加氢处理装置安全特点和常见事故分析

加氢处理装置安全特点和常见事故分析摘 要： 本文简要介绍了广州石化分公司210万吨年加氢处理装置及其原理，论述了装置 的安全特点和安全设计内容。总结了加氢处理装置容易发生的事故，并列举和分析了国内外 同类装置发生的相关事故，结合加氢处理装置开工以来生产实际运行状况，有针对性的提出 防范事故的方法，为装置安全生产提供保障。关键词：加氢处理、事故、安全、防范加氢处理是重质油深度加工的主要工艺之一，集炼油技术、高压技术和催化技术为一体。 加氢处理装置处于高温、高压、临氢、易燃、易爆、有毒介质操作环境，属甲类火灾危险装 置。从原料到产品在操作条件下均具有易燃易爆特性，装置所有区域均为爆炸危险区。因此 分析装置的安全特点，掌握装置的安全技术，了解容易发生的事故，对于确保装置顺利开工 及正常生产是十分重要的。1 装置的生产原理及简介加氢处理采用劣质蜡油加氢处理技术，加氢处理催化剂采用FRIPP的FF14 (保护剂 采用FZC系列)。加氢处理过程是在较高压力下，烃类分子与氢气在催化剂表面进行也发生 加氢脱硫、脱氮和不饱和烃的加氢反应，同时部份裂解和加氢反应生成较小分子的转化过程。 其化学反应包括饱和、还原、裂化和异构化。烃类在加氢条件下的反应方向和深度，取决于 烃的组成、催化剂的性能以及操作条件等因素。加氢处理单元主要由反应、分馏等工段组成。 反应部分采用炉前混氢方案、热高分工艺流程。催化剂的硫化采用湿法硫化。催化剂再生采 用器外再生方案；分馏部分采用汽提塔、常压分馏塔切割石脑油和柴油等馏分方案。主要原 料为常减压蜡油、焦化蜡油和溶剂脱沥青油等蜡油。主要产品为粗石脑油、柴油和精制蜡油 等。2 加氢处理装置安全特点2.1 临氢、易燃易爆氢气具有易扩散、易燃烧、易爆炸的特点。氢气的化学性质很活泼，氢气的火焰有“不 可见性”，而且燃烧速度很快，在空气中，只要微小的明火甚至猛烈撞击就会发生爆炸。其 爆炸浓度范围为4.1%75%。闪点低于28C的易燃液体、爆炸下限低于10%的可燃气体为甲 类。生产中属于甲类物质的有氢气、石脑油、硫化剂(DMDS)等。具体见表1表1主要易燃易爆物料的安全理化特性介质名称性质爆炸极限V%闪点C自燃点C火灾危险类别氢气易燃、易爆475580590甲燃料气易燃、易爆313650750甲石脑油易燃、易爆-2220510530甲B柴油易燃45120350380乙B蜡油易燃120300380丙BDMDS易燃15300甲AMDEA易燃139丙A硫化氢易燃、易爆、剧毒260甲2.2 系统高温高压和危险介质分布点广加氢处理装置反应条件较苛刻，反应压力lOMPa，反应入口温度375C，要求在生产操 作中，高低压界面注意保持液位稳定，防止串压，否则会引发爆炸。场所或设备表2 生产过程中的主要危险岗位分析介质危 险 性加氢反应器（R4001）高压换热器（E4001A.E4002）反应进料加热炉（F4001）分馏塔进料加热炉（F4002）压缩机（C4001、C4002A,B）泵空冷器油、油、油、油、油气、油气、油气、油气油气、油油气、油冷热高压分离器（V4002、V4003）催化剂装填氢气、H2S氢气、H2S氢气、H2S烃类气体高温、毒 高温 毒高温毒高温、高压、易燃、噪声、高压、高压、高压、噪声、噪声、噪声泄漏时易燃易爆、泄漏时易燃易爆、泄漏时易燃易爆、泄漏时易燃易爆泄漏时易燃易爆、泄漏时易燃易爆油、油气、氢气、h2s高压、泄漏时易燃易爆、有毒粉尘有毒脱硫化氢汽提塔（T4001）H$、烃类气体分馏塔及侧线（T4002、T4003） 油气、油有毒、泄漏时易燃易爆泄漏时易燃易爆循环氢脱硫塔（T4004）町、氢气、胺液高压、有毒、易燃易爆2.3 有毒有害化学品多本装置使用的有毒有害化学品多，包括硫化剂、催化剂、碱液等，并且在生产中产生硫 化氢、CO、羰基镍等有毒物质，其中羰基镍具有致命性，硫化氢是强烈的神经毒物，因此应 加强巡检工作防止泄漏，并对有害化学用品的性质及防护熟练掌握出现问题及时处理，及 时汇报，以免事态扩大。3 加氢处理易发生的事故和预防措施3.1 反应飞温引发事故加氢处理反应为放热反应，如反应热不能及时从反应器取走。将引起反应器床层温度的 骤升，即飞温，使催化剂活性受到损坏，寿命缩短，对反应系统的设备造成危害，导致高压 法兰泄漏。曾经发生在国外的炼油厂发生过反应器飞温后，造成反应器大面积堆焊层剥离和 堆焊层熔敷金属裂纹和破坏现象。高压加氢处理装置的催化剂温度控制非常重要，不论升温 还是事故，都要严格控制好催化剂的温度。当温度超过控制指标时，及时投用急冷氢注入反 应床层降低催化剂温度，当加大冷氢仍不能控制反应床层温度时，应迅速启动7bar/min紧 急卸压系统降低反应系统压力，防止床层温度失控。在南方某炼厂加氢裂化装置因加氢反应 器超温时事故处理不及时和果断，导致床层温度失控超出正常操作温度400C的恶性事故。3.2 氢气泄漏引发的事故大庆石化总厂加氢车间高压油泵房于1969年，发生氢气爆炸重大事故。死亡45人，58 人受伤住院。厂房及设箭遭到严重破坏，炸毁厂房4000多平米，油泵、氢气压缩机、配电问、 仪表等设备均被破坏，损坏极其严重。某北方炼厂加氢装置在1999年首次开工进油及以后的 多次开工进油过程中，均发生了热高压分离器入口法兰呲开，大量高压氢气及油气泄漏事故， 给装置的安全生产带来很大的威胁。我厂的加氢精制装置也发生过高压临氢管线爆裂，在现 场喷出大量油气的安全事故。氢气泄漏后极易遇静电和明火发生爆炸事故，产生严重的后果。 因此除了加强设备制造和安装过程中的本质安全，还要加强日常生产中检查和监测，及时发 现设备隐患，防止氢气泄漏。特别是要加强仪表维护，保证现场可燃气检测仪的灵敏可靠， 一旦发生氢气泄漏，可以及时检测并向中心控制室发送报警信号，操作人员可以及时发现并 采取应急措施。3.3 硫化氢泄漏引发的事故 硫化氢为无色有臭鸡蛋气味气体，是强烈的神经毒物。硫化氢在空气中最高容许浓度是 lOmgm ，进入超过或可能超过容许浓度区域必须配戴适当的呼吸保护器具。硫化氢浓度越 高，对人体毒害越大。较高浓度(200300mg/m)硫化氢可导致眼睛流泪、刺痛、视物模糊、 头晕、头痛，出现昏迷症状；高浓度(700lO00mg/rn)硫化氢，可导致人立即出现神志模 糊、昏迷、肌肉痉挛、大小便失禁等症状；当接触浓度在000mg/m以上的硫化氢时，人犹 如遭电击一样，在数秒钟内倒下，瞬间停止呼吸，如救护不及时，可因呼吸麻痹而很快死亡。 某厂加氢裂化装置几名操作工为检查冷高压分离器酸性水，打开阀门敞口排放，由于酸性水 中硫化氢迅速蒸发，几名操作工硫化氢中毒熏倒。硫化氢中毒事故，在国内外炼化企业中曾 经多次发生过，甚至发生过有人硫化氢中毒，参与抢救人员措施不当，导致自身也中毒的恶 性事故。加氢处理反应产生大量的硫化氢气体，特别是在反应部份和分馏系统的硫化氢汽提 塔部份浓度高达2%，一旦泄漏，可能产生的后果极其严重。日常生产中应加强装置防硫化氢 中毒的管理，要加强班组人员气防器材培训和气防预案演练，提高他们防硫化氢中毒的意识， 学会急救和互救。做到确保生产现场硫化氢气检测仪的灵敏可靠，日常巡检中要求巡检人员 必须佩戴便携式硫化氢气体检测仪。3.4 高温、高压设备设计或制造不当、设备质量缺陷引发的事故 国外某厂加氢处理循环氢压缩机出口管线材质错用，导致生产中弯曲部分管段炸裂，大 量氢气泄漏遇火花产生爆炸，造成操作室和机械室9人死亡。某加氢处理装置高压立式换热 器下部膨胀圈，因焊接质量不良，首次开工受热后焊缝开裂造成大火。某炼油厂加氢处理装 装置当班人员发现高压分离器酸性水线有酸性水流射出，硫化氧浓度高，经检查为检修中新 更换仅投用不足10天的阀门由于本身存在缺陷导致阀体焊缝开裂所致。设备质量涉及到设 计、制造、安装和运行维护过程，按照设备寿命周期理论做好各个环节的管理，才能提高装 置的本质安全。3.5 高低压设备串压引发的事故 由于高压分离器与低压分离器压差很大，如果高压分离器减油过快造成液面低可导致高 分气串至低压分离器造成爆炸等恶性事故。某加氢处理装置高压分离器排放酸性水时，造 成串压，导致低压的酸性水罐被炸飞。某加氢装置在停工进行热氢带油阶段，由于高分液面 计失灵，高压分离器液位过低导致串压低分罐安全阀起跳。因此，操作中要密切注意高压 分离器工艺参数的变化，严格控制压力和液位在工艺指标范围内。日常生产中各控制仪表、 调节阀必须定期检查校验，保证灵活好用，液面计和界面计保证清晰、准确。3.6 原料油性质不合格引发事故、影响装置长周期运转 原料油中的铁、铜、钒、镍等金属离子具有粘结和固化催化剂的性质，使催化剂永久性 中毒，并且增加系统压降。例如原料油中的铁离子进入反应器，与加氢精制过程中产生的硫 化氢反应，生成铁的硫化物(主要为FeS)，沉积在催化剂床层上，导致催化剂严重结块，引 起床层压力降升高。华东某炼油厂加氢处理装置自开工以来，共进行过三次催化剂撇头，撇 头的直接原因一是加工原料油中的残炭、正庚烷不溶物含量远远超出设计值，且原料油没有 氮封系统，致使催化剂上积碳量增加，影响床层压降。二是铁离子含量超出设计值，形成硫 化亚铁沉积在催化剂上，造成床层堵塞和压降升高。严格规定对原料的质量指标要求，才能 保证生产装置的正常运行。因而对催化剂床层压降升高来说，要解决原料油质量问题，但加 强对原料的过滤才是关键。目前我厂加氢处理装置处理多种劣质蜡油，日常生产中蜡油的性 质变化大，虽然加强了过滤管理，但反应第一床层的压降上升速度比设计的要快，很有可能 要提前对反应器催化剂进行撇头。主要原因是现场有过滤设施不能达到实际运行环境的要 求，要通过更新过滤器滤芯来满足生产的实际工况。3.7 装置设备腐蚀引发的事故分析 连多硫酸的形成是由于设备在含有高温硫化氢的气氛下操作时生成了硫化铁，而当设备 停止运转或停工检修时，它与出现的水分和进入设备内的空气中的氧发生反应的结果。随着 加工高硫油数量的增加，硫化物的腐蚀速度在进一步加快。有炼油厂在1995年检修时发现 原料油高压换热器不锈钢管表面腐蚀严重，下半部钢管表面有大量结焦、管子出现裂纹，主 要是由于介质中硫离子产生了连多硫酸导致了腐蚀，同时氯离子引起了应力腐蚀裂纹的发 生，因此应严格控制原料油中氯离子、硫离子的含量，对高压换热器的低点排污管要实行定 时排放，避免硫化物的堆积，提高设备本身材质，对材料表而进行针对性的防腐处理，并对 腐蚀情况进行跟踪检测等。加氢处理装置设计使用分馏塔顶含油污水回用做为高压空冷系统 的注水的补充水，但使用一段时间后发现：由于分馏塔的蜡油中硫化氢在汽提塔中未完全汽 提出来，含油污水中含有硫化氢形成酸性环境对管线和高压注水泵造成腐蚀，多次导致高压 注水泵检修。随着分公司加工高硫高酸原油和加氢处理装置本身的特点，做好日常工艺运行 管理，通过加注缓蚀剂和做好工艺参数监控防止在用设备腐蚀。3.8 检修期间硫化亚铁自燃损坏设备引发事故随着高硫VGO处理量的增加和装置检修周期的延长，加氢处理的分馏系统、脱硫系统等 部位沉积的硫化物较多，尤其在高压分离器、低压分离器、硫化氢汽提塔等含硫干气闪蒸部 位以及填料塔内积聚了更多的硫化亚铁。这些硫化亚铁在停工检修打开人孔或大盖时。与空 气接触极易发生自燃。同时放出大量的有毒气体，直接威胁参检人员和设备的安全。硫化亚 铁自燃的更大危险在于，当容器中还有少量的石油产品，其浓度达到爆炸极限时，会引起爆 炸事故。在某些系统中，硫化亚铁自燃对其它可燃物质来说起到了点火源的作用，会造成火 灾爆炸事故。由于硫化亚铁具有较强的活性和被鳌合的能力，所以工业装置上采用适宜的鳌 合剂对其进行钝化，可在较短时间内脱除硫化亚铁，并可钝化金属表面，达到除去硫化亚铁 和防腐的目的。3.9 热油外漏引发的着火事故 加氢处理装置分馏和反应部分均存在高温热油，要防止热油泄漏引发的着火事故。特别 典型的事例是国内多家炼油厂曾经发生塔底高温热油泵密封失效和热油管线的法兰泄漏喷 出热油引发的着火事故。2006年燕山石化加氢裂化装置发生分馏塔底热油泵泄漏着火的事 故，造成重大损失。目前加氢处理装置有三组高温热油泵，反应系统和分馏系统大部份管线 都是高温热油，加强对热油泵和高温法兰定期检查和检测，防止设备失效引发泄漏着火事故。 装置管理人员要定期组织班组人员进行消防事故演练，做好发生着火事故时应急处理，防止 事故扩大。4 加氢处理装置的安全设计 按照千万吨炼油改扩建工程安全评价和千万吨炼油改扩建工程职业卫生评价中 提出的安全措施要求，加氢处理装置在设计时充分考虑了这些措施并得到逐一落实，主要体 现在以下几点：自动停车及联锁保护措施 加氢处理装置危险较大，操作要素较多和复杂，为确保人身安全及装置的安全运行，设 置了双重冗余容错技术的紧急联锁停车控制系统(ESD)，其独立于用来进行参数监控的DCS 系统，用于装置部分的联锁和大机组及高压泵等设备的安全联锁保护，包括7bar / min紧急 卸压系统，当循环氢压缩机出现故障时，紧急卸压系统开启，反应系统迅速降压。还设置手 动副线紧急卸压，以便遥控紧急卸压系统一旦失灵，可手动开副线紧急卸压阀，以确保装置 安全。同时，为防止系统窜压，在高压部份到低压部份设置报警、联锁系统，用紧急切断阀 隔离高低压相联的部位。生产中可能导致不安全因素的操作参数，均设置相应控制报警仪表。4.2 防火措施 装置在反应部分设置紧急泄压系统，当装置内发生严重火灾时，启动紧急泄压系统，使反应 系统迅速降压，以确保设备和人身安全。装置带压设备均设置可靠的压力泄放系统或放空系统，排放气体排入密闭的火炬系统，污油 排入装置内设置的污油罐。压缩机和泵出口设置止回阀，以防止高压介质倒流造成事故。 为保证装置开停工及检修的需要，在有关设备和管道上设置了固定式或半固定式吹扫接头； 在进出装置边界的主要工艺管道上设置三阀组。公用工程管道与易燃易爆介质管道相接时，设置三阀组或止回阀和盲板，以防止工艺介质倒 串。装置生产过程产生的含油、含硫污水均排入全厂系统集中处理。 装置内有关设备采取了防火措施。加热炉设置了长明灯和灭火蒸汽管，进炉管线设阻火器， 炉底立柱设防火层，防火层材料为耐火浇注料。装置四周设置环形消防车道，装置内设有贯通式消防通道，并按规范设有消火栓、水炮、消 防蒸汽管线、软管站及灭火器等消防设施用于火灾扑救。4.3 防雷、防静电措施 压缩机房、泵房属于二类工业建筑物，采取屋面装设避雷网的措施进行防雷，所有电气 设备正常不带电的金属外壳，所有工艺设备(包括转动机组、塔、框架、管线等设备)可靠 接地，危险区域不同方向不少于两处与接地体相连。并把工作、防雷、保护及防静电的接地 装置可靠地相连或共用，整个装置区的接地装置构成了一个封闭的接地网。4.4 防爆措施装置爆炸危区域的划分和电力设备的选型及安装，遵循GB50058-92爆炸和火灾危险环境 电力装置设计规范爆炸危险场所II区内电动起重机、鼓风机及各类电器设备均选用增安 型或隔爆型设备，防爆等级为dIICT4；装置内防爆区域的电机选用防爆电机，扩音对讲系 统选用防爆型。为防止停水、停电、误操作及火灾事故引发设备超压，所有压力容器和压力系统均按规范设 置安全阀。为防止液位、温度、压力过高或过低影响装置的正常生产或危及设备、人员的安全，重要的 设备均设有液位、温度或压力高、低限报警。危险区的电动仪表优先采用本安型(iaIICT6),无本安型的采用隔爆型，其防爆级别不低于 dIICT4，用于联锁的电磁阀一律采用隔爆型dIICT4。加氢处理装置在设计时还从平面布置、抗震、防中毒、人身安全保护设施等多方面考虑， 落实安全措施，尽可能的提高装置的安全系数，力求提高装置的安全系。5 结论 加氢处理装置为高温高压临氢装置，工艺比较先进，加氢处理装置工艺运行条件苛刻， 控制复杂，危险点多，如何保证装置的安全开停工和长周期运行，因素有很多，关键有以下 几点：5.1 保证设备的制造质量和安装质量，装置的大部分设备在临氢、高压下，容易发生氢腐蚀 和氢脆，因此高压换热器、转化炉、反应器、加热炉炉管对材质有特殊要求，须使用高温抗 氢类型的奥氏体钢，高压原料油泵、高压注水泵、循环氢压缩机等是重要的动设备，设备的 制造质量和安装质量将影响装置的长周期安全运行。正常生产中应加强设备和管线的在线状 态检测，检查设备的的腐蚀和磨损情况，及时发现设备隐患。5.2 保证原料性质达到要求。原料油的馏程、含水量、重金属含量、硫、氮、氯离子含量应 符合进料要求。重金属的沉积不仅能使催化剂失活，而且孔体积和催化剂间隙率减小，很容 易在催化剂床层引起偏流，使床层压降增大，出现过热点，造成温度超高。5.3 保证动力系统的稳定。电力是电机的动力来源，仪表风保证自动化仪表的正常显示，循环氢压缩机透平是由3.5MPa中压蒸汽驱动的，油泵是由电机带动，一旦断汽和晃电，循环氢 压缩机停运将造成反应热无法带出。任何动力介质长时间中断都会造成装置停工。5.4 严格按照开停工的安全规程和事故应急预案进行操作是保证装置和人员安全的重点。应 严格执行“先提量后提温、先降稳后降量”，“先升温后升压、先降压后降温”的原则。平 时应有针对性的加强装置的各种类型的反事故演练，提高当班人员处理事故的能力。5.5 严格按照设计要求，保证消防和安全装备符合标准，尽量达到本质安全。易燃易爆物质 多，在高温高压下一旦发生泄漏极易造成火灾爆炸事故，必须保证火灾事故状态下的消防设 施和消防力量。日常生产中，应定期对消防设施和安全装备进行维护，确保紧急情况下可以 使用。5.6保证紧急状态下卸压系统的启动和连锁。0.7MPa/min卸压系统是加氢处理装置的生命 线，开工时高压系统应进行慢速紧急泄压试验，调整泄压孔径，检查连锁系统的安全可靠性， 保证循氢机故障或反应器“飞温”等事故状态下的正常启动和连锁停运关键设备。日常生产 中，应加强仪表的维护，保证各种报警、联锁正常投用，能够正确反应工艺运行状况，在事 故发生时联锁及时动作。