重油催化装置改造危险性分析评价

1、重油催化装置改造危险性分析评价申报资格：高级工程师申报专业：石油炼制申报时间：2008年6月重油催化装置改造危险性分析评价【摘要】通过对重油催化装置工艺改造过程中危险因素及生产过程的危险性进行分析，对装置火灾爆炸危险指数进行评价，确定装置改造过程的危险等级及其危害严重程度，采取合理的工艺设计、设备管理和人为控制措施，确保装置技术改造的成功。【关键词】重油催化技术改造危险性分析对策措施2008年，中石化荆门分公司计划对原80万吨/年重油催化装置，改造为120万吨/年FDFCC-III工艺。做为炼油企业典型的生产单元，装置技术改造存在易燃易爆、高温、高压等危险因素，造成火灾、爆炸事故发生的几率高，

2、因此，适时针对装置工艺进行危险性分析，找出改造项目中导致火灾、爆炸的不安全因素，揭示事故成因，对有效采取控制措施，保证改造项目的安全顺利实施是极为重要的。1重油催化流程及改造范围1.1流程简介催化原料进入装置与减压渣油混合后进入反应提升管，在700高温催化剂的作用下发生裂化反应。从反应器分离出的催化剂经烧焦后循环使用，烧焦后的烟气经过烟气轮机和余热锅炉回收热能后排入大气，反应油气进入分馏系统分离出油浆、回炼油、轻柴油、粗汽油和催化富气。油浆外甩到渣油罐区并部分回炼；回炼油重新送入提升管再次裂化；轻柴油送到中间罐区；粗汽油进入吸收稳定系统做为吸收剂，富气经气压机压缩后进入吸收稳定系统。吸收稳定系

3、统分离出的催化脱前干气经过气体脱硫后进入全厂瓦斯管网；液化气经脱硫脱臭后送到液态烃罐区，而生成的催化稳定汽油经脱硫醇后则直接送到成品罐区。工艺流程框图见图1-1。锅炉烟囱 烟机 再生烟气脱硫系统稳定系统分馏系统反再系统气压机原料 油气 富气 富气 干气 脱后干气 主风 粗汽油 液化气 酸性气 轻柴油 稳定汽油 脱后液化气 回炼油 油浆 油浆 脱臭系统 液化气出装置 汽油出装置图1-1重油催化工艺流程框图1.2改造范围重油催化装置改造范围包括120×104t/a重油催化裂化装置及配套的产品精制两个部分。120×104t/a重油催化裂化装置包括：反应-再生部分、主风机部分、分馏

4、部分、吸收稳定部分（含气压机部分）、产汽及余热回收部分、烟气热量回收部分。产品精制单元：依托现有干气、液化气脱硫装置及液化气脱硫醇装置进行就地扩能改造，汽油脱硫醇装置在原装置区易地新建。2重油催化改造项目物料危险因素分析重油催化裂化装置具有较大的火灾爆炸危险性，工艺单元使用的原料、中间体及产品绝大多数为危险化学物品，其中原料和轻质油品易燃、易爆、易蒸发，并伴有可燃爆的瓦斯气，一旦泄漏极易发生火灾。主要介质的火灾危险性质见表2-1。表2-1 主要介质的火灾危险性质物料名称闪点引燃温度爆炸危险类别职业危害分级状态危险等级组别类别原料混合原料>120300350T2液体丙B产品干气-50650

5、750T1A气体甲液化石油气-50460T1A液体甲A汽油<28390T2A液体甲B轻柴油45-120257T3A液体乙B/丙A回炼油>120300-330T2A液体丙B油浆>120300-330T2液体丙B液化气组分硫化氢-50260T3A气体甲一氧化碳-50610T1A气体乙（1）易形成爆炸性气体混合物催化裂化、分馏等过程中，由于易燃易爆物料处于高温或沸腾状态，若因设备、管道破裂或操作失误，使物料外泄或吸入空气，或由于冷凝、冷却不足，使大量蒸汽经储槽等部位逸出，均可形成爆炸性气体混合物，遇点火源就会发生容器内或器外的火灾、爆炸。（2）容易发生油品自燃原料和石油馏分自燃点较

6、低，如汽油为255390，回炼油为350380，原料为350左右，而催化裂化反再、分馏系统内的油品温度均在高温下操作。如果这些油品在生产装置内某个部位渗漏出来，均已达到或接近油品的自燃点易引发自燃。（3）操作过程复杂危险重油催化操作是一种复杂的过程，涉及的生产设备多、工艺管线多。工艺过程中为了保持物料、热量的平衡和热量的回收利用，增加了许多设备和管道，更对操作提出了高的要求。如分馏过程中某一个工艺指标或某一个操作环节出现偏差，都会干扰整个系统的平衡，甚至导致事故的发生。分馏过程控制温度过高，易出现超压爆炸、液泛、冲料、过热分解及自燃的危险，甚至使操作失控而引起爆炸；操作中回流量过大，不但会降低

7、系统内的操作温度，而且容易出现淹塔以致操作失控。分馏设备的出口管道被堵塞，会造成设备内的压力升高，发生爆炸、火灾事故。（4）装置的热交换器的浮头、连接法兰的垫片损坏或操作压力升高而导致油品泄漏、自燃着火也很常见。（5）各种回流罐、中间原料罐、污水罐等，如液面失灵，造成满罐溢出或切水时跑油，亦易引发火灾。（6）加热炉因具有明火，易引燃在其周围泄漏出的油品或烃类气体。加热炉本体常出现炉管破裂、回弯头漏油引起火灾。加热炉熄火、未及时关阀门、大量燃料油或瓦斯喷出积存在炉膛或炉膛吹扫置换不好，再次点火都容易酿成重大火灾或爆炸事故。（7）装置的热油泵及管道，输送油品的温度大都接近或高于该油品的自燃点，油泵

8、高速运转常会出现泵密封突然故障漏油，或管线腐蚀、磨损减薄穿孔，或法兰垫片嗤开会立即自燃起火，发生大的火灾事故。（8）装置的污水隔油池中不但在污水上层积存着污油，而且油气充满池内空间，如遇明火，会立即爆燃。因此，装置区的地沟，油泵区的冷却水排放明沟，以及含油污水井，仪表电缆沟等区域，也会因聚集着易燃易爆的污油和油气，遇火星或高处泄漏下来的热油也会发生爆炸着火。油品贮罐超温超压，油品装得过满冒顶或油罐脱水失误都会发生跑油事故。油品进罐流速过快产生静电火花或雷击，都能引起油罐火灾事故的发生。（9）除了上述不安全因素外，尚有自然灾害、公用工程故障导致装置应急处理不及时，也易导致火灾、爆炸事故的发生。3

9、装置火灾爆炸危险指数评价火灾、爆炸危险指数评价法是由美国道化学公司（Dows Chemical Co.）于1964年提出，最早开发用于化工厂生产装置危险度的评价。后来在总结经验的基础上，不断的进行修订和完善，并于1993年推出了最新的第七版。3.1危险度确立根据重油催化装置FDFCC-III技术改造后的重油催化裂化和产品精制两个主要生产过程的特点，确定6个评价单元，分别为：反应再生单元、主风-能量回收单元、分馏单元、吸收稳定单元、产汽余热回收单元、产品精制单元，按照固有危险度评价取值表（表3-1），进行赋值和计算，求出危险单元的固有危险度，对照危险度分级表（表-），确定危险等级。表3-1 固有

10、危险度评价取值表分值项目10分5分2分0分物质（系指单元中危险、有害程度最大之物质）甲类可燃气体甲A 类物质及液态烃类；甲类固体；极度危害介质乙类可燃气体；甲B、乙A 类可燃液体；乙类固体；高度危害介质乙B、丙A 、丙B 类可燃液体；丙类固体；中、轻度危害介质不属上述物质容量3气体1000m3以上；液体100m3以上；气体5001000 m3；液体50100 m3气体100500 m3；液体1050 m3气体<100 m3；液体<10 m3温度1000以上使用，其操作温度在燃点以上1000以上使用，但操作温度在燃点以下；在2501000使用，其操作温度在燃点以上在2501000使用

11、，但操作温度在燃点以下；在低于250时使用，操作温度在燃点以上在低于250时使用，操作温度在燃点以下压力100MPa20100MPa120MPa1MPa以下操作临界放热和特别剧烈的放热反应操作；在爆炸极限范围内或其附近的操作中等放热反应（如酯化、加成、氧化、聚合、缩合等反应）操作；系统进入空气或不纯物质，可能发生危险、操作；使用粉状或雾状物质，有可能发生粉尘爆炸的操作；单批式操作轻微放热反应（如加氢、水合、异构化、磺化、中和等反应）操作；在精制过程中伴有化学反应；单批式操作，但开始使用机械等手段进行程序操作；有一定危险的操作无危险操作表3-2 危险度分级表分 值>161115<10

12、等 级危险程度高度危险中度危险低度危险各评价单元状态汇总见表3-、表3-。表3- 评价单元状态汇总表序号工艺单元名称主要介质容量m3温度压力MPa操作1反应再生单元提升管反应器油气、催化剂2415107200.30.45反应沉降器油气，催化剂4124005700.30.45物理分离再生器烟气，催化剂3075107200.30.45燃烧2主风-能量回收单元三机组烟气36606800.45物理过程3分馏单元分馏塔油气5201180.315物理过程4吸收稳定单元解吸塔油气，汽油292761.61.8物理过程稳定塔油气，汽油21860731.01.35物理过程吸收塔油气，汽油175421.41.8物理

13、过程5产汽余热回收单元锅炉烟气、蒸汽70吨/小时4204.4热交换6产品精制单元液化气脱硫塔液化气18440451.9物理过程干气脱硫塔干气27401.3物理过程溶剂再生塔贫液、富液63851200.18物理过程液化气脱臭抽提塔液化气185441.4物理过程碱液氧化塔催化剂、碱液20450.4物理过程汽油砂滤塔汽油41400.3物理过程表3- 固有危险度评定汇总表序号工艺单元名称主要介质介质分值容积分值温度分值压力分值操作分值总分等级1提升管反应器油气、催化剂105505252沉降器油气，催化剂105502223再生器烟气，催化剂25505174三机组烟气2050295分馏塔油气1050001

14、56解吸塔油气，汽油102020147稳定塔油气，汽油102020148吸收塔油气，汽油102020149锅炉烟气、蒸汽20222810液化气脱硫塔液化气1020201411干气脱硫塔干气1020201412溶剂再生塔贫液、富液52000713液化气脱臭抽提塔液化气1020201414碱液氧化塔催化剂、碱液22000415汽油砂滤塔汽油520007由表3-可知，提升管反应器、沉降器、再生器等3台设备为级危险单元，分馏塔、解吸塔、稳定塔、吸收塔、液化气脱硫塔、干气脱硫塔、液化气脱臭抽提塔等7台设备为级危险单元，三机组等5台设备为级危险单元。3.2火灾爆炸危险指数计算根据危险度评价结果，对级和级危

15、险单元即提升管反应器、沉降器、再生器、分馏塔、解吸塔、稳定塔、吸收塔、液化气脱硫塔、液化气脱臭抽提塔进行火灾、爆炸危险指数评价。干气脱硫塔单元内物质为混合物料时，按在实际操作过程中所存在的最危险物质原则来确定，即MF值较大的物质。1、单元危险度的初期评价火灾、爆炸危险指数（F&EI）按下式计算：F&EI= F3×MF式中：F3工艺单元危险系数 F3=F1×F2；MF物质系数；F1一般工艺危险系数；F2特殊工艺危险系数。2、单元危险度的最终评价单元危险度的初期评价结果，表示的是不考虑任何预防措施时，单元所固有的危险性。从降低单元的实际危险度出发，通过变更设计、

16、采取减少事故频率、减少潜在事故规模、增加各种预防手段等安全对策措施进行修正，降低其危险性。3、计算补偿火灾、爆炸危险指数（F&EI）（F&EI）=F&E×C式中：C安全措施总补偿系数，C=C1×C2×C3； C1工艺控制补偿系数；C2物质隔离补偿系数；C3防火措施补偿系数。补偿系数取值按道化学公司“火灾、爆炸危险指数法”所确定的原则选取。无任何安全措施时，上述补偿系数为1.0。4、确定危险等级求出F&EI和（F&EI）后，按表3-5确定其火灾、爆炸危险等级。 表3-5 火灾、爆炸危险等级F&E值16061969712

17、7128158>158危险程度最低较低中等很大非常大危险系数5、确定暴露半径根据F&EI和（F&EI）值，乘以0.256即为火灾暴露半径，单位为米。6、计算过程道化学公司火灾、爆炸危险评价表，根据煤炭工业出版社出版，国家安全生产监督管理局编第3版安全评价及国内相关装置的危险特性进行取值，见表3-63-9。表3-6 火灾、爆炸指数（F&EI）表评价工艺单元提升管反应器沉降器再生器解吸塔分馏塔确定MF的物资油气油气CO汽油油气MF10102116161、-般工艺危险取值范围采 用 危 险 系 数基本系数1.001.001.001.001.00A.放热化学反应0.301

18、.250.300.5B.吸热反应0.20.40.40C.物料处理与输送0.151.05D.密闭式或室内工艺单元0.250.9E.通道0.20.35F.排放和泄漏控制0.20.50.50.50.50.50.5-般工艺危险系数(F1)2.21.52.01.51.52、特殊工艺危险基本系数1.001.001.001.001.001.00A毒性物质 0.20.80.20.20.40.20.2B.负压（500 mmHg0.5C.接近易燃范围的操作: （1）罐装易燃液体0.5（2）过程失常或吹扫故障0.30.30.30.30.30.3（3）一直在燃烧范围内0.8D.粉尘爆炸0.252.000.250.25

19、0.25E.压力：操作压力/kpa，（绝对）0.220.250.250.250.470.2 释放压力/kpa，（绝对）F.低温0.20.3G.易燃及不稳定物质量 (Kg)1105001480006140230082478400 物质燃烧热Hc/J·kg18.718.74.318.818.7(1)工艺中的液体及气体0.10.10.10.10.1(2)贮存中的液体及气体(3)贮存中的可燃固体及工艺中的粉尘H.腐蚀与磨损0.10.750.20.20.750.50.1I.泄漏-接头与填料0.11.51.51.51.50.30.4J.使用明火设备0.1K.热油、热交换系统0.151.150.7

20、5L.传动设备0.50.5特殊工艺系数（F2）4.553.84.653.372.3工艺单元危险系数（F3=F1*F2）85.785.063.45火灾、爆炸指数（F&EI=F3*MF）805716880.9655.2破坏影响范围（半径m）20.4814.594320.7314.13表3-7 火灾、爆炸指数（F&EI）表评价工艺单元稳定塔吸收塔液化气脱硫塔干气脱硫塔液化气脱臭抽提塔确定MF的物资汽油汽油液化气干气液化气MF16162121211、-般工艺危险取值范围采 用 危 险 系 数基本系数1.001.001.001.001.00A.放热化学反应0.301.25B.吸热反应0.

21、20.4C.物料处理与输送0.151.05D.密闭式或室内工艺单元0.250.9E.通道0.20.35F.排放和泄漏控制0.20.50.50.50.50.50.5-般工艺危险系数(F1)1.51.51.51.51.52、特殊工艺危险基本系数1.001.001.001.001.001.00A毒性物质 0.20.80.20.20.20.20.2B.负压（500 mmHg0.5C.接近易燃范围的操作: （1）罐装易燃液体0.5（2）过程失常或吹扫故障0.30.30.30.30.30.3（3）一直在燃烧范围内0.8D.粉尘爆炸E.压力：操作压力/kpa，（绝对）0.220.470.470.50.40.

22、5 释放压力/kpa，（绝对）F.低温0.20.3G.易燃及不稳定物质量21024021024019950028900185000 物质燃烧热Hc/J·kg18.818.819.76.519.7(1)工艺中的液体及气体0.10.10.10.10.1(2)贮存中的液体及气体(3)贮存中的可燃固体及工艺中的粉尘H.腐蚀与磨损0.10.750.50.50.20.20.2I.泄漏-接头与填料0.11.50.30.30.10.10.1J.使用明火设备K.热油、热交换系统0.151.15L.传动设备0.50.50.5特殊工艺系数（F2）3.373.372.42.32.4工艺单元危险系数（F3=F

23、1*F2）5.065.063.63.453.6火灾、爆炸指数（F&EI=F3*MF）80.9680.9675.672.4575.6破坏影响范围（半径m）20.7320.7319.3518.5519.35表3-8安全措施补偿系数评价项目取值范围补偿系数值提升管反应器沉降器再生器解吸塔分馏塔1工艺控制A应急电源0.980.980.980.980.980.98B冷却0.97-0.99C抑爆装置D紧急停车装置0.980.980.98E计算机控制0.950.950.950.950.95F. 惰性气体保护G操作指南或操作规程0.950.950.950.950.95H其他工艺过程危险分析0.960.

24、960.960.960.96安全补偿系数（C1）0.830.830.830.840.842物质隔离A远距离控制阀0.970.970.970.970.97B备用泄料装置C连锁装置0.980.980.980.98安全补偿系数（C2）0.95060.95060.95060.970.973防火措施A泄漏检测装置0.960.960.960.960.96B钢质结构0.960.960.960.960.96C消防水供应0.950.950.950.950.95D泡沫装置E手提式灭火器/水枪0.950.950.950.950.95F电缆保护0.970.970.970.970.97安全补偿系数（C3）0.8070.

25、8070.8070.8070.807单元安全补偿系数C3=C1×C2×C30.6370.6370.6370.6580.658表3-9 安全措施补偿系数表评价项目取值范围补偿系数值稳定塔吸收塔液化气脱硫塔干气脱硫塔液化气脱臭抽提塔1工艺控制A应急电源0.980.980.980.980.980.98B冷却0.97-0.99C抑爆装置D紧急停车装置E计算机控制0.950.950.950.950.95F. 惰性气体保护G操作指南或操作规程0.950.950.950.950.95H其他工艺过程危险分析0.960.960.960.960.96安全补偿系数（C1）0.8490.8490.

26、8490.8490.8492物质隔离A远距离控制阀0.970.970.970.970.97B备用泄料装置C连锁装置0.98安全补偿系数（C2）0.970.970.970.970.973防火措施A泄漏检测装置0.960.960.960.960.96B钢质结构0.960.960.960.960.96C消防水供应0.950.950.950.950.95D泡沫装置E手提式灭火器/水枪0.950.950.950.950.95F电缆保护0.970.970.970.970.97安全补偿系数（C3）0.8070.8070.8070.8070.807单元安全补偿系数C3=C1×C2×C30.

27、6650.6650.6650.6650.6653.3火灾、爆炸指数法评价结果根据评价单元的火灾、爆炸危险指数F&EI和安全措施补偿系数，可以得出采取安全措施补偿前后的火灾、爆炸危险指数F&EI以及危险暴露半径、暴露区域面积，由此确定评价单元的危险等级及其危害严重程度。单元的危险指数汇总见表3-10。表3-10 危险分析评价结果评价单元提升管反应器沉降器再生器解吸塔分馏塔稳定塔吸收塔液化气脱硫塔干气脱硫塔液化气脱臭抽提塔初始爆炸指数(F&EI)805716880.9655.280.9680.9675.672.4575.6暴露半径(m)20.4814.594320.7314

28、.1320.7320.7319.3518.5519.35补偿前的危险等级较轻最轻非常大较轻最轻较轻较轻较轻较轻较轻补偿系数(C)0.6370.6370.6370.6580.6580.6650.6650.6650.6650.665补偿后爆炸指数(F&EI)50.9636.3091075236.32525250.2748.150.27补偿后的暴露半径(m)13.059.327.413.69.313.613.612.912.312.9补偿后的危险等级中等从上表可以看出，各评价单元在采取安全补偿措施后，爆炸指数、暴露半径、暴露面积和总体危险等级都有了一定下降。如，再生器，补偿前爆炸指数为168

29、，危害等级为非常大，补偿后爆炸指数为107，危害等级降为中等，说明所采取的安全补偿措施是有效的。4.改造安全技术与对策4.1工艺设计防火防爆措施工艺设计上应采用成熟可靠的工艺技术和合理的工艺流程，确保生产过程的本质安全，考虑必要的裕度及操作弹性，以适应加工负荷上下波动的需要。火灾爆炸危险指数法中“腐蚀与磨损”、“泄漏-接头与填料”、“热油、热交换系统”、“传动设备”等这些特殊工艺危险项目都与泄漏有关，因此对于易燃、易爆物料，在密闭条件下进行操作，设备以及管线之间的连接处均采取相应的密封措施，防止介质泄漏。管线的设计、制造、安装及试压等技术条件应符合国家现行标准。工艺管线上安装的安全阀、防爆膜、

30、泄压设施、自动控制检测仪表、报警系统、安全联锁装置及安全卫生设施应设计合理且安全可靠。另外，工艺管线的设计和选型还应考虑抗震和管线振动、脆性破裂、温度、压力、失稳、高温蠕变、腐蚀破裂及密封泄漏等因素，并采取相应的安全措施加以控制。4.2设备管理防火防爆措施设备是装置运行的基础，在装置运行的可靠度直接关系到装置的安全，俗话说：“炼油就是炼设备”，因此，应努力实现设备本质安全。控制系统选用先进成熟的分散型控制系统（DCS）进行集中监视、控制和管理，关键设备的温度、压力、流量及液位等主要参数设置超限报警信号。并根据工艺要求及装置安全等级设置紧急停车及安全联锁系统。改造过程中应严格执行下列原则：（1）控制系统选用先进成熟的分散型控制系统（DCS）进行集中监视、控制和管理，关键设备的温度、压力、流量及液位等主要参数设置超限报警信号。并根据工艺要求及装置安全等级设置紧急停车及安全联锁系统。（2）按照爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范（GB5005892）进行爆炸危险区域划分，爆炸危险区域内的电气设备和仪表均选用相应等级的防爆产品。现场防爆电