風險評價編輯王廣亮GE水煤漿燒嘴安全監(jiān)控的HAZOP分析劉銀波1汪澤強1李奇2萬古軍2張廣文2(1中國石化南京化學工業(yè)有限公司,江蘇南京2100002中國石化安全工程研究院,山東青島266071)摘要:采用危險與可操作性( HAZOP)分析方法,對某個G水煤漿裝置的氣化爐燒嘴進行了分析,識別出了燒嘴監(jiān)測和進料控制中存在的氧氣XV105v103xv104F21問題。燒嘴監(jiān)測中存在的問題主要是CO濃度監(jiān)測和燒嘴壓差監(jiān)測不準;燒嘴進料控制中存在的問題主要是煤漿的流量,濃度測量和氧氣的流量測量存在缺陷。針對 HAZOP識別出的燒嘴監(jiān)控天低壓氮氣問題,提出了改進的措施。關鍵詞:GE水煤漿燒嘴;安全監(jiān)控; HAZOP∪日水分離罐分析水冷器↑GE水煤漿燒嘴及其監(jiān)控簡介燒嘴冷1.1GE水煤漿燒嘴燒帶令卻水要L卻水罐氣化燒嘴是水煤漿生產工藝的關鍵設備之。燒嘴的主要作用是將純氧氣、煤漿充分混合和圖1GE水煤漿燒嘴流程霧化,在高溫氣化爐爐膛內快速地進行不完全氧化還原反應。CE水煤漿氣化燒嘴工藝流程及燒嘴外形見圖1、圖2。氣化燒嘴主要由3個套管構成收稿日期:2010-02-02氧氣和水煤漿的3個流道,內環(huán)通煤漿,中間流道作者簡介:劉銀波,注冊安全工程師,192年畢業(yè)通15%的氧氣,外環(huán)通85%的氧氣。于南京化工技術學院無機物工藝專業(yè),現任中國為了防止爐內高溫對燒嘴外部噴頭的烘烤,石化南京化學工業(yè)有限公司合成氨運行部煤氣在燒嘴頭部設有冷卻水盤管和水冷夾套化裝置安全工程師。SAFETY HEALTH ENVIRONMENT安全健康钚境風險評價結果如表1所示。3燒嘴監(jiān)控存在的問題從表1所示的 HAZOP分析結果可以看出燒嘴監(jiān)控、進料控制中存在以下主要問題。3.1燒嘴監(jiān)測中存在的問題圖2GE水煤漿燒嘴外形a)目前,通過燒嘴冷卻水系統(tǒng)氣水分離罐放1.2燒嘴監(jiān)控的重要性及方法空管上的一氧化碳在線檢測儀監(jiān)測CO濃度。但燒嘴使用壽命是決定氣化爐生產周期長短的是,氣水分離罐容易形成負壓,必須充大量氮氣才關鍵因素,60%的煤氣化安全事故都與燒嘴有關,能形成正壓,負壓和不確定的氮氣流量直接影響或由燒嘴引起,或首先造成燒嘴損埰μ。燒嘴損到在線分析儀表的讀數,導致燒嘴在開始泄漏時壞時,可能直接造成氣化反應氧碳比失調,使氣化不容易被發(fā)現。此外,在線分析儀表DCS顯示經爐進料系統(tǒng)物料紊亂,產生氣化爐超溫、過氧爆炸常誤報警,并且在線檢測顯示值常常與人工檢測等嚴重事故數據不一致。燒嘴監(jiān)測的方法有以下幾種。b)燒嘴壓差的監(jiān)控往往受測量系統(tǒng)的影響。a)直接監(jiān)測:連續(xù)監(jiān)測燒嘴冷卻水中的CO煤漿壓差最能反應燒嘴的運行狀況,但煤漿測壓含量;監(jiān)測燒嘴壓差;監(jiān)測燒嘴冷卻水流量、溫度、點容易堵塞,導致測量誤差。因為安全原因,不允壓力等工藝參數。許水直接進入煤漿以免影響煤漿濃度,所以,煤漿b)間接監(jiān)測:氣化爐工藝氣組分變化;分析測壓點堵塞后,又不能在線直接用水沖洗,需要停爐渣的組成、形狀和數量;爐體溫度分布等。燒嘴車才能徹底清理。磨損、損壞時,往往還表現在氣化爐灰渣中殘?zhí)荚?.ε燒嘴進料控制中存在的問題加、工藝氣中有效氣組分降低、爐溫升高、爐內溫a)燒嘴進料前、煤漿流量計后的管線大量泄度分布不均等異常現象。漏時,煤漿流量計依然有指示流量,并且將流量信此外,燒嘴進料的控制也非常重要。燒嘴進料號送到DCS和FSC,氣化爐不因為煤漿流量低或包括煤漿和氧的流量、壓力、比例、濃度(純度)等工氧碳比高而停車。事實上,此時通過燒嘴進入氣化藝參數。通過控制進入燒嘴的各種物料的流量、壓爐內的煤漿量減少,有可能導致氣化爐過氧爆炸。力、比例和濃度來保證氣化爐內的正?；瘜W反應。b)煤漿管線壓力降低,導致氣化爐工藝氣、煤漿、氧氣經過燒嘴倒流至煤漿管線時,煤漿流量2GE水煤漿燒嘴的 HAZOP分析計不因為物料反向而為“0,氣化爐聯鎖不能及時HAZOP分析是一種用于辯識設計缺陷、工藝動作使氣化爐停車,導致燒嘴有爆炸危險。過程危害及操作性問題的結構化分析方法,通過c)煤漿濃度變化。煤漿濃度一般采用人工間系列的討論對工藝流程和操作規(guī)程進行分析。歇取樣的方法分析(一般4h一次),沒有在線的HAZOP分析小組分析每個工藝單元或操作煤漿濃度測量儀表。導致進燒嘴的煤漿濃度突然步驟,識別出那些具有潛在危險的偏差,這些偏差降低時,氣化爐有過氧爆炸的危險。2006年,南京通過引導詞引岀。分析小組分析每個偏差的可能某煤氣化裝置操作人員誤將煤漿沖洗水打開,導原因、后果和已有安全保護措施等,同時提岀應該致大量的水進入煤漿管線,經過燒嘴進人氣化采取的措施。致使碳洗塔頂部發(fā)生強烈的爆炸。運用 HAZOP針對水煤漿氣化裝置進行了全d)燒嘴氧氣泄漏。燒嘴氧氣泄漏時,氧氣流面分析,劃分的節(jié)點有煤漿給料泵及其管線、氧氣量計指示流量仍舊顯示正常,但此時高純度的氧管線、氣化爐及其管線、氣化爐燒嘴冷卻水系統(tǒng)、氣已泄漏到燒嘴周圍大氣中,進亼氣化爐的氧氣碳黑水系統(tǒng)、灰水系統(tǒng)、鎖斗系統(tǒng)、冷凝液系統(tǒng)、燃量減少。如果泄漏點周圍有鐵銹、油污等易燃物料氣系統(tǒng)等,其中,涉及燒嘴的部分 HAZOP分析極易引發(fā)火災382010年第10卷第3期劉銀波,等GE水煤漿燒嘴安全監(jiān)控的 HAZOP分析風險評價表1 HAZOP分析結果序號偏差原因后果保護措施建議措施1煤漿燒嘴壓①爐頭煤漿管線堵塞加劇燒嘴磨損,燒①壓差報警器高限報警(5MPa)煤漿壓差測壓點易堵塞差大②燒嘴頭部堵塞嘴頭部偏流,導致②控制煤漿黏度π00~-1400~建議參考煤漿流量情況③煤漿黏度過大霧化效果差停車檢査燒嘴或管道④煤漿穩(wěn)定性差2煤漿燒嘴壓①燒嘴頭部損壞,煤燒嘴霧化效果差,①壓差報警器低限報警(α5MPa)①建議參考爐溫、工藝氣差小漿環(huán)隙加大嚴重時導致氣化②煤漿分析8h一次(粒度、黏組分、燒嘴冷卻水CO泄②煤漿濃度或黏度爐過氧度、濃度、密度)漏在線監(jiān)測及氣化爐發(fā)氣過低量考慮氣化爐是否停車②加強進燒嘴的煤漿濃度控制3煤漿泵出口①煤漿管線大量泄漏工藝氣和氧氣的①壓差報警器低報警(015MPa)①增加流量計后面煤漿管線壓力低②煤漿泵出口導淋閥混合氣逆流,導致②￠CTⅥ4h監(jiān)控爐頭煤漿管線的管線泄漏控制措施(低于氣化爐煤漿管線、燒嘴爆③煤漿流量計反向指示為零②建議反向指示為零應操作壓力)③XⅥ01及后部的炸或爐內爆炸④導淋閥掛禁動牌上鎖,雙人作為煤漿流量計采購的手閥同時誤開操作基本技術要求4氧氣流量大①進人燒嘴的煤漿氣化爐超溫,嚴重①通過在線監(jiān)控燒嘴冷卻水系建議提高燒嘴冷卻水系流量突然減少時導致氣化爐過統(tǒng)CO含量、燒嘴/氧壓差來統(tǒng)一氧化碳檢測儀靈敏②燒嘴氧環(huán)隙加大,氧確認氧環(huán)隙是否正常度與可靠性氧氣阻力減少)人工每小時一次分析燒嘴冷卻水系統(tǒng)CO含量5工藝氣泄漏①燒嘴冷卻水水量①高壓工藝氣竄①通過在線監(jiān)控燒嘴冷卻水系統(tǒng)燒嘴冷卻水系統(tǒng)氣水分到燒嘴冷卻不足到低壓燒嘴冷卻CO含量確定燒觜否泄漏離罐容易形成負壓,取樣水系統(tǒng)②燒嘴超期使用,燒水管線,嚴重時引②人工分析燒嘴冷卻水系統(tǒng)CO時必須在分離罐充氮形嘴頭磨蝕起爆管含量成正壓,導致在線分析和③燒嘴霧化不好,火②泄漏的高溫可③燒嘴冷卻水水量低聯鎖燒嘴冷人工分析很難準確的檢焰上移燒壞燒嘴頭燃工藝氣容易著卻水和氣化爐停車測出真實的CO濃度。要火爆炸④燒嘴冷卻水出口溫度大于60℃求在檢測儀的取樣方法聯鎖燒嘴冷卻水和氣化爐停車和設備選型上做大的改⑤燒嘴冷卻水跳車后切斷閥關閉進4改進措施的電化學氣體傳感器改為紅外吸收式氣體傳感4.1燒嘴監(jiān)測環(huán)節(jié)器。紅外吸收式氣體傳感器比電化學性質的氣體a)進行操作優(yōu)化或設備改造,消除燒嘴冷卻傳感器的使用壽命長,抗灰塵、水汽等能力相對較水分離罐形成的負壓,保證充入的氮氣流量穩(wěn)定。強,具有制造容易、安裝方便等優(yōu)點,但受外界溫目前已在分離罐底部排水管上增加了手閥,通過度波動影響較大,所以也需要一些溫度穩(wěn)定措施。手閥適當控制燒嘴冷卻水分離罐的液位和排水流目前認為它比較適合于燒嘴的一氧化碳監(jiān)測。速,低液位和快的排水速度容易導致分離罐負壓。b)燒嘴壓差設計一般采用一個點取樣測量,準備對燒嘴冷卻水罐配管和設備本體進一步改準備采用3個壓差測量點,采用三選二低聯鎖跳造,避免燒嘴冷卻水罐液位和排水流量波動時由車,這樣,燒嘴故障時,氣化爐能及時停車,切斷進于虹吸而產生負壓燒嘴的各類物料。更換一氧化碳在線分析的檢測形式,由原來42燒嘴進料控制環(huán)節(jié)SAFETY HEALTH ENVIRONMENT安全健康钚境風險評價a)針對燒嘴進料前、煤漿流量計后的管線大還需要在燒嘴CO泄漏檢測的有效性、燒嘴進料量泄漏時,傳統(tǒng)的煤漿流量低氣化聯鎖不能立即控制的可靠性、燒嘴耐熱耐磨的局限性等多個方停車會導致高危險,建議考慮金陵石化采用的氣面對燒嘴進行研究?；癄t燒嘴壓差三選二低聯鎖方式,該方法可以有效、及時地聯鎖停止氣化爐進料,規(guī)避風險6參考文獻b)針對目前煤漿流量計反向流量不為“0”等1艾爾肯·牙森,何耀偉,孔晨輝.德士古氣化爐燒嘴泄漏的監(jiān)測問題,建議反向流量為“0”應作為選用煤漿流量計和判斷大氮肥,2004,27(6:407~408的基本技術要求。2王旭賓.德士古煤氣化工程技術問題的探討[煤氣與熱力c)加強技術管理和監(jiān)督,控制進燒嘴的煤漿3趙文芳,姜春明,李奇. HAZOP技術實施程序門安全健康和濃度。2006年南京某廠因為沖洗水進入煤漿管線環(huán)境,20055(1):15-17引起爆炸后,同類型裝置都引起了足夠重視,例如所有沖洗水都增設了盲板,建立了完備的煤漿濃HAZOP Analysis of the Burner in GE Coal度、黏度、穩(wěn)定性分析制度,取得了很好的效果。Slurry to Gas Unitsd)加大硬件設施投人,加強爐頭監(jiān)控。除了在燒嘴附近安裝一氧化碳檢測儀,專門針對燒嘴 Liu yinbo, Wang Zeqiang,LiQi, Wan gujur安裝監(jiān)控視頻,對燒嘴及周邊進行24h監(jiān)控之Zhang guangwen外,在燒嘴周圍修建擋火墻,給巡檢的職工配備防(1 SINOPEC№ anj ing Chemical Company Ltd, Jiangsu,火服、可燃氣體檢測儀、氧氣檢測儀、測溫槍等工 Nanjing,210000具,建立燒嘴維護和監(jiān)控體系。2 SINOPEC Safety Engineering Institute, Shandong,e)燒嘴改進是安全的重點。目前,水煤漿燒 Qingdao,266071)嘴的連續(xù)運行時間約為60~90天,時間延長后, Abstract: This paper analyzes the burner in GE coal磨損和頭部裂紋使燒嘴霧化功能減弱,并帶來風 slurry to gas unit using HAZOP method, and identifies險,直接制約了單爐連續(xù)運行時間,所有的煤氣化 its problems in monitoring and feed control.Its工廠都希望燒嘴連續(xù)運行時間在100天以上。monitoring problems are the correctness of CO目前,燒嘴頭部材料多采用GHI88或富含 concentration and burner pressures difference.TheUMCO-50的合金材料,使用壽命有限。2007年feed control problems are the measurement defects of兗礦煤化工檢修公司完成了耐磨陶瓷復合燒嘴的 coal slurry flow and concentration, and oxygen flow研發(fā)和加速等離子激光噴涂工藝。投入運行的耐 At last, it offers some improvement measures for磨燒嘴創(chuàng)出連續(xù)運行超100天運行記錄,并且獲 theses problems得了兩項國家專利。但目前此類燒嘴在國內尚未 Key words: burner in GE coal slurry to gas units被大幅推廣。safety monitoring, HAZOP analysis (se5結語GE水煤漿燒嘴是氣化反應器的進料設備,直接關系到氣化反應效率和安全穩(wěn)定, HAZOP是種用于辯識設計缺陷、工藝過程危害及操作性問題的結構化分析方法。用 HAZOP分析方法對燒嘴設計、選材、使用、管理進行綜合性安全分析,對預防、減緩和避免相關安全事故的發(fā)生很有幫助目前,通過材料、安全監(jiān)控、工藝聯鎖控制及工廠管理各個方面的改進,GE水煤漿燒嘴安全性能大幅度提高。但是,根據 HAZOP分析的結果2010年第10卷第3期