Shell煤气化工艺干灰脱除工序HAZOP分析.doc

Shell煤气化工艺干灰脱除工序HAZOP分析许兰娟,张贝克,马昕,吴重光（北京化工大学信息科学与技术学院，北京，100029）摘 要：Shell煤气化技术是目前世界上较为先进的煤气化工艺之一，历经50多年的发展，已经在全世界得到了广泛应用。本文详细阐述了用基于深层知识模型推理的SDG-HAZOP方法对Shell煤气化流程的干灰脱除工序进行建模和分析的全过程，并根据分析结果对现有流程提出了一些建议和措施。关键词：干灰脱除；HAZOP；煤气化中图法分类号: TP391.7 文献标识码：AHAZOP Study of a Typical Batch Process XU Lan-Juan, ZHANG Bei-Ke, MA Xin, WU Chong-Guang(School of Information Science and Technology, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029, China)Abstract: Shell coal gasification process is one of the most advanced techniques in this field, and it is widely-used in the whole world after more than fifty years development. The modeling and analysis of the flyash removal procedure in Shell coal gasification process is particularly described in this paper, and some advices are given according to the result of HAZOP.Keywords: dry flyash removal; HAZOP; coal gasification1 引言Shell煤气化过程是目前世界上较为先进的第二代煤气化工艺之一。自20世纪50年代至今，历经50多年的发展，已经成为一种比较成熟的煤气化工艺。随着国内近年掀起的煤化工热潮，Shell1煤气化工艺以其高效、安全和环保的特点，成为很多企业的首选工艺之一。然而，由于设备、仪表等各种原因，国内Shell煤气化装置在开车过程中相继出现了一些问题，这在一定程度上影响了业内人士对该工艺的态度。因此，使用科学、系统的安全分析方法对该技术进行分析是十分必要的。现今，国内外已经开发出来的危险分析方法有几十种之多。其中，危险与可操作性研究（Hazard and Operability Study, HAZOP）是应用较为广泛的一种。危险与可操作性研究2是查明生产装置和工艺过程中工艺参数及操作控制中可能出现的偏差，针对这些偏差，找出原因，分析后果，提出对策的一种分析方法。目前该法已在欧、美等国家得到普遍推广应用。本文使用由北京化工大学计算机模拟与安全工程中心开发的SDG-HAZOP软件对某公司煤制油流程气化工段的干灰脱除工序进行了建模和分析，取得了较好的效果。2 工艺描述该过程的工艺流程简图如图1所示。自煤气化工序来的合成气（340，3.96Mpa）进入HPHT飞灰过滤器（S1）,99%左右的粉尘被除去，脱除飞灰后的合成气送湿洗流程做进一步处理。图1 干灰脱除工序流程简图积存在HPHT飞灰收集器（V1）底部的飞灰间断送至飞灰排放罐（V2）缓冲，闪蒸出飞灰中的部分燃料气送火炬燃烧。飞灰排放罐内的飞灰再间断送至下一设备，进行干灰的回收和再利用。 该过程中的两个主要设备V1为半间歇操作（连续进料，间歇出料），V2为间歇操作（间歇进料，间歇出料）。具体间歇操作方式如下：初始状态：XV-4/6/7关闭，XV-2/3/8/9打开。LS-04为H或计时器时间到被启动，进入步骤1。1、关闭XV-2/3/8/9，打开卸压管线为V2卸压。2、当PIS-06为LLL时，开XV-7/6，将V2中的飞灰输送到V1下一个设备。3、当LS-03为L时，关XV-6/7，开XV-0004，用高压氮气为V2充压。4、当PDIS-08为H时（即V2压力稍高于V1），关XV-4，打开XV-10，为V2和V1均压。5、当PDSH-08为NH，PDSL-08为NL时（此时V2 于V1压力基本相同)，开XV-3 /XV-2，10秒后开XV-8/9，系统回到初始状态。3 SDG建模符号定向图3是在有向图的基础上，对节点与支路进行进一步的符号定义所形成的图，称之为SDG图（Signed Directed Graph），其本质是通过对SDG图中节点和支路进行符号化的定义，使节点和支路能够代表实际物理意义，用于表达复杂的因果关系，并且包容大规模潜在的信息。近年来，SDG安全评价与故障诊断方法在流程工业安全领域取得了较好的应用效果，已成为安全技术领域的核心技术之一。在本文所使用的SDG-HAZOP软件中，将SDG节点映射到某一物理量，用节点代表的三种状态（三级SDG）描述该物理量超出上限、超出下限和处于正常三种状态；用支路来映射该物理量与其它相关变量之间的关系，实线代表两个变量间存在增量关系，虚线代表两个变量间存在减量关系，没有支路代表两个变量间不存在直接的联系。通过这种描述，将一个复杂系统中的各个变量之间的影响关系用有向图的方式记录下来，称之为SDG模型。 针对上文所述的间歇过程，具体建模步骤如下： 1、 关键变量选取关键变量的选取从两方面进行考虑，一个是从工艺角度，即该装置主要的设计意图或功能是什么？这类变量称为功能点。另一个方面是从纯粹安全的角度出发选取，这类变量称为危险点。对该流程进行分析可以得到以下几个关键变量：A、 功能点： Q-1（S1出口合成气飞灰含量）；B、 危险点：L-1（V1物位），P-1（V1压力），P-2（V2压力）2、 影响关系分析从关键变量出发，找出对其有直接影响关系的各个变量，并列写影响关系方程如下。(1) Q-1 -S1滤芯状况+ S1入口合成气含尘浓度+进入S1的粗合成气流量；(2) L-1 S1进气量过大 Q-1过高；（2）气化炉煤粉燃烧不充分 进入S1的合成气飞灰含量高 Q-1过高；（3）压差过大或维护操作不当，损坏滤芯 过滤效果差 Q-1过高；5 结论 由以上的建模分析过程可以看出， SDG-HAZOP方法建模过程简单，只要对建模思路稍加讲解，就可以使熟悉工艺的现场人员参与到安全评价中来，从而大大提高模型的精确性和可信度，同时又可以节省评价费用。模型建成后，HAZOP推理过程完全由计算机自动实现，根据模型的复杂程度，推理过程所消耗的时间由几秒到几分钟不等，这与人工HAZOP分析相比大大减少了人力和时间的消耗。对上述模型所得到的分析结果进行总结，可以知道Shell煤气化工艺干灰脱除部分主要存在以下几点安全隐患，并给出了相应的改进措施：(1)飞灰收集器V1部分无高压报警装置，若过滤器S1滤芯完全堵塞，而由气化炉来的高压合成气不断进入V1，可能导致V1承压过高，引起爆炸。措施：V1和V2均加高压报警；(2) V2过滤器出口无粉尘含量检测，若过滤器损坏，导致过多粉尘进入火炬，可能引起粉尘爆炸。措施：与V2相连的过滤器顶端加粉尘含量检测；(3) V2下游为一低压罐V4（0.8Mpa），而V1则为一高压罐(4.4Mpa)，若因操作失误或设备（阀门XV-2/3/6/7）失效导致V1与V4连通，则高压窜入低压罐，可能导致V4承压过高爆炸。措施：V4加高压报警。虽然Shell煤气化工艺已经是比较成熟的技术，但在实际生产过程中，由于经费等原因，很多厂家使用的并不是设计中的进口设备和控制仪表，导致由设备失效所引起的事故概率大大增加。开工前使用系统的安全分析方法（如HAZOP）对具体流程进行安全评价，找出存在的问题，并根据分析结果对流程加以改进，可以大大减少此类事故发生的概率。本文以干灰脱除工序为例，说明了危险与可操作性分析（HAZOP）方法的分析过程，取得了较好的效果。6 参考文献1 李斌.浅析SHELL煤气化装置的设备配置J.氮肥技术，2007，28（2）：7-102 沈翠霞，吴重光.计算机辅助危险与可操作性分析技术的发展J.计算机工程与应用，2004，40（36）：208-212 3 牟善军，姜春明，吴重光.SDG方法与过程安全分析的关系J.系统仿真学报，2003，15（10）：1381-1384作者简介：许兰娟（1983-），女（满族），辽宁朝阳人，硕士研究生，主要研究方向：系统安全工程；联系电话址：朝阳区北三环东路15号北京化工大学357