预防制氢装置火灾爆炸安全措施

摘要：文章以制氢装置为研究对象，从装置的物料、各系统入手，分析其物料及装置的火灾、爆炸危险性，制定相应的防火、防爆安全措施，以期从源头上降低制氢装置的火灾爆炸危险性，杜绝装置的火灾爆炸事故。

关键词：制氢装置 ；火灾爆； 分析； 安全对策

中图分类号：P624.8文献标识码：A 文章编号：

事故是由人的不安全行为和设备的不安全状态共同造成的。因此，在加强企业员工安全教育培训的同时，研究分析装置的危险性，可以为各级生产指挥者和业务部门提供环境安全参数信息，为指挥生产提供第一手资料，大大提高企业安全生产效率和安全管理水平，为我国危险化学品安全事业做出应有的贡献。

选取原料为天然气的制氢装置为研究对象，装置主要由转化炉、反应器、塔器、容器和冷换设备及其他辅助单元构成，在火灾危险性分类中属于甲类危险性装置。

1制氢装置物料火灾爆炸危险性分析

依据《石油化工企业设计防火规范》（GB50160-2008）和《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》（GB50058-92）的相关规定，装置属于甲类火灾危险装置。生产中的原料、产品及副产品相当大一部分为易燃、易爆介质，很多物料在生产过程中处于高温、高压环境中。从原料的输入直至产品的输出过程中，一旦存在设备、设施及管道密封不良，操作人员误操作，高温高压设备特别是压力容器工艺参数波动异常等原因，均可导致工艺介质泄漏，遇明火易引发火灾爆炸事故。制氢装置主要物料的火灾、爆炸特性表。

2 制氢装置火灾爆炸危险性分析

2.1 进料系统

装置原料气经原料压缩机升压后，压力为3.7MPa，其爆炸极限范围也相应扩大，一旦发生泄漏事故后，原料气会急剧膨胀，与空气混合后达到爆炸限度，一旦遇到明火后会发生爆炸。

若装置突遇停电、停汽、停车以及止回阀失灵会引起气体倒流发生爆炸事故。

2.2 脱硫部分

加氢反应器中存在原料气发生反应，介质主要为易爆易燃的烃类物料和氢气，而且操作温度高，压力大。如果反应器超温、超压，处理不当或不及时，将会使反应器及其附件发生开裂、损坏，导致泄漏而引发火灾、爆炸事故。

装置加氢反应后由于存在无机硫，存在设备腐蚀的隐患。一旦因设备腐蚀泄漏或操作失误、前后工序联系失调，造成可燃气体泄漏逸出，遇明火会导致火灾爆炸事故。另外，脱硫反应器以及管道内部表面，由于有H2S的作用会生成一层FeS，检修时若操作不当，遇空气可能发生自燃而引起火灾事故。

2.3 转化部分

转化反应中的物料主要为易燃、易爆物质，转化炉出口高达860℃的温度已经远远超过反应物料的自燃点。如果操作失误导致水碳比例控制过低、反应温度过高等原因，会造成转化反应管结碳，从而引起反应管局部过热烧穿，会发生物料泄漏。泄漏后的易燃易爆物料在空气中会发生自燃甚至爆炸。

转化炉炉管内充满了高温易燃、易爆的转化气。转化炉操作条件苛刻，如温度控制不好，超温严重时，会损坏炉管及催化剂，甚至可能发生炉管破裂、炉膛爆炸等事故。此外，硫化物等会引起催化剂中毒失效，蒸汽带水会导致催化剂水解而粉碎，催化剂积炭或活性下降后，致使转化过程出现恶化或局部过热，导致部分炉管表面过热，严重时会发生炉管破裂、引发火灾爆炸事故。

转化炉在开工点火时，若炉膛未进行置换或未置换干净，炉膛内存有可燃气体且在爆炸极限内，点火操作时会引发炉膛爆炸事故。转化炉在引入空气过程中，喷嘴流速过小或点火方式不对，会造成喷嘴烧坏和发生爆炸事故。装置运行中原料、燃料的波动，也会使转化反应变化迅速，不易控制而引发火灾爆炸事故。

2.4 中温变换系统

本系统火灾爆炸事故危险性很大，主要危险有：

（1）当转化气成为变换气后，会产生大量氢气。一旦因设备缺陷或开停车频繁、温度升降骤变等因素而引起泄漏，加之温度已超过氢气自燃点，高温可燃气体遇空气极易燃爆。

（2）当转化气中含氧量超过工艺指标时，在高温下会发生过氧爆炸。

（3）系统检修时，如果置换不合格或隔离不合要求，且违章动火，会引起爆炸事故。

2.5 PSA单元

（1）本单元物料均为易燃、易爆物质，其中脱附气密度比空气重，而氢气密度比空气轻，一旦发生泄漏，易燃易爆气体将布满整个空间，很可能发生火灾和爆炸。

（2）当气体氢气、氧气超压放空时，特别在雷雨季节，应避免闪电雷击，防止引发氢气发生火灾爆炸。

2.6 热回收及产汽系统

如果系统汽包液位控制仪表、低液位报警联锁系统失灵，可能会导致汽包液位过低，易造成干锅，可能会损坏设备、甚至发生爆炸。此外，如果安全阀发生故障也会引起爆炸事故。

系统中转化气废热锅炉属高温中压锅炉，其转化气温度高达850℃左右，废热锅炉运行中若存在水位过低、超温、超压等因素，会发生锅炉爆管事故。

2.7 冷换设备和容器

装置内冷换设备在生产过程中常会因腐蚀、安装质量差、热力作用等原因致使冷换设备浮头盖大法兰、进出口阀门、管线接口等处发生泄漏，且物料多具有易燃易爆性质，一旦遇明火或者容器超压时，都有发生火灾、爆炸的危险。

2.8 其它火灾、爆炸危险因素分析

制氢装置在日常运行时还存在生产设备故障、电气设备故障以及操作故障等原因引起的火灾爆炸危险事故，还有检、维修过程中引发的火灾、爆炸事故。

此外，装置中物料在由于管道中高速输送，会产生静电花火。静电火花是火灾、爆炸事故的点火源，尤其是当接地系统不完善时，易引发火灾爆炸事故。

3 安全对策

3.1 装置平面布置安全对策

（1）制氢装置属于甲类火灾危险性装置，设备平面布置满足《石油化工企业设计防火规范》（GB50160-2008）第4.2.12条的规定。

（2）装置内平面布置防火间距符合《石油化工企业设计防火规范》（GB50160-2008）第5.2.1条规定。

（3）装置的布置充分考虑防火、防爆所必需的安全间距，装置内设备与设备之间、设备与建、构筑物之间，以及装置与界区外相邻设备或建、构筑物之间的安全距离均满足现行防火、防爆规范的要求。

（4）为满足消防检修要求，装置周边厂区道路布置为环状，且装置距消防队的距离满足《石油化工企业设计防火规范》的要求。

3.2 装置工艺、设备安全对策

（1）原料气压缩机选用远程停车控制以及远程关闭物料阀门等措施，以便发生火灾时及时切断可燃物料。

（2）转化炉设长明灯并设置火焰监测器。

（3）为防止气体泄漏，可将重点设备气体放空或徘液阀及采样阀设置为双阀。

（4）氢气放空管设置阻火器，放空管有防雨雪侵入和杂物堵塞的安全措施。

3.3 电气、仪表及自控安全对策

（1）增设人体防静电安全措施，工作人员进入装置区必须穿着防静电工作服及防静电鞋，在装置操作平台、梯子入口或平台处设置消除人体静电的安全设施。

（2）为防止氧含量超标发生爆炸，在变压吸附单元设置在线氧含量分析仪，实时监测分析氧含量。

（3）巡检人员配备便携式可燃气体检测报警仪。

（4）装置内动力线路均选用阻燃式电缆配电，敷设方式采用沿桥架架空敷设，局部穿钢管埋地敷设。

（5）为有效预防火灾发生，及时监测和通报火情，装置内设置催化燃烧式可燃气体探头以及火灾自动报警系统。

3.4 消防系统

（1）在加热炉、热油泵以及管桥下部设置消防软管卷盘。

（2）装置内立式设备的平台和多层框架平台的各层（或隔层）设有半固定式灭火蒸汽接头，设备区和操作温度超过介质自燃点的设备附近设半固定灭火蒸汽接头；管桥下设公用工程软管站，所有这些接头的阀门都布置在明显、安全和方便操作的地点。

（3）为扑灭装置初期火灾或零散火灾，提高灭火灵活性，根据装置内设备的平面设置，设置手提式干粉灭火器、推车式干粉灭火器以及手提式二氧化碳灭火器。

4 结论

安全生产是事关国家和人民的财产和生命的安全，特别是石化企业的火灾爆炸事故影响社会稳定和行业的健康发展[1]。通过对制氢装置火灾、爆炸危险性的分析，制定可操作性的安全措施，将装置火灾、爆炸危险性降到最低，促进我国石化行业安全、健康发展。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。