#重油催化装置改造危险性分析评价.docx
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#重油催化装置改造危险性分析评价
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,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。
烟囱
再生烟气
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
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
>120
300~350
T2
液体
丙B
产
品
干气
<-50
650~750
T1
ⅡA
气体
甲
液化石油气
<-50
460
T1
ⅡA
液体
甲A
汽油
<28
~390
T2
ⅡA
Ⅳ
液体
甲B
轻柴油
45-120
257
T3
ⅡA
液体
乙B/丙A
回炼油
>120
300-330
T2
ⅡA
液体
丙B
油浆
>120
300-330
T2
液体
丙B
液化气组分
硫化氢
<-50
~260
T3
ⅡA
Ⅱ
气体
甲
一氧化碳
<-50
610
T1
ⅡA
Ⅱ
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低,如汽油为255~390℃,回炼油为350~380℃,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(DowsChemicalCo.)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3-2),确定危险等级。
表3-1固有危险度评价取值表
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)
①甲类可燃气体
②甲A类物质及液态烃类;
③甲类固体;
④极度危害介质
①乙类可燃气体;
②甲B、乙A类可燃液体;
③乙类固体;
④高度危害介质
①乙B、丙A、丙B类可燃液体;
②丙类固体;
③中、轻度危害介质
不属上述物质
容量※3
①气体1000m3以上;
②液体100m3以上;
①气体500~1000m3;
②液体50~100m3
①气体100~500m3;
②液体10~50m3
①气体<100m3;
②液体<10m3
温度
1000℃以上使用,其操作温度在燃点以上
①1000℃以上使用,但操作温度在燃点以下;
②在250~1000℃使用,其操作温度在燃点以上
①在250~1000℃使用,但操作温度在燃点以下;
②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
100MPa
20~100MPa
1~20MPa
1MPa以下
操作
①临界放热和特别剧烈的放热反应操作;②在爆炸极限范围内或其附近的操作
①中等放热反应(如酯化、加成、氧化、聚合、缩合等反应)操作;
②系统进入空气或不纯物质,可能发生危险、操作;③使用粉状或雾状物质,有可能发生粉尘爆炸的操作;
④单批式操作
①轻微放热反应(如加氢、水合、异构化、磺化、中和等反应)操作;
②在精制过程中伴有化学反应;
③单批式操作,但开始使用机械等手段进行程序操作;④有一定危险的操作
无危险操作
表3-2危险度分级表
分值
>16
11~15
<10
等级
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
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3-3、表3-4。
表3-3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
241
510~720
0.3~0.45
反应
沉降器
油气,催化剂
412
400~570
0.3~0.45
物理
分离
再生器
烟气,催化剂
307
510~720
0.3~0.45
燃烧
2
主风-能量回收单元
三机组
烟气
3
660~680
0.45
物理过程
3
分馏单元
分馏塔
油气
520
118
0.315
物理过程
4
吸收稳定单元
解吸塔
油气,汽油
292
76
1.6~1.8
物理过程
稳定塔
油气,汽油
218
60~73
1.0~1.35
物理过程
吸收塔
油气,汽油
175
42
1.4~1.8
物理过程
5
产汽余热回收单元
锅炉
烟气、蒸汽
70吨/小时
420
4.4
热交换
6
产品精制单元
液化气脱硫塔
液化气
184
40~45
1.9
物理过程
干气脱硫塔
干气
27
40
1.3
物理过程
溶剂再生塔
贫液、富液
63
85~120
0.18
物理过程
液化气脱臭抽提塔
液化气
185
44
1.4
物理过程
碱液氧化塔
催化剂、碱液
20
45
0.4
物理过程
汽油砂滤塔
汽油
41
40
0.3
物理过程
表3-4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
10
5
5
0
5
25
Ⅰ
2
沉降器
油气,催化剂
10
5
5
0
2
22
Ⅰ
3
再生器
烟气,催化剂
2
5
5
0
5
17
Ⅰ
4
三机组
烟气
2
0
5
0
2
9
Ⅲ
5
分馏塔
油气
10
5
0
0
0
15
Ⅱ
6
解吸塔
油气,汽油
10
2
0
2
0
14
Ⅱ
7
稳定塔
油气,汽油
10
2
0
2
0
14
Ⅱ
8
吸收塔
油气,汽油
10
2
0
2
0
14
Ⅱ
9
锅炉
烟气、蒸汽
2
0
2
2
2
8
Ⅲ
10
液化气脱硫塔
液化气
10
2
0
2
0
14
Ⅱ
11
干气脱硫塔
干气
10
2
0
2
0
14
Ⅱ
12
溶剂再生塔
贫液、富液
5
2
0
0
0
7
Ⅲ
13
液化气脱臭抽提塔
液化气
10
2
0
2
0
14
Ⅱ
14
碱液氧化塔
催化剂、碱液
2
2
0
0
0
4
Ⅲ
15
汽油砂滤塔
汽油
5
2
0
0
0
7
Ⅲ
由表3-4可知,提升管反应器、沉降器、再生器等3台设备为Ⅰ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Ⅱ级危险单元,三机组等5台设备为Ⅲ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Ⅰ级和Ⅱ级危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、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&EⅠ×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&EⅠ值
1~60
61~96
97~127
128~158
>158
危险程度
最低
较低
中等
很大
非常大
危险系数
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
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3-6~3-9。
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
MF
10
10
21
16
16
1、-般工艺危险
取值范围
采用危险系数
基本系数
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
A.放热化学反应
0.30~1.25
0.30
0.5
B.吸热反应
0.2~0.4
0.40
C.物料处理与输送
0.15~1.05
D.密闭式或室内工艺单元
0.25~0.9
E.通道
0.2~0.35
F.排放和泄漏控制
0.2~0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
-般工艺危险系数(F1)
2.2
1.5
2.0
1.5
1.5
2、特殊工艺危险
基本系数
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
A毒性物质
0.2~0.8
0.2
0.2
0.4
0.2
0.2
B.负压(<500mmHg=
0.5
C.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
0.3
0.3
0.3
0.3
0.3
0.3
(3)一直在燃烧范围内
0.8
D.粉尘爆炸
0.25~2.00
0.25
0.25
0.25
E.压力:
操作压力/kpa,(绝对)
0.2~2
0.25
0.25
0.25
0.47
0.2
释放压力/kpa,(绝对)
F.低温
0.2~0.3
G.易燃及不稳定物质量(Kg)
110500
148000
6140
230082
478400
物质燃烧热Hc/J·kg
18.7
18.7
4.3
18.8
18.7
(1)工艺中的液体及气体
0.1
0.1
0.1
0.1
0.1
(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
0.1~0.75
0.2
0.2
0.75
0.5
0.1
I.泄漏---接头与填料
0.1~1.5
1.5
1.5
1.5
0.3
0.4
J.使用明火设备
0.1
K.热油、热交换系统
0.15~1.15
0.75
L.传动设备
0.5
0.5
特殊工艺系数(F2)
4.55
3.8
4.65
3.37
2.3
工艺单元危险系数(F3=F1*F2)
8
5.7
8
5.06
3.45
火灾、爆炸指数(F&EI=F3*MF)
80
57
168
80.96
55.2
破坏影响范围(半径m)
20.48
14.59
43
20.73
14.13
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
MF
16
16
21
21
21
1、-般工艺危险
取值范围
采用危险系数
基本系数
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
A.放热化学反应
0.30~1.25
B.吸热反应
0.2~0.4
C.物料处理与输送
0.15~1.05
D.密闭式或室内工艺单元
0.25~0.9
E.通道
0.2~0.35
F.排放和泄漏控制
0.2~0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
-般工艺危险系数(F1)
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
2、特殊工艺危险
基本系数
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
A毒性物质
0.2~0.8
0.2
0.2
0.2
0.2
0.2
B.负压(<500mmHg=
0.5
C.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
0.3
0.3
0.3
0.3
0.3
0.3
(3)一直在燃烧范围内
0.8
D.粉尘爆炸
E.压力:
操作压力/kpa,(绝对)
0.2~2
0.47
0.47
0.5
0.4
0.5
释放压力/kpa,(绝对)
F.低温
0.2~0.3
G.易燃及不稳定物质量
210240
210240
199500
28900
185000
物质燃烧热Hc/J·kg
18.8
18.8
19.7
6.5
19.7
(1)工艺中的液体及气体
0.1
0.1
0.1
0.1
0.1
(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
0.1~0.75
0.5
0.5
0.2
0.2
0.2
I.泄漏---接头与填料
0.1~1.5
0.3
0.3
0.1
0.1
0.1
J.使用明火设备
K.热油、热交换系统
0.15~1.15
L.传动设备
0.5
0.5
0.5
特殊工艺系数(F2)
3.37
3.37
2.4
2.3
2.4
工艺单元危险系数(F3=F1*F2)
5.06
5.06
3.6
3.45
3.6
火灾、爆炸指数(F&EI=F3*MF)
80.96
80.96
75.6
72.45
75.6
破坏影响范围(半径m)
20.73
20.73
19.35
18.55
19.35
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
0.98
0.98
0.98
0.98
0.98
0.98
B.冷却
0.97-0.99
C.抑爆装置
0.84-0.98
D.紧急停车装置
0.96-0.99
0.98
0.98
0.98
E.计算机控制
0.93-0.99
0.95
0.95
0.95
0.95
0.95
F.惰性气体保护
0.94-0.96
G.操作指南或操作规程
0.91-0.99
0.95
0.95
0.95
0.95
0.95
H.其他工艺过程危险分析
0.91-0.98
0.96
0.96
0.96
0.96
0.96
安全补偿系数(C1)
0.83
0.83
0.83
0.84
0.84
2.物质隔离
A.远距离控制阀
0.96-0.98
0.97
0.97
0.97
0.97
0.97
B.备用泄料装置
0.96-0.98
C.连锁装置
0.98
0.98
0.98
0.98
安全补偿系数(C2)
0.9506
0.9506
0.9506
0.97
0.97
3.防火措施
A.泄漏检测装置
0.94-0.98
0.96
0.96
0.96
0.96
0.96
B.钢质结构
0.95-0.98
0.96
0.96
0.96
0.96
0.96
C.消防水供应
0.94-0.97
0.95
0.95
0.95
0.95
0.95
D.泡沫装置
0.92-0.97
E.手提式灭火器/水枪
0.93-0.98
0.95
0.95
0.95
0.95
0.95
F.电缆保护
0.94-0.98
0.97
0.97
0.97
0.
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- 重油 催化 装置 改造 危险性 分析 评价
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