天然气装置HAZOP分析.docx
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天然气装置HAZOP分析
2分析目的、范围及依据
某有限责任公司根据自身业务发展需求，本着一贯重视安全生产、提高安全水平的企业策略，委托内蒙古吉安劳动安全评价有限责任公司对在役年产3.5万吨液化天然气装置进行HAZOP分析，用以辨识和评价可能存在的安全隐患，并基于HAZOP分析的成果而完善安全措施。
内蒙古吉安劳动安全评价有限责任公司从HAZOP分析的基本要求出发，根据某有限责任公司提供的相关资料，以及年产3.5万吨液化天然气装置的工艺特点和现场实际状况开展了该装置的HAZOP研究分析，双方共同确定了本次HAZOP研究分析的目的及范围。
2.1分析目的
某有限责任公司年产3.5万吨液化天然气装置HAZOP分析的目的是:
1.辨识工艺系统中可能存在的安全隐患，即发生工艺偏差的起因和所导致的不利后果。
2.评估该装置设计的安全防护措施（预防、检测、控制和缓解等措施）的充分性。
3.针对该装置可能出现的问题，提出改善建议，采取针对性强的安全防护措施，以使工艺系统更加安全、可靠。
2.2分析范围
本次HAZOP分析的工作范围为某有限责任公司年产3.5万吨液化天然气（简称LNG）技术改造项目装置主体工艺系统。
通过认真分析、讨论后按照工艺单元将LNG装置划分为5个分析节点，分别为：
1.净化系统
2.导热油炉系统
3.压缩系统
4.液化系统
5.储运系统
表2-1分析范围（PID）明细表
序号
P&ID图号
P&ID名称
1
2014-024设（X01）-011-01-02-03-01/02
CO2脱除工艺流程图
2
2014-024设（X01）-011-01-02-03-03
MDEA再生工艺流程图
3
2014-024设（X01）-011-01-02-03-04/05
脱水工艺流程图
4
2014-024设（X01）-011-01-02-03-06~08
压缩工艺流程图
5
2014-024设（X01）-011-01-02-03-09~11
液化工艺流程图
6
2014-024设（X01）-011-01-02-03-12~15
罐区工艺流程图
7
2014-024设（X01）-011-01-02-03-16
装车鹤管工艺流程图
8
无
导热油炉工艺流程图
2.3分析依据
2.3.1国家法律
《中华人民共和国安全生产法》国家主席令[2014]第13号
《中华人民共和国特种设备安全法》国家主席令[2013]第4号
2.3.2行政法规
《危险化学品安全管理条例（国务院令[2013]第645号修订）》国务院令第591号
《国务院关于修改部分行政法规的决定》国务院令第645号
《安全生产许可证条例（国务院令[2014]第653号修订）》国务院令第397号
2.3.3部门规章
《国家安全监管总局关于公布首批重点监管的危险化工工艺目录的通知》
安监总管三[2009]第116号
《国家安全监管总局关于公布第二批重点监管危险化工工艺目录和调整首批重点监管危险化工工艺中部分典型工艺的通知》安监总管三[2013]3号
《国家安全监管总局关于公布首批重点监管的危险化学品名录的通知》
安监总管三[2011]第95号
《国家安全监管总局关于公布第二批重点监管危险化学品名录的通知》
安监总管三[2013]第12号
《国家安全监管总局办公厅关于印发首批重点监管的危险化学品安全措施和应急处置原则的通知》
安监总厅管三[2011]第142号
《危险化学品目录》（2015版）
国家安全生产监督管理总局等部门公告2015年第5号
《关于印发危险化学品目录（2015版）实施指南（试行）的通知》
安监总厅管三[2015]80号
《危险化学品重大危险源监督管理规定（国家安监总局令[2015]第79号修）》
国家安监总局令[2011]第40号
2.3.4国家标准、规范
《危险与可操作性分析（HAZOP分析）应用导则》AQ/T:
3049-2013
《危险化学品重大危险源辨识》GB18218-2009
《石油化工企业设计防火规范》GB50160-2008
《工业企业总平面设计规范》GB50187-2012
《化工企业总图运输设计规范》GB50489-2009
《工业企业设计卫生标准》GBZ1-2010
《生产过程安全卫生要求总则》GB/T12801-2008
《生产设备安全卫生设计总则》GB5083-1999
《火灾自动报警系统设计规范》GB50116-2013
《电气设备安全设计导则》GB/T25295-2010
《通用用电设备配电设计规范》GB50055-2011
《供配电系统设计规范》GB50052-2009
《低压配电设计规范》GB50054-2011
《爆炸危险环境电力装置设计规范》GB50058-2014
《工业场所有害因素职业接触限值第1部分:
化学有害因素》GBZ2.1-2007
《工业场所有害因素职业接触限值第2部分:
物理因素》GBZ2.2-2007
《建筑设计防火规范》GB50016-2014
《建筑灭火器配置设计规范》GB50140-2005
《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010
《建筑抗震设计规范》GB50011-2016
《固定式钢梯及平台安全要求第1部分:
钢直梯》GB4053.1-2009
《固定式钢梯及平台安全要求第2部分:
钢斜梯》GB4053.2-2009
《固定式钢梯及平台安全要求第3部分:
工业防护栏杆及钢平台》GB4053.3-2009
《易燃易爆性商品储藏养护技术条件》GB17914-2013
《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》GB50493-2009
《生产经营单位生产安全事故应急预案编制导则》GB/T29639-2013
《危险化学品重大危险源安全监控通用技术规范》AQ3035-2010
2.3.5企业提供的主要依据
1.《某有限公司3.5万吨/年天然气液化技术改造项目操作规程》
2.《某有限公司3.5万吨/年天然气液化技术改造项目安全设施竣工验收评价报告》
3.《某有限公司3.5万吨/年天然气液化技术改造项目危险化学品重大危险源评估报告》
4.《某有限公司3.5万吨/年天然气液化技术改造项目职业病危害预评价报告》
5.《某有限公司3.5万吨/年天然气液化技术改造项目应急救援预案》
6.装置工艺流程图（PID）:
（1）CO2脱除工艺流程图图纸编号:
2014-024设（X01）-011-01-02-03-01/02
（2）MDEA再生工艺流程图图纸编号:
2014-024设（X01）-011-01-02-03-03
（3）脱水工艺流程图图纸编号:
2014-024设（X01）-011-01-02-03-04/05
（4）压缩工艺流程图图纸编号:
2014-024设（X01）-011-01-02-03-06~08
（5）液化工艺流程图图纸编号:
2014-024设（X01）-011-01-02-03-09~11
（6）罐区工艺流程图图纸编号:
2014-024设（X01）-011-01-02-03-12~15
（7）装车站工艺流程图图纸编号:
2014-024设（X01）-011-01-02-03-16
（8）导热油炉工艺流程图图纸编号:
无
3建设项目概述
3.1装置简介
某有限责任公司年产3.5万吨LNG装置共计两条生产线，单线生产规模均为1.75万吨/年。
项目采用成熟的醇胺法（即MDEA）来脱除原料气中酸性气组分，能可靠达到CO2、H2S脱除的深度；采用分子筛吸附脱水法，保证深度脱水；采用俄罗斯深冷机械制造股份公司提供的高压射流液化工艺。
项目充分吸收国内外先进的液化工艺和生产经验，设计简单、可靠并且易于操作，能耗低、占地面积小。
其工艺技术水平在国内较为成熟，运
行安全可靠，三废达标排放，单位能耗达到国内先进水平。
本项目主要生产装置包括:
工艺装置区（原料气预处理、压缩及液化装置）、LNG罐区、LNG装车区。
公用工程及辅助生产装置包括:
循环水、消防水池、空压站、锅炉房、库房/维修间、变配电所、控制室、办公楼等。
本项目装置组成见表3-1。
表3-1装置组成
项目名称
某有限责任公司3.5万吨/年天然气液化技术改造项目
设计规模
日处理天然气15.46×104Nm3/d
生产装置
CO2脱除单元
胺液（甲基二乙醇胺（MDEA））吸收法脱除CO2,包括胺吸收、塔吸收、胺的再生。
脱水单元
4A分子筛作为脱水吸附剂
压缩单元
天然气压缩
液化单元
天然气液化
产品储存及装运
100m3LNG立式储罐12套，3台装车鹤管。
公用及辅助生产装置
氮气站
设置一套10m3液氮低温储罐及液氮汽化装置。
供热供汽
本系统由一台120万卡/小时双温导热油锅炉和一台0.35MW热水锅炉组成。
导热油锅炉主要是供给净化装置热量；热水炉主要是通过管网给厂区各个房间供暖及氨气加热。
蒸汽锅炉、热水锅炉燃料均由原料气提供。
给水
正常生产过程中生产、生活用水总量为3.00m3/d,水源采用政给水管网，供水量按最大小时用水量6.00m3/h设计，压强≥0.25MPa.
排水
生产废水中压缩机油水分离沉降出来的含油污水，采用管道闭输送排入厂内隔油池内，定期集中处理；生活污水经化粪池局部处理后，排入市政污水管网；雨水通过雨水口收集后，由雨水管网排出站外。
供配电系统
电源由当地供电部门提供一路10kV架空专线电源。
装置物料平衡见图3-1。
某有限责任公司3.5万吨/年天然液化技术改造项目主要建构筑物包括门卫（地磅）室、地磅、LNG装车罩棚、LNG装车台柱、LNG围堰区、敞口式隔油池、消防水池、消防泵房、深冷厂房、制冷机房、风冷器区块、压缩机房、中控室、辅助用房等。
厂区具体平面布置如下:
在原CNG母站西侧从北向南依次为LNG装车区、LNG罐区。
在原CNG母站南侧由西向东依次为消防水站、消防水泵房、深冷厂房、冷却循环区、压缩机房、预处理区。
原CNG母站南侧最东边为厂前区，分为南北两部分，北边为锅炉房、空压站，南边为中控室、配电室、值班室等。
LNG装置产能消耗情况如下表：
表3-2产能消耗表
序号
项目名称
单位
指标
备注
一
产品规模
1
LNG
万吨/年
3.5
二
主要原辅材料、燃料用量
1
天然气
104Nm3/d
15.46
2
MEDA
kg/d
3
3
活化剂
kg/d
0.12
4
4A分子筛
kg/a
2880
5
硫基活性炭
kg/a
310
6
活性炭
kg/a
368
三
动力消耗量
1
供水（新鲜水）
t/h
3.0
最大用水量
t/d
3.0
装置开车补水时
平均用水量
t/d
2.4
2
电
Kw.h/h
5132
3
燃料天然气
Nm3/h
163
LNG工厂全年设计开工天数为330天，生产为24小时生产,生产岗位为8小时/班。
生产人员实行四班制，辅助生产人员两班制，管理技术人员一班制。
3.2工艺原理及流程
某有限责任公司LNG装置以天然气为原料,经过脱除杂质、干燥、压缩、液化等步骤，得到最终产品液化天然气（LNG）。
装置设计规模:
日处理天然气气量15×104Nm3/d;LNG产品量3.5×104t/a。
1.工艺流程方框图：
2.产品及产量：
产品及产量见表3-3。
表3-3产品产量
序号
物料
单位
数量
1
液化天然气
104t/a
3.5
3.2.1工艺原理
天然气液化是指依据原料天然气的组成不同，选择合适的净化工艺,通过预处理脱除其中的二氧化碳、硫化氢、水份、重烃和汞等杂质,然后通过低温冷冻工艺降温使其变为液体。
脱除二氧化碳、水份等杂质的目的有三:
一是避免因低温下冻结而堵塞设备和管道，保证液化装置的正常运行;二是提高天然气的热值，满足气体质量标准;三是防止设备和管道腐蚀。
本装置设计原料天然气组成如下:
表3-4原料气组成表
组份名称
组成（mol%）
甲烷
92.99
乙烷
4.173
丙烷
0.759
异丁烷
0.126
正丁烷
0.126
异戊烷
0.054
正戊烷
0.024
己烷以上
0.0410
二氧化碳
0.902
氮
0.744
氦
0.040
氢
0.018
硫化氢
/
1.CO2脱除
C02是一种酸性气体,凝华温度-78.5℃,在LNG装置中,它易成为固相析出堵塞管道,同时二氧化碳不燃烧、无热值，输送和液化其是不经济的。
H2S也是一种酸性气体,凝固点-85.06℃,具有致命的毒性，对金属具有腐蚀性。
本装置采用弱碱性溶液MDEA在高压常温下将天然气中的CO2和微量H2S吸收脱除,然后利用低温有利于吸附、高温有利于再生的原理循环利用MDEA溶液。
MDEA即N-甲基二乙醇胺，分子式为CH3-N（CH2CH2OH）2，简写为R1R2R3N;分子量119.2，沸点246～248℃，闪点260℃，凝固点-21℃,汽化潜热519.16KJ/Kg，能与水和醇混溶，微溶于醚。
在一定条件下,对二氧化碳等酸性气体有很强的吸收能力,而且反应热小，解吸温度低，化学性质稳定，无毒、不降解。
吸收H2S的机理:
H2S+R2NCH3=R2NCH3H++HS-
反应是瞬间可逆反应,为气膜扩散控制，反应速度无穷大。
吸收CO2机理:
纯MDEA溶液与CO2不发生反应,其水溶液与CO2可按下式反应:
CO2+H20==H++HCO3-①
H++R2NCH3==R2NCH3H+②
式①受液膜控制,为极慢反应，式②则为瞬间的可逆反应,因此①就成为CO2与MDEA反应的控制步骤,在一定的条件下就能达到选择脱除CO2的目的。
为了加快吸收和再生速率,在MDEA溶液中会添加少量哌嗪等化学物质，作为与CO2进行微弱反应的活化剂或缓蚀剂。
胺液再生采用减压闪蒸和汽提的方法。
汽提是一个物理过程，原理是通过加热破坏气液两相平衡而建立一种新的气液平衡状态,使溶液中的某一组分由于分压降低而解吸出来，从而达到分离物质的目的。
通过控制汽提介质的量可以控制汽提程度。
2.脱水
脱碳后的原料天然气中一般都含有饱和量的水蒸汽,温度低于零度时,在液化装置中将以冰或霜的形式冻结在换热器的表面和节流阀的工作部分。
此外,水与天然气在低温、高压下还可形成天然气水合物（俗称可燃冰），这是一种半稳定的固态化合物,其形成温度与原料天然气的组分、重烃含量和压力有关,它也会增大输气阻力,严重时还会堵塞阀门和管道。
天然气脱水采用三固定床吸附塔,以4A分子筛作为吸附剂,一塔进行膜水和脱重烃,一塔进行吸附剂的再生、一塔进行再生气的干燥。
A、B塔切换操作,吸附周期为8h,净化后的原料气出口含水量≤1ppm、C6+重烃含量≤100ppm。
净化系统再生加热所需要的热量均由导热油炉供给。
导热油炉以天然气为燃料,以导热油为循环介质供热。
分子筛是一种人工合成的、具有微孔型立方晶格的硅铝酸盐。
分子直径小于分子筛晶体孔穴直径的物质可以进入分子筛晶体从而被吸附。
装置所采用的4A分子筛吸附水、甲醇、乙醇、硫化氢、二氧化硫、二氧化碳、乙烯、丙烯等,对水的选择吸附性能高于其他分子。
重烃是指天然气中C5以上的烃类,在烃类组分中,当其相对分子质量由小到大时，相应的沸点则由低到高变化。
在冷凝天然气的循环中,重烃先被冷凝，若不将其分离,则可能会冻结而堵塞设备和管道。
汞（包括单质汞、汞离子、有机汞化合物）会严重腐蚀冷箱中的铝制设备,尤其是液态汞的腐蚀作用远远大于汞蒸汽。
装置所采用的脱汞吸附剂是一种用硫磺浸渍的颗粒状的活性炭;脱汞原理是活性炭中的硫与汞反应生成硫化汞,硫化汞停留在活性炭载体中，从而实现脱汞目的。
3.压缩
往复压缩机是通过活塞或隔膜在气缸内作往复运动来压缩和输送气体的压缩机。
往复式压缩机主要由三大部分组成:
运动机构（包括曲轴、轴承、连杆、十字头、联轴器等），工作机构（包括气缸、活塞、气阀等），机身。
此外，压缩机还配有三个辅助系统:
润滑系统、冷却系统以及调节系统。
活塞在气缸内做周期性往复运动时，活塞与气缸组成的空间（称为工作容积）周期性地扩大与缩小。
当空间扩大时，气缸内的气体膨胀，压力降低，吸入气体；当空间缩小时，气体被压缩，压力升高，排出气体。
活塞往复一次，依次完成膨胀、吸气、压缩、排气这四个过程，总称为一个工作循环。
当要求压力较高时，可以采用多级压缩。
从净化系统来的天然气进入联合压缩机。
经压缩机升压至20MPa;深冷装置中未液化的天然气返回压缩机，与原料气在压缩机二级汇合并压缩后去往深冷液化单元。
4.液化
天然气液化是一个深冷过程，原料气经预处理后，进入深冷换热器进行低温冷冻循环，冷却至-162℃左右液化。
目前常用的液化工艺根据制冷方式分主要有三种:
级联式制冷工艺；混合制冷工艺;膨胀制冷工艺。
本项目选用了高压射流液化工艺，其技术成熟并得到国内外广泛采用，目前仍属于中小型LNG液化项目采用的主流应用流程。
本装置液化采用俄罗斯深冷机械制造股份公司yCIIT-3.0两套天然气液化设备，设备采用的是高压射流液化工艺，主要由制冷系统与天然气液化系统两部分组成。
高压射流制冷液化工艺具有装置模块化、没有运动部件、没有冷剂消耗、B0G气经冷箱再液化减少排放、启停时间快等特点。
经过压缩机升压后的高压天然气进入冷箱，在液化冷箱中，气体依次在预冷换热器、制冷机蒸发器和换热器中冷却，之后气流进入引射器进行膨胀。
膨胀后进入分离器。
分离出的LNG通过输送泵输送到储存系统，气体则由引射器吸出。
分离器气相作为回流进入换热器进行冷量回收后进入压缩机压缩。
制冷机给冷箱提供外部预冷量，向换热器A2输送-40℃的液态制冷剂四氟乙烷，使天然气经过换热器冷却后的温度降到-35℃。
5.LNG储存
冷箱出来的LNG经输送泵加压后进入低温LNG压力储罐。
LNG储罐为100m³地上式正压珠光砂绝热压力储罐，内壳设计压力0.53MPa,两层壳体间装填有保冷材料。
在储存过程中，环境会不断向储罐传递热量，引起储罐内部分LNG蒸发，从而导致储罐内压力升高。
为了确保LNG的安全存储，把LNG贮槽内的少量汽化产生的蒸发气返回冷箱流程中液化。
罐区设有LNG装车泵用于装车。
6.放空
LNG工厂安全放空装置是由阻火器、液化天然气储罐EAG空温式复热器、冷箱液化天然气EAG空温式复热器、放空总管、管线阀门管件连接而成。
当LNG储罐内气相空间超压，蒸发气压力超过泄放阀设定值时，罐内多余蒸发气将通过泄放阀进入放空立管；当发生诸如翻滚现象等事故时，大量气体通过汽化器换热到升温后放空。
7.给排水
（1）给水系统
①水源
本项目生产、生活用水由中石油昆仑燃气有限责任公司苏里格分公司CNG母站供水管网及其附属设施供给，给水系统分为生活给水系统、生产给水系统。
②生活给水系统
生活给水系统最大日用水量为1.8m³/d,最大时用水量0.2m³/h。
生活给水系统的供水压力为0.3~0.4MPa（G）。
③生产给水系统
生产给水系统主要包括消防水池补水、脱盐水站补水、工艺装置区用水。
生产给水系统为消防水池提供补水，全厂设埋地式钢筋混凝土消防水池一座，有效容积为1500m³，分别分为两格。
按48小时补满考虑，最大小时用水量31m³/h。
生产给水系统为脱盐水站提供补水，最大日用水量1.8m³/d,最大小时用水量0.5m³/h。
工艺装置冲洗水主要为工艺装置区、装车站等提供冲洗水。
（2）排水系统
①生活污水系统
生活污水排水系统主要受纳全厂各单体卫生间卫生器具排水、办公楼厨房排水、淋浴间排水等，采用重力流排放。
厨房废水排入生活污水排水系统前需做隔油处理。
全厂生活污水经化粪池局部净化后排至市政污水管网。
②清洁雨水系统
雨水系统:
屋面雨水散排至站内地坪；站区地面雨水通过散排或者经雨水明沟汇集，经重力自流排出站外。
消防水池泄空水、锅炉房经排污降温池排水、LNG储罐区集液坑及废水收集池未受到污染的清净下水收集后排入厂区雨水管网。
LNG主生产装置区、LNG罐区、LNG装车区均设有集液坑。
雨水由地面排水沟收集排至各自的集液池，若度水收集池水质未受污染则直接排入厂区雨水系统。
③生产废水排水系统
生产废水排水系统收集全厂生产废水及污染区域的初期雨水。
生产废水主要有:
LNG主装置区地面冲洗水；雨水。
项目生产废水均为轻度污染废水，主要污染物为冷箱残液、无机盐、悬浮物等，若达到综合污水排放标准的一级排放标准，直接排至厂区雨水总管，若达到综合污水排放标准中的三级标准，则排至厂区污水总管。
④严重事故污水排放
本项目最严重事故为LNG储罐发生火灾，LNG罐区消防设施有室外消火栓、固定式水冷却系统、自动干粉灭火系统及灭火器。
事故发生后产生的最大消防废水量约为1307.95m³，消防废水通过实时水质监测，水质达到排放标准时由防爆潜水泵直接提升至厂区雨水排水管网；监测水质不达标时，现场手动切换防爆潜水泵将消防废水提升至废水收集池，待水质达标后再切换回雨水管网。
消防废水主要收集在罐区围堰中。
8.供气系统
（1）仪表风
空压站主要包括压缩和干燥两部分。
利用空气良好的流动性以及远远大于液体的压缩性，通过压缩机对空气进行压缩。
过程中利用了空气中水的饱和蒸气压和温度、压力之间的对应关系，使空气中的部分水份在管道中冷凝，通过排污管线排出。
空气干燥装置是利用干燥剂（分子筛或氧化铝）对水的选择性吸收能力强的特性，使得水汽附着在吸附剂的表面，从而达到将空气中水份脱除的目的。
本仪表风空气系统设置2台空气压缩机（一用一备），提供压力为0.5~0.8MPa、露点温度≤-40℃、无油无尘的压缩空气。
来自压缩机的压缩空气分别经管道进入缓冲罐，缓冲罐的作用是避免后面干燥部分受脉动气流固频冲击。
来自缓冲罐的压缩空气经C级过滤器、吸附式干燥器、T级过滤器、A级过滤器进行干燥和净化，然后进入仪表空气管网系统。
本装置仪表空气用量95.48Nm³/h,设备组成如下:
表3-5空压站设备一览表
序号
名称
规格
数量
备注
1
空气压缩机
电机功率:
15kW排气量:
2.5m3/min
2
一用一备
2
冷干机
电机功率:
0.82kW额定处理气量:
2.8m3/min
工作压力:
0.2-1.0MPa温度:
≤80℃
1
3
吸干机
额定处理气量:
2.7m3/min工作压力:
0.2-1.0MPa进口
温度:
≤45℃
1
4
空气储罐
Φ145×2896设计压力:
0.88Mpa
设计温度:
110℃
2
（2）氮气
本项目设置一套10m³液氮低温储罐及液氮汽化装置。
液氮升温气化后供给各单元作密封、吹扫、置换、加压使用，同时还可作为仪表风的备用气源。
其中脱碳开车用量100m³/h;预处理补充用气5m³/h;用于填充0II-3.0的氮气
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