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1、加氢工艺危险性分析及自动化控制方案一、危险性分析加氢反应为放热反应，且大多在较高温度下进行，氢气以及大部分所使用的物料具有易燃易爆危险性，部分物料、产品或中间产物存在毒性、腐蚀性。若物料泄漏、反应器堵塞，引起火灾、爆炸。1 .固有危险性固有危险性指加氢反应中的原料、产品、中间产品等本身具有的危险有害特性。(1)火灾爆炸危险性加氢反应涉及的原料、产品、中间产品等具有易燃易爆性，如氢气、一氧化碳等为甲类易燃易爆气体，苯、环戊烯等均为易燃液体，其蒸汽与空气形成爆炸性混合物，遇明火、高热引发燃烧爆炸的危险，硝基苯为可燃液体，遇明火、高热可燃，部分氢化反应使用的催化剂如雷尼锲属于易燃固体，可以自燃，加氢
2、反应过程中产生的副产物如硫化氢等多为可燃物质。加氢工艺中，氢气爆炸极限为4.1%74.2%,当出现泄漏或设备内混入空气或氧气，易发生爆炸危险。(2)中毒危险性加氢反应涉及到的原料、产品、有机溶剂等具有毒性，如苯酚、甲苯、硝基苯、苯胺等，苯酚为高毒物质，对皮肤、黏膜有强烈的腐蚀作用，可抑制中枢神经或损害肝、肾功能。(3)腐蚀及其他危险性加氢反应副产品硫化氢、氨气等物质均有腐蚀性。某些加氢工艺的原料或产品本身带有腐蚀性，如苯酚。2 .工艺过程危险性加氢反应过程为放热反应，且反应温度、压力较高，所用原料大多易燃易爆，部分原料和产品有毒性、腐蚀性。所以加氢反应工艺中存在诸多不安全因素。(1)反应过程的
3、危险性加氢反应大量使用氢气，而且反应温度和反应压力都较高，在高压下氢气与钢材发生反应，产生氢腐蚀，使碳钢的强度下降而硬度增大，如设备或管道更换不及时，会在高压下发生容器爆炸。加氢工艺过程中可能有硫化氢气体产生，当出现泄漏，可能引发中毒事故，同时工艺中产生的硫化氢对工艺设备也有腐蚀性。另外，加氢反应是放热反应，局部温度升高产生热应力导致反应器泄漏。在开、停车时，惰性气体吹扫不完全，设备内有残留氢气或空气，在停、开车时都会引起火灾、爆炸事故。(2)反应安全风险评估按要求开展反应安全风险评估的企业，应按照精细化工反应安全风险评估导则(试行)进行反应安全风险评估，综合反应安全风险评估结果，考虑不同的工
4、艺危险程度，建立相应的控制措施。(3)危险和可操作性分析针对具体的加氢工艺，应在基础设计阶段开展危险和可操作性分析(HAZOP),及预先危险分析(PHA)或事故树分析(ETA)等定性、定量风险评价方法，对整个工艺过程的危险性进行分析。二、重点监控的工艺参数和控制要求1.温度由于加氢反应为强放热反应，当反应釜器温度过高时，会导致反应速率加快、失控，当温度超出安全范围时可能出现危险，因此加氢反应器、氢预热器及其他原料汽化器、预热器等设备的温度均需严格监控。3 .压力如果反应器中压力高于正常操作值，会使加氢反应难以控制，同时加快临氢设备的腐蚀速度，因此应对反应器压力进行监控。同时，原料汽化器、氢气混
5、合器等的压力应进行监控，防止因特殊原因导致氢气混合器、原料汽化器等设备压力过高发生火灾爆炸危险。4 .投料速度和物料配比加氢过程反应器温度和压力都与投料速度有关，投料速度在原料汽化器、氢气混合罐、反应器进料口处进行监控。投料速度过快或波动将出现温度、压力过高产生火灾爆炸危险，同时影响反应器内物料配比。物料配比影响反应过程和产品质量，若氢气配比过低，影响产品质量；若氢气配比过高可能导致循环氢量增加，造成能源损耗。5 .加热系统加氢反应大多在较高的温度下进行，物料经预热或在反应器内加热到反应温度进行加氢反应，反应器进料口温度直接影响反应器内温度，因此应对预热或反应器进行温度监控。6 .冷却系统加氢
6、反应为强放热反应，反应过程中释放大量热量，如不及时移除热量，造成加氢反应器超温超压，引发设备爆炸事故，因此需严格监控冷却系统，如冷却剂温度、流量或压力等。7 .其他在加氢反应过程中，反应温度、压力较高，氢及大多数反应原料具有易燃、易爆危险性，因此应对原料成分进行监控，防止因原料中含杂质进入反应器造成危险，同时对反应生成物的组成、尾气组成也要进行监控。三、自动化控制方案1.参数控制方式加氢反应釜或催化剂床层的温度、压力、反应釜搅拌速率、氢气流量、反应物质的配料比、系统氧含量、冷却剂流量、氢气压缩机运行参数、反应尾气组成等重点监控工艺参数的控制方式见附表2。2.工艺系统控制方式(1)基本监控要求加
7、氢工艺的生产装置设置的自动控制系统应达到重点监管危险化工工艺目录中有关安全控制的基本要求，重点监控工艺参数应传送至控制室集中显示，并按照宜采用的控制方式设置相应的联锁。自动控制系统应具备远程调节、信息存储、连续记录、超限报警、联锁切断、紧急停车等功能。记录的电子数据的保存时间不少于30天。（2）基本控制要求加氢工艺安全控制基本要求中涉及反应温度、压力报警及联锁的自动控制方式至少满足下列要求：1）连续加氢反应器应设紧急冷却系统、紧急停车系统、安全泄放系统。加氢反应器应设进料自动控制阀，通过改变进料流量调节反应压力和（或）温度，反应器温度和（或）压力高高报警联锁打开紧急冷却系统、紧急停车系统，打开
8、安全泄放系统。应配置安全阀、爆破片等泄放设施。2）间歇加氢反应釜应设紧急冷却系统、紧急停车系统、安全泄放系统。加氢反应釜应设氢气进料自动控制阀，通过改变氢气流量调节反应压力和（或）温度，反应釜压力和（或）温度高高报警联锁打开紧急冷却系统、紧急停车系统，打开安全泄放系统。当搅拌系统发生故障时联锁停止进料，打开安全泄放系统。应配置安全阀、爆破片等泄放设施。3）监控冷却系统温度、流量，冷却系统异常联锁启动紧急停车。4）属于同一种反应工艺，多个反应釜串连使用的，各釜应设温度、压力远传、报警，压力和（或）温度高高报警联锁；打开紧急冷却系统；当搅拌系统发生故障时联锁；打开安全泄放系统。应配置安全阀、爆破片
9、等泄放设施。其他1）反应过程中需要通过调节冷却系统控制或者辅助控制反应温度的，应当设置自动控制回路，实现反应温度升高时自动提高冷却剂流量或加大循环量；调节精度要求较高的冷却剂应当设流量控制回路。2）加氢工艺安全控制基本要求的涉及反应物质的配料比、系统氧含量、冷却剂流量、氢气压缩机运行参数、反应尾气组成等报警及联锁的安全控制方式，应同时满足重点监管危险化工工艺目录中的要求，并根据设计方案或HAZOP分析报告设置相应联锁系统。4）在组分测量仪表条件满足时，根据工艺要求，加装系统氧含量在线分析仪，并将其分析结果远传至控制室。5）设计时，应结合具体的工艺机理，合理的设置控制方案，避免出现因控制回路间密
10、切相关、互相影响导致工艺参数无法控制的情况,控制措施中相互关联不允许发生耦合控制。6）加氢反应区域设置视频监控，根据物料性质设置可燃、有毒气体检测报警系统。3 .根据反应安全风险评估结果，制定相应的控制措施所有涉及硝化、氯化、氟化、重氮化、过氧化工艺的化工生产装置按照关于加强精细化工反应安全风险评估工作的指导意见（安监总管三（2017）1号）要求必须完成反应安全风险评估，并综合反应安全风险评估结果，考虑不同的工艺危险程度，设置相应的控制措施，加氢工艺参照执行。4 .仪表系统选用原则基本过程控制系统（BPCS）选用原则1）基本过程控制系统（BPCS）宜首选DCS系统；2)基本过程控制系统的CPU
11、、通信、电源等模块应冗余设置。3)生产过程中的重点工艺参数监控回路的AI、AO.DEDO点应冗余配置，且相同仪表位号的ALAO.DLDO点应配置在不同的卡件上。4)在控制室内加装紧急停车按钮，确保现场出现紧急情况(如氢气泄漏、重要设备损坏等)时，操作人员可在控制室内切断原料进料、启动紧急冷却系统、紧急泄放系统等。BPCS的报警及联锁的设计应满足信号报警及联锁系统设计规范(HG/T20511)之要求。(2)安全仪表系统选用原则针对具体的加氢工艺，依据反应安全风险评估结果、危险和可操作性分析(HAZOP),LOPA分析确定相关各安全仪表功能(SIF)的安全完整性等级(SIL)o通过LOPA分析，安
12、全仪表功能(SlF)的安全完整性等级(SIL)1时，应配置独立于DCS系统之外的安全仪表系统(SIS),1的可以与DCS合并设置。根据仪表的安全性和可用性，测量仪表宜三取二。安全仪表系统的逻辑控制器硬件要求、测量仪表独立性和冗余性、最终元件独立性和冗余性等技术要求，须符合石油化工安全仪表系统设计规范(GB/T50770)规范要求。安全仪表系统在投入运行之前，应进行SIL等级的验证，验证合格方能投入运行。(3)气体检测报警系统(GDS)选用原则工艺的原料、中间产品及产品大多为有毒、易燃易爆物品，装置应按石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计标准(GB/T50493)设置独立的气体检测报警系统，并保证装置停车或工艺控制监控系统失效后，仍能有效地进行监测、报警。5 .其他安全设施对于具体的装置，考虑安全设施时不应孤立的看待具体的设备或工序，还应考虑相关的原料准备、产品储存、公用工程等相关设施和工序，任何一个工序出现故障都可能影响到整套装置的安全，在设置监控或联锁、报警时一并考虑进去。对于装置中因工艺参数失控而引起的过压、危及设备或管道时，除了设置自控、联锁系统外，还应设置爆破片、安全阀、单向阀、紧急排空阀及紧急切断装置等其他安全设施。
