基于hazop和fa方法的煤化工工艺危害因素辨识

基于hazop和fa方法的煤化工工艺危害因素辨识

0煤制甲醇气化过程危险因素分析及对策煤炭是中国的主要能源资源之一。由于国际价格水平很高，国内外市场对化工原材的需求越来越高，现代化工厂的发展已成为中国的能源开发区。煤气化在煤化工生产中起着非常重要的作用,它是使煤深度转化的关键步骤。煤制甲醇气化过程生产工艺复杂、介质易燃易爆或有毒有害,极易引发火灾、爆炸和中毒等事故,造成财产损失、人身伤亡甚至是环境的破坏;其装置规模大型化、过程连续自动化的趋向,更增大了生产中事故发生的可能性及引发的危害;因此,辨识分析生产工艺过程中的危害因素,并加以控制管理十分必要。煤制甲醇气化过程具有典型化工工艺特点,选择HAZOP方法识别工艺危害,定性分析其过程中的危险及可操作性问题;进一步运用FTA方法,将HAZOP结果量化处理,明确装置中的主要危险,提出相应的预防控制措施,以使企业达到最低事故率、最少损失和最优的安全投资效益。1综合分析和哈俄罗斯-达那1.1数据分析方法危险与可操作性分析(HAZOP)于20世纪60年代由英国帝国化学工业公司(ICI)提出,至2008年才在我国化工项目的工艺危害辨识中应用,在煤化工项目中的应用还处于起步阶段。其利用新设计或工厂已有的管道及仪表流程图(PID)、物料及热量平衡图(PFD)、设备图和作业指导书,综合不同专业背景人员组成的专家小组知识经验,以会议讨论的形式,依照工艺流程,假定每个部分在系统正常运行过程中,状态参数可能发生与设计意图相背离的偏差,分析在现有安全控制措施失效情况下,由状态参数与引导词结合所确定偏差的产生可能原因和后果,进而提出应采取的控制措施。故障树分析(FTA)方法是图形演绎法的一种。它以系统某一故障状态为中心,通过对可能造成事故的各种因素进行筛选,按照由果及因、自上而下的顺序推理分析,确定事故原因的可能组合方式,画出逻辑框图(即故障树),明确每个原因事件与系统故障事件之间的相互关系;再根据布尔代数等法则求解最小割集并计算顶事件的发生概率,依此提出相应的改进措施,有效提高系统可靠性。1.2fta树脂的因果逻辑事件HAZOP系统审查各个分析部分中因设备机械故障或设施失效而导致的工艺装置及过程的潜在危险,为FTA建树提供了细致而有条理的因果逻辑事件;FTA以量化方式明晰系统危险的重要程度,补充HAZOP的单一定性分析结果,其结果成为事故预防侧重点的依据。2综合肥力分析的应用2.1煤浆段气化工段o3某甲醇公司煤制甲醇工艺主要包括煤浆制备、气化和灰水处理、变换及火炬工段,其中气化工段最为核心,而气化炉是气化工段中的最关键部分。气化工段工艺流程:由来自煤浆制备工段、适宜浓度煤浆和空分工段送来的高压、高纯度O2,经气化炉工艺烧嘴混合雾化后进入燃烧室,在高温高压条件下进行部分氧化反应,生成以CO和H2为有效成份的粗煤气(成分为CO、H2、CH4、H2S、CO2等)。粗煤气和熔融态的灰渣,一起沿下降管进入燃烧室下方激冷室的水浴中洗涤冷却。2.2hazep分析结论选取煤制甲醇工艺中最为核心且危险性极高的气化工段及相关性极大的煤浆制备工段作为HAZOP分析对象,并划分为13个分析部分,主要部分为煤浆输送管线、供氧管线、高压氮气管线、烧嘴冷却水管线、气化炉等。HAZOP分析中共明确73个重要工艺指标参数作为重点分析的要素,与7个引导词结合建立偏差矩阵。经过小组讨论最终确定110个有意义的偏差,列举气化炉HAZOP分析偏差矩阵,如表1所示。基于偏差矩阵,经与甲醇公司工艺、设备等技术人员讨论,共得出261条导致偏差的原因,对原因明确309条现有安全措施,同时提出24条建议改进措施。下面以气化炉HAZOP分析为例,见表2。虽然现有安全措施在一定程度上可以避免危险的发生,但为其更加完善,分析小组提出两方面具体改进措施:①《气化装置作业指导书》温度控制中规定气化炉炉膛温度高于限值,DCS报警,其数值与经验值不符,建议根据试验测试结果重新调整;②针对渣口压差高报警的现有安全措施,建议在《气化装置作业指导书》中规定出气化炉出口粗煤气与气化炉燃烧室压差高高连锁值。上述HAZOP分析结论只是对装置存在问题的定性描述,对于问题的严重程度缺乏定量的数据支持;为此,采用故障树分析方法,对系统中各个偏差、导致偏差的可能原因及引发后果进行分析,筛选出发生可能性高且后果严重程度大的事故作为FTA分析的顶上事件,与其相关的原因作为中间事件和基本事件,完成故障树的转化,进而进行布尔逻辑运算。结合HAZOP分析结果,确定气化炉燃烧室超温为顶上事件,如图1气化炉燃烧室超温FTA分析所示。(1)基本事件结构重要度故障树的定性分析主要包括求取最小割集和各基本事件的结构重要度。对气化炉燃烧室超温事件的故障树定性分析过程如下:A.故障树的最小割集经计算,此故障树的最小割集有22个,分别为G={X1},{X2},{X3},{X4},{X5},{X6X7},{X8X9},{X10X11},{X12},{X13},{X14},{X15},{X16},{X17},{X18},{X19},{X20},{X21},{X22},{X23},{X24},{X25}B.基本事件结构重要度根据一元、二元最小割集各自出现的频率不同,由近似判断法得出各基本事件结构重要度顺序为:X1=X2=X3=X4=X5=X12=X13=X14=X15=X16=X17=X18=X19=X20=X21=X22=X23=X24=X25>X6=X7=X8=X9=X10=X11显然,基本事件X1,X2,X3,X4,X5,X12,X13,X14,X15,X16,X17,X18,X19,X20,X21,X22,X23,X24,X25对造成气化炉燃烧室超温最为关键,需重点防范控制其发生;其余事件X6,X7,X8,X9,X10,X11在一定情况下也会造成超温的后果,不容忽视。(2)骨科t3.2.A.顶上事件概率值根据甲醇公司气化工段年度设备故障率台账等资料,取各基本事件发生概率值分别为:q1=0.08,q2=0.07,q3=0.06,q4=0.08,q5=0.07,q6=0.03,q7=0.09,q8=0.06,q9=0.04,q10=0.04,q11=0.05,q12=0.11,q13=0.13,q14=0.12,q15=0.13,q16=0.08,q17=0.07,q18=0.04,q19=0.15,q20=0.14,q21=0.12,q22=0.09,q23=0.03,q24=0.07,q25=0.06;因各最小割集中无重复事件,由公式(1)计算顶上事件发生概率,其结果为1.7463:g=∑r=1NG∏Xi?Grqig=∑r=1ΝG∏Xi?Grqi(1)B.基本事件临界重要度基本事件临界重要度是用基本事件的相对变化率衡量其重要性,数学表达式为:Ic(i)=[lng(q)](lnqi)=∂[g(q)]∂(qi)qi∂qi=Ig(i)qig(q)Ιc(i)=[lng(q)](lnqi)=∂[g(q)]∂(qi)qi∂qi=Ιg(i)qig(q)(2)经计算,各基本事件临界重要度次序为:Ic(19)>Ic(20)>Ic(15)=Ic(13)>Ic(14)=Ic(21)>Ic(12)>Ic(22)>Ic(1)=Ic(4)=Ic(16)>Ic(2)=Ic(5)=Ic(17)=Ic(24)>Ic(3)=Ic(25)>Ic(18)>Ic(23)>Ic(6)=Ic(7)>Ic(8)=Ic(9)=Ic(10)=Ic(11)。(3)临界重要度大的基本事件优先关注通过以上分析可得以下结论:A.顶上事件发生的概率值为1.7463次·a-1,其值较高,需对现有安全措施加以改进。B.通过对影响顶上事件的各基本事件重要度分析得,应着重对临界重要度大的基本事件优先重点关注,采取相应措施加以控制改进;如基本事件X19-高压煤浆泵故障,最易引发气化炉燃烧室超温,针对高压煤浆泵出口流量低低跳车的现有安全措施,建议增加如下控制措施:①制定并实施完整详细的高压煤浆泵定检、巡检计划;②建立并实施泵状态监测管理制度。3从“偏差-原因-结果”的方法分析技术(1)采用HAZOP-FTA综合分析方法,着重对某甲醇公司煤制甲醇气化工段气化炉部分进行系统安全分析,其HAZOP结果为:气化炉燃烧室温度、燃烧室压力等要素发生偏差时,易引起气化炉超温超压,进而发生炉砖损坏、炉壁鼓包,导致泄漏、中毒、火灾或爆炸的重大事故,其更多地集中在查找工艺偏差危害因素,并对现有控制措施的不足提出建议安全措施;后选取气化炉燃烧室超温作为FTA顶上事件,由故障树的逻辑分析,推理到设备设施危害因素的识别,找出事故发生的源头,经计算知高压煤浆泵故障最易导致顶上事件的发生,并根据重要度分析结果可知其他基本事件的变化对顶上事件变化的影响程度。(2)HAZOP方法基于“偏差-原因-结果”的思路,对生产工艺过程危