论HSE在空分装置设计当中的应用

张豪豪 赵丽娜 韩甜甜 高志粉

摘要：HSE是健康（Health）、安全（Safety）和环境（Environment）管理体系的简称，是近年来出现的国际石油天然气工业通行的一种管理体系。HSE对设计的影响以及怎样在设计中体现出HSE的理念，极其重要。将HSE理念引入到设计当中，在设计阶段就规避HSE的风险和种种危害，既能确保设计产品也满足技术要求，同时满足HSE的要求。

关键词：HSE；空分装置；设计；风险因素；消除方法

伴随经济发展，空分装置规模也越来越大型化发展，操作条件也越来越复杂并苛刻，火灾、爆炸、泄漏一旦发生，灭火消防困难，波及面也是很大，对社会和企业的危害更是严重。因此在空分装置设计的过程中要认真贯彻HSE的管理理念，要同时考虑和评估到当中潜在的HSE风险，并配套落实风险的控制和措施，要优先保证HSE的条件，要做到安全发展，清洁发展，尽最大的努力做好设计过程的风险管理。

1空分装置的工艺技术

空分装置的作用是分离出空气中各组分气体，提供给工艺装置和各辅助装置所需要的氮气、氧气等气体和液体产品的装置。应用于工业生产的三大分离方法：变压吸附法、深冷法（低温精馏法）、膜分离法。深冷法是一种传统的制氮方法，原料就是空气，由于液氧和液氮的沸点不同（在1大气压下，O2的沸点为-183℃，N2的为-196℃），通过液态空气的精馏，使它们分离从而获得纯氮，当然同时也能获得到纯氧。变压吸附法是利用一种高效能、高选择性的固体吸附剂对氧优先吸附的功能，把空气中的氮、氧分离，是现在常用的碳分子筛吸附剂。膜分离法制氮是利用某些有机高分子和无机材料形成的膜，对不同组分分子的选择性渗透进行分离，大都采用中空纤维膜。

2空分装置的风险识别

2.1 空分装置及其生产过程中可能存在的主要危险源

（1）氧气：氧气是空分装置的主要产品之一，具很强的助燃性，是乙类火灾危险物质。氧气不但能氧化大多数活性物质，更是可燃物燃烧、爆炸的主要因素之一。氧气如果与可燃物（如乙炔、甲烷等）形成了爆炸性的混合物，可引燃易燃物从而引起爆炸的危险。（2）碳氢化合物：在原料空气中有少量碳氢化合物，它们闪点都很低，爆炸的极限比较宽。在生产的过程中，若在空分设备内过量积聚碳氢化合物，遇到高热就可能引起爆炸。（3）氮气、液氮、液氩：氮气、液氮、液氩等一些产品在空分装置分馏塔中产生，泄露一旦发生，大气中的氧含量会降低；在常温、常压条件下泄露的液氮、液氩，便会立即汽化，也能使气体中的含氧量降低。轻度泄露会给操作员造成缺氧反应；若是重度泄露，可能会导致操作员窒息死亡。（4）油料：空分装置使用以透平油和润滑油为主。透平油闪点≥195℃，属于丙类火灾危险性可燃液体。一旦发生增压透平膨胀机透平油管的泄露，遇到明火高热便会引起火灾和爆炸。润滑油闪点≥230℃，属于丙类火灾危险性可燃液体。一旦输油管道发生了泄露，遇到明火或高热，同样也会引起火灾和爆炸。（5）电源：空分装置主要能耗是电耗，原料空气压缩机、增压压缩机、氮压机等，都是高压用电的设备。（6）机械设备的噪声及振动：空气压缩机、增压压缩机、氮压机，噪声及振动都比较大，包括大功率的机泵、风机噪声在80-90dB（A）之间。

2.2空分装置及其生产过程中可能存在的主要危险因素

（1）爆炸：氧气和液氧作为助燃介质，可能会引起爆炸。（2）高压：空气压缩机、增压压缩机、氮压机以及气体储罐等，带压设施为高压危险因素。（3）噪声及振动：噪声及振动危险指空气压缩机、增压压缩机、氮压机及大功率机泵、风机等，产生的噪声及振动。（4）机械伤害：机械设备运转时造成人员的伤害属于机械伤害事故。（5）冷冻伤害：生产的产品如液氧、液氮、液氩等，在输送过程中的阀门、泵、储罐、管道、设备密封不严，或设发生裂纹、破碎，便会发生泄露事件，产品喷洒到操作员身上，造成人体的冷冻伤害。（6）窒息伤害：空分装置生产的氮气、液氮、液氩一旦泄露，都有可能造成操作员窒息。（7）触电：空气压缩机、增压压缩机、及氮压机等，高、低压用电设备和变配电，操作过程可能使操作员触电伤害。

3 空分装置在设計中采取的风险消除方法

3.1在设计的时候选择先进、成熟并可靠的流程设备，要确保空分装置与设备安全稳定、长周期满负荷、优质的运行。

3.2为确保空分装置的安全生产，在设计中主厂房要设置双层窗户，两个检修大门，两个操作通行门，防火间距、泄压要求、安全疏散等要求要全部满足。

3.3设置空分设备吸风口，选择在乙炔站、电石渣堆、散发烃类及尘埃等设施全年最小频率风向的下风侧。空分站在空气清洁地段，散发乙炔及其他可燃气体、粉尘等场所的全年最小频率风向的下风侧。空分装置的空分设备吸风口应在散发烃类、尘埃等设施全年最小频率风向的下风侧。

3.4装置内设贯通式道路，道路有两个出入口，且两个出入口处于不同方位。

3.5在空分装置建筑、结构设计中采取的主要防火、防爆措施：建（构）筑物的耐火等级按二级设防；建构筑物主要构件采用非燃烧材料；承重钢框架、支架、群座、管架均覆盖耐火层，耐火层的耐火极限不低于1.5h。

3.6设计选用技术先进、安全可靠、经济合理的现场仪表。自动控制系统采用集散控制系统（DCS）实现对重要工艺参数的监视、控制、操作、报警及联锁。

3.7空分装置的防雷等级为二级，设计中采取避雷针和避雷带设施保护厂房和冷箱。凡与氧气接触的设备和管道均进行脱脂处理，并设置防静电设施：工作接地、保护接地、防雷接地、防静电联合接地，接地电阻不大于4欧姆。

3.8空分装置设置火灾报警系统：在控制室设一台火灾报警控制器，在装置内火灾危险区域设火灾报警探测器和手动报警按钮。

3.9空分装置中噪声及振动：机泵设备选用噪声≤85dB（A）的产品，并设置在厂房内，放空管道加装消音器，确保生产区噪声满足标准要求。

3.10空分装置在装置区内设置环状消防水管网，设置消火栓，空分装置消防用水量为90L/s，火灾延续时间不小于3h；并根据空分装置各危险场所的生产类别、危险等级，在主厂房、主控制和装置区内设置移动式干粉灭火器和移动式二氧化碳灭火器。

3.11对低温设备和管道，进行保冷隔热处理，保冷层采用阻燃性泡沫塑料制品。

3.12压缩机吸气管道上设切断阀和临时过滤器，排气管道上设置止回阀和安全阀、放空设施，压缩机的各级排气管道上设置温度、压力指示和温度、压力高报警及联锁停车。

4 结束语

在空分装置设计过程中贯彻HSE管理理念，对空分装置从各方面综合分析项目的风险因素，并在设计中采取相应的风险消除方法，确保装置能够安全运行。

参考文献：

[1]祁星，吴海萍.浅析HSE在空分装置设计中的应用[J].科技创新与应用，2016（17）：109.

[2]石油和化工工程设计工作手册[M].中国石油大学出版社，2010.

（作者单位：龙蟒佰利联集团股份有限公司）