濃度高偏差。原因:球罐中含氧氣高。后果:可能導致球罐內丁二烯聚合放熱,導致球罐溫度、壓力高,設備超壓損壞,丁二烯泄漏至環(huán)境,可能導致VCE爆炸(高風險)。現有安全措施:壓力高高聯鎖泄壓,溫度高高聯鎖泄壓,爆破片加安全閥,氧含量檢測高報。建議措施:采用密閉禁氧系統進行設計。

f) 操作失誤偏差。原因:丁二烯進料及出料管線兩端手閥同時關閉。后果:丁二烯由于熱膨脹導致丁二烯管道超壓損壞,丁二烯泄漏至環(huán)境,遇點火源發(fā)生火災爆炸事故(高風險)?，F有安全措施:進料及出料管線均設置安全閥。建議措施:安全閥帶爆破片,爆破片處設置反沖設施設計。

3 結語

本文分析結果可以理清新建丁二烯罐區(qū)工藝裝置儲運系統的運行要素和各個節(jié)點可能出現的嚴重事件,掌握工藝參數偏離時的應對措施,解決設計階段的缺陷,完善安全保護措施。同時,本文提出的建議性措施,主要以各專業(yè)技術人員的經驗為導向,更多的是對工藝系統設計完整性的一種優(yōu)化。后續(xù)根據罐區(qū)建成后實際運行情況,還可以增加如定期開閥門排物料、管線配管盡量避免死角防止丁二烯物料聚合堵塞,設置可燃氣體探測器等安全措施以減少事故發(fā)生。