HAZOP分析在石化行业空分装置中的应用

于明飞 中国石油天然气股份有限公司哈尔滨石化分公司

空分装置是能耗大户，随着各专业气体公司的发展与国内市场经济的完善，空分市场逐步形成以运行效率支撑行业利润的局面，比如在产品销售价格不变的情况下，装置设计效率一定，日常运行效率高，则产品成本降低，利润增加；反之，利润下降。所以，对空分装置的运行性能评估显得尤为重要。

一、空分空压单元HAZOP审查背景

空分空压单元的HAZOP 审查会议于2008 年1 月28 日 至2008 年2 月1 日 在 大庆石化工程公司召开。HAZOP 会议主席由印度籍工艺工程师Ajit.Kale 担任，审查小组包括工艺、自控、设备、安全、生产管理等相关专业人员。在审查小组成员深入分析讨论的基础上，结合工艺设计及可操作性方面的资料，对空分空压工艺进行系统的工艺安全分析，全面系统地查找工艺及可操作性方面可能存在的问题，识别出装置存在的能够导致重大工艺安全事故的危险，并进行全面的保护层分析，提出相应的解决措施，保证该工艺安全平稳的运行。会议供用时40h，分析11 张PID 图样，产生建议数35 个。

二、HAZOP分析在石化行业空分装置中的应用

（一）针对液态产品的设备选型

通过上述空分装置工艺实施原理能够明确，其以空气为主要原料，通过多种可实施手段将空气从气态转换为液态，从而通过蒸馏等方式将其提炼出所需的纯度，应用于专业气体供应的众多领域。在此过程中，无论采取哪种提炼手段和方式，都要熟知所应用领域主体客户的需求所在。在操作流程中，各项气体的沸点在数据勘测和实验中就有明确的界定和操作准则。由于在前期无法确定分子筛的渗透量，在空分装置的设备选型上应当更侧重于低温精馏工艺的兼容使用。通过内外压缩工艺的同时进行，为设备的选择进行一定程度消耗量以及提取量的比值区间划分，在长期的使用对象更换以及采取方式的提炼过程中找到其存在的规律和实施准则，目前来看这是较为合理且值得拓展的途径。

除此之外，用户对于产品的选择是具有灵活性和波动性的。因此，在具体的空分装置设备选型中应当考虑到设备产值带来的经济效益，或者是在市场买入产品的操控和选取中，找到产品的共通点进行分批次或者同批次量产，有选择地对能够负荷的基础维度进行开拓和发散，这才是设备选型正确体现经济效益的关键所在。同时，站在市场买入方的角度能够理解他们希望在较短的时间内获取产品的想法。这时，就要综合考量评断其中的矛盾依存点是否可调和。若想要在短时间内大规模地获取产品，那么产品稀释的纯净度必然会随之下降；反之，萃取提炼纯净度较大的产品也需要放宽时长、延长周期。因此，在设备的选型上要采取不可持续性产值的工艺路线，以低温蒸馏工艺为准。虽然该方式的使用较为烦琐，但是目前所提炼的氧气及氮气纯净度都在95%以上。考虑设备选型时应当对于其液态产品的产值和产能作出正向的市场回馈和调查，进而能够较为清晰地根据含氧量的数据进行压缩工艺的选择，在提升实施效率的同时节约人工成本。

（二）膨胀机的性能评估

膨胀机的工艺效率评估分为两大类，通过对气体膨胀机增压侧、膨胀侧等熵效率和液膨膨胀侧效率的计算，回顾是否在最佳运行点。另对气膨及液膨的损失功的计算，跟踪膨胀机传动损失、恶化增大的趋势，及时建立大修计划。

根据膨胀机等熵膨胀原理，通过膨胀机入口压力、温度及空气组分由林德物性计算器GTC 可计算出入口空气的熵值和焓值；同时根据出口压力及温度，可查出膨胀机出口的实际熵值和焓值；根据等熵原理，查出出口理论焓值并计算出等熵效率。等熵膨胀效率低，表示膨胀机效率低，可能的原因有：存在泄漏，冷量损失增大，或存在机械问题等。由膨胀机输出功和膨胀增压段输入功率或发电机功率比较，得出中间的功率损失量；损失功率大，则表示润滑不足、发电机效率下降等。膨胀机膨胀端和增压端的效率均在设计值内，能量损失略有偏大，后期需检查检查膨胀端及增压端回流阀是否有内漏，通过油品分析和状态监测等进一步分析膨胀机的运行状况，必要时进行拆检保养。

三、结语

很多国内业主和工程公司出于对项目投资和进度的考虑以及在思想上受固有观念的束缚，对HAZOP 不够重视，即使是项目在国外基础设计包中已经包含HAZOP 研究报告，在详细设计时也未将HAZOP 结果融入设计中去，认为如果遵照HAZOP 的结果来进行设计和操作，一方面会造成投资额的增加，另一方面会导致开车困难，或者根本无法开车。实际上，HAZOP 相当于将设计阶段的设计审查和工厂操作的事故预案结合起来进行的更加系统、更加全面的分析考虑，并将这一考虑在项目开始阶段就融入装置设计中去，是把“安全源于设计”的理念最好的落实，它能保证将一个安全合格的装置移交给业主。应该说目前国内装置很少做HAZOP 研究，但是随着国外技术和国际工程公司的大量介入，以及国内业主和工程公司在理念上和程序上与国际先进水平的接轨，HAZOP 研究会在越来越多的工程设计中得到应用。