GE水煤浆烧嘴安全监控的HAZOP分析

风险评价编辑王广亮GE水煤浆烧嘴安全监控的HAZOP分析刘银波1汪泽强1李奇2万古军2张广文(1中国石化南京化学工业有限公司,江苏南京2100002中国石化安全工程研究院,山东青岛266071)摘要:采用危险与可操作性( HAZOP)分析方法,对某个GE水煤浆装置的气化炉烧嘴进行了分析,识别出了烧嘴监测和进料控制中存在的氧气XN05V103xV04FV2XV101问题。烧嘴监测中存在的问题主要是CO浓度监一氧化碳检测义测和烧嘴压差监测不准;烧嘴进料控制中存在的问题主要是煤浆的流量,浓度测量和氧气的流量测量存在缺陷。针对 HAZOP识别出的烧嘴监控低压氮气问题,提出了改进的措施关键词:GE水煤浆烧嘴;安全监控; HAZOP日水分离罐分析小水冷器↑GE水煤浆烧嘴及其监控简介烧嘴冷1.1GE水煤浆烧嘴烧脂令却大人却水罐气化烧嘴是水煤浆生产工艺的关键设备之。烧嘴的主要作用是将纯氧气、煤浆充分混合和图1GE水煤浆娆嘴流程雾化,在高温气化炉炉膛内快速地进行不完全氧化还原反应。GE水煤浆气化烧嘴工艺流程及烧嘴外形见图1、图2。气化烧嘴主要由3个套管构成收稿日期:2010=02-02氧气和水煤浆的3个流道,内环通煤浆,中间流道作者简介:刘银波,注册安全工程师,1992年毕业通15%的氧气,外环通85%的氧气于南京化工技术学院无机物工艺专业,现任中国为了防止炉内高温对烧嘴外部喷头的烘烤石化南京化学工业有限公司合成氨运行部煤气在烧嘴头部设有冷却水盘管和水冷夹套化装置安全工中国煤化工CNMHGSAFETY healtH ENVIRONMENT安全健康环境风险评价结果如表1所示。3烧嘴监控存在的问题从表1所示的 HAZOP分析结果可以看出烧嘴监控、进料控制中存在以下主要问题。3.1烧嘴监测中存在的问题图2GE水煤浆烧嘴外形a)目前,通过烧嘴冷却水系统气水分离罐放1.2烧嘴监控的重要性及方法空管上的一氧化碳在线检测仪监测CO浓度。但烧嘴使用寿命是决定气化炉生产周期长短的是,气水分离罐容易形成负压,必须充大量氮气才关键因素,60%的煤气化安全事故都与烧嘴有关,能形成正压,负压和不确定的氮气流量直接影响或由烧嘴引起,或首先造成烧嘴损埰μ。烧嘴损到在线分析仪表的读数,导致烧嘴在开始泄漏时坏时,可能直接造成气化反应氧碳比失调,使气化不容易被发现。此外,在线分析仪表DCS显示经炉进料系统物料紊乱,产生气化炉超温、过氧爆炸常误报警,并且在线检测显示值常常与人工检测等严重事故数据不一致烧嘴监测的方法有以下几种b)烧嘴压差的监控往往受测量系统的影响。a)直接监测:连续监测烧嘴冷却水中的CO煤浆压差最能反应烧嘴的运行状况,但煤浆测压含量;监测烧嘴压差;监测烧嘴冷却水流量、温度、点容易堵塞,导致测量误差。因为安全原因,不允压力等工艺参数。许水直接进入煤浆以免影响煤浆浓度,所以,煤浆b)间接监测:气化炉工艺气组分变化;分析测压点堵塞后,又不能在线直接用水冲洗,需要停炉渣的组成、形状和数量;炉体温度分布等。烧嘴车才能彻底清理。磨损、损坏时,往往还表现在气化炉灰渣中残碳增3.2烧嘴进料控制中存在的问题加、工艺气中有效气组分降低、炉温升高、炉内温a)烧嘴进料前、煤浆流量计后的管线大量泄度分布不均等异常现象。漏时,煤浆流量计依然有指示流量,并且将流量信此外,烧嘴进料的控制也非常重要。烧嘴进料号送到DCS和FSC,气化炉不因为煤浆流量低或包括煤浆和氧的流量、压力、比例、浓度(纯度)等工氧碳比高而停车。事实上,此时通过烧嘴进入气化艺参数。通过控制进入烧嘴的各种物料的流量、压炉内的煤浆量减少,有可能导致气化炉过氧爆炸力、比例和浓度来保证气化炉内的正常化学反应b)煤浆管线压力降低,导致气化炉工艺气煤浆、氧气经过烧嘴倒流至煤浆管线时,煤浆流量2GE水煤浆烧嘴的 HAZOP分析计不因为物料反向而为“0”,气化炉联锁不能及时HAZOP分析是一种用于辩识设计缺陷、工艺动作使气化炉停车,导致烧嘴有爆炸危险过程危害及操作性问题的结构化分析方法,通过c)煤浆浓度变化。煤浆浓度一般采用人工间系列的讨论对工艺流程和操作规程进行分析。歇取样的方法分析(一般4h一次),没有在线的HAZOP分析小组分析每个工艺单元或操作煤浆浓度测量仪表。导致进烧嘴的煤浆浓度突然步骤,识别岀那些具有潜在危险的偏差,这些偏差降低时,气化炉有过氧爆炸的危险。2006年,南京通过引导词引岀。分析小组分析每个偏差的可能某煤气化装置操作人员误将煤浆冲洗水打开,导原因、后果和已有安全保护措施等,同时提岀应该致大量的水进入煤浆管线,经过烧嘴进入气化炉采取的措施。致使碳洗塔顶部发生强烈的爆炸。运用 HAZOP针对水煤浆气化装置进行了全d)烧嘴氧气泄漏。烧嘴氧气泄漏时,氧气流面分析,划分的节点有煤浆给料泵及其管线、氧气量计指示流量仍旧显示正常,但此时高纯度的氧管线、气化炉及其管线、气化炉烧嘴冷却水系统、气已泄漏到烧嘴周围大气中,进人气化炉的氧气碳黑水系统、灰水系统、锁斗系统、冷凝液系统、燃量减少。如果泄漏点周围有铁锈、油污等易燃物料气系统等,其中,涉及烧嘴的部分 HAZOP分析极易引发火灾中国煤化工CNMHG2010年第10卷第3期刘银波等GE水煤浆烧嘴安全监控的 HAZOP分析风险评价表1 HAZOP分析结果序号偏差原因后果保护措施建议措施1煤浆烧嘴压①炉头煤浆管线堵塞加剧烧嘴磨损,烧①压差报警器高限报警(5MPa)煤浆压差测压点易堵塞差大②烧嘴头部堵塞嘴头部偏流,导致②控制煤浆黏度ˆ00~1400建议参考煤浆流量情况③煤浆黏度过大雾化效果差停车检查烧嘴或管道④煤浆稳定性差2煤浆烧嘴压①烧嘴头部损坏,煤烧嘴雾化效果差,①压差报警器低限报警α 15MPa)①建议参考炉温、工艺气差小浆环隙加大严重时导致气化②煤浆分析8h一次(粒度、黏组分、烧嘴冷却水CO泄②煤浆浓度或黏度炉过氧度浓度、密度)漏在线监测及气化炉发气过低量考虑气化炉是否停车②加强进烧嘴的煤浆浓度控制3煤浆泵出口①煤浆管线大量泄漏工艺气和氧气的①压差报警器低报警(O.』5MPa)①增加流量计后面煤浆管线压力低②煤浆泵出口导淋阀混合气逆流,导致②￠Cπγ4h监控炉头煤浆管线的管线泄漏控制措施(低于气化炉误开煤浆管线、烧嘴爆③煤浆流量计反向指示为零②建议反向指示为零应操作压力)③XⅥ01及后部的炸或炉内爆炸④导淋阀挂禁动牌上锁,双人作为煤浆流量计采购的手阀同时误开操作基本技术要求4氧气流量大①进入烧嘴的煤浆气化炉超温,严重①通过在线监控烧嘴冷却水系建议提高烧嘴冷却水系流量突然减少时导致气化炉过统CO含量、烧嘴/氧压差来统一氧化碳检测仪灵敏②烧嘴氧环隙加大,氧确认氧环隙是否正常度与可靠性氧气阻力减少②人工每小时一次分析烧嘴冷却水系统CO含量5工艺气泄漏①烧嘴冷却水水量①高压工艺气窜①通过在线监控烧嘴冷却水系统烧嘴冷却水系统气水分到烧嘴冷却不足到低压烧嘴冷却CO含量确定烧觜是否泄漏离罐容易形成负压,取样水系统②烧嘴超期使用,烧水管线,严重时引②人工分析烧嘴冷却水系统CO时必须在分离罐充氮形嘴头磨蚀起爆管含量成正压,导致在线分析和③烧嘴雾化不好,火②泄漏的高温可③烧嘴冷却水水量低联锁烧嘴冷人工分析很难准确的检焰上移,烧坏烧嘴头燃工艺气容易着却水和气化炉停车测出真实的CO浓度。要火爆炸④烧嘴冷却水出口温度大于60℃求在检测仪的取样方法联锁烧嘴冷却水和气化炉停车和设备选型上做大的改⑤烧嘴冷却水跳车后切断阀关闭进4改进措施的电化学气体传感器改为红外吸收式气体传感4.1烧嘴监测环节器。红外吸收式气体传感器比电化学性质的气体a)进行操作优化或设备改造,消除烧嘴冷却传感器的使用寿命长,抗灰尘、水汽等能力相对较水分离罐形成的负压,保证充人的氮气流量稳定。强,具有制造容易、安装方便等优点,但受外界温目前已在分离罐底部排水管上増加了手阀,通过度波动影响较大,所以也需要一些温度稳定措施。手阀适当控制烧嘴冷却水分离罐的液位和排水流日前认为它比较适合于烧嘴的一氧化碳监测。速,低液位和快的排水速度容易导致分离罐负压。b)烧嘴压差设计一般采用一个点取样测量准备对烧嘴冷却水罐配管和设备本体进一步改准备采用3个压差测量点,采用三选二低联锁跳造,避免烧嘴冷却水罐液位和排水流量波动时由车,这样,烧嘴故障时,气化炉能及时停车,切断进于虹吸而产生负压烧嘴的各类物更换一氧化碳在线分析的检测形式,由原来42烧嘴进料V中国煤化工CNMHGSAFETY health ENVIRONMENT安全健康环境风险评价a)针对烧嘴进料前、煤浆流量计后的管线大还需要在烧嘴CO泄漏检测的有效性、烧嘴进料量泄漏时,传统的煤浆流量低气化联锁不能立即控制的可靠性、烧嘴耐热耐磨的局限性等多个方停车会导致高危险,建议考虑金陵石化采用的气面对烧嘴进行硏究化炉烧嘴压差三选二低联锁方式,该方法可以有效、及时地联锁停止气化炉进料,规避风险。6参考文献b)针对目前煤浆流量计反向流量不为“0”等1艾尔肯·牙森,何耀伟,孔晨辉·德士古气化炉烧嘴泄漏的监测问题,建议反向流量为“0”应作为选用煤浆流量计和判断[J大氮肥,2004,27(6:407~408的基本技术要求2王旭宾.德士古煤气化工程技术问题的探讨[煤气与热力,)加强技术管理和监督控制进烧嘴的煤浆3赵文芳,姜春明,李奇 HAZOP技术实施程序安全、健康和浓度。206年南京某厂因为冲洗水进入煤浆管线环境,2005,5(1):15-17引起爆炸后,同类型裝置都引起了足够重视,例如所有冲洗水都增设了盲板,建立了完备的煤浆浓HAZOP Analysis of the Burner in GE Coal度、黏度、稳定性分析制度,取得了很好的效果。Slurry to Gas Unitsd)加大硬件设施投人,加强炉头监控。除了在烧嘴附近安装一氧化碳检测仪,专门针对烧嘴 Liu yinbo, Wang Zuqian,LiQi, Wan Gujun,安裝监控视频,对烧嘴及周边进行24h监控之Zhang guangen外,在烧嘴周围修建挡火墙,给巡检的职工配备防(1 SINOPEC№ anjing Chemical Company Ltd, Jiangsu,火服、可燃气体检测仪、氧气检测仪、测温枪等工 Nanjing,2100具,建立烧嘴维护和监控体系。PEC Safety Engineering Institute, Shandong,e)烧嘴改进是安全的重点。目前,水煤浆烧 Qingdao,266071)嘴的连续运行时间约为60~90天,时间延长后, abstract:: This paper analyzes the burner in GE coal磨损和头部裂纹使烧嘴雾化功能减弱,并带来风 slurry to gas unit using HAZOP method, and identifies险,直接制约了单炉连续运行时间,所有的煤气化 its problems in monitoring and feed control.Its工厂都希望烧嘴连续运行时间在100天以上monitoring problems are the correctness of CO目前,烧嘴头部材料多采用GHI88或富含 concentration and burner pressures difference.ThUMCO-50的合金材料,使用寿命有限。2007年, feed control problems are the measurement defects of兖矿煤化工检修公司完成了耐磨陶瓷复合烧嘴的 coal slurry flow and concenπ ration, and oxygen flow研发和加速等离子激光喷涂工艺。投入运行的耐 At last, it offers some improvement measures for磨烧嘴创出连续运行超100天运行记录,并且获 theses problems得了两项国家专利。但日前此类烧嘴在国内尚未 Key words: burner in GE coal slurry to gas units被大幅推广。safety monitoring, HAZOP analysis HSE5结语GE水煤浆烧嘴是气化反应器的进料设备,直接关系到气化反应效率和安全稳定, HAZOP是种用于辩识设计缺陷、工艺过程危害及操作性问题的结构化分析方法。用 HAZOP分析方法对烧嘴设计、选材、使用、管理进行综合性安全分析,对预防、减缓和避免相关安全事故的发生很有帮助。目前,通过材料、安全监控、工艺联锁控制及工厂管理各个方面的改进,GE水煤浆烧嘴安全性能大幅度提高。但是,根据 HAZOP分析的结果,中国煤化工CNMHG2010年第10卷第3期