您好,欢迎来到刀刀网。
搜索
您的当前位置:首页基于HAZOP与LOPA的锅炉水处理系统风险评估方法及应用

基于HAZOP与LOPA的锅炉水处理系统风险评估方法及应用

来源:刀刀网
化 ・576・ 工 进 展 201 5年第34卷第2期 CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 基于HAZOP与LOPA的锅炉水处理系统风险评估方法及应用 李慧领 ,江楠 ,张建 ,邓波。 ( 华南理工大学化工机械与安全工程研究所,广东广州510641; 广东省特种设备检测研究院佛山检测院 广东佛山528000) 摘要:针对电站锅炉产能关键环节的水处理系统,从化工过程安全的视野提出将危险性和可操作性分析(HAZOP) 与保护层分析(LOPA)法用于锅炉水处理系统防腐阻垢性能风险评估中,并对LOPA的基本程序和计算步骤作 了新的注解。以锅炉水处理剂处理后的水质不达标等为初始事件,分析失效后果并计算事故后果概率,最后,对 比分析采取本质更安全设计等保护层前后的风险等级值,确定是否需要增加其他的安全措施。结合LOPA法,将 人本管理思想融入企业风险管理,在风险决策方面给出合理可行的建议。结果表明:利用LOPA法进行锅炉水处 理系统防腐阻垢性能的风险评估是可行的,给出的建议措施可降低风险;将LOPA法融入锅炉产能环节的HAZOP 分析中,能进一步丰富HAZOP的分析结果;“保护层分析十风险评估+人本管理”可成为有效的安全管理新途径。 关键词:水处理系统;结垢腐蚀;保护层分析;安全对策;人本管理 中图分类号:X 928 文献标志码:A 文章编号:1000—6613(2015)02—0576—06 DoI:10.16085/j.issn.1000—6613.2015.02.044 HAZOP&LOPA based method and its application for risk assessment in the boiler water treatment system L1Huiling ,JIANGNan ,ZHANGJian ,DENG Bo ( Institute ofChemicalMachinery andSafetyEngineering,SouthChinaUniversity ofTechnology,Guangzhou 51064l, Guangdong,China; Institute ofFoshan Inspection,Guangdong Special Equipment Inspection and Research Instiute,t Foshan 528000,Guangdong,China) Abstract:In order to solve problems in water treatment system of the power station boiler,a new method using the HAZOP and LOPA in risk assessment for anticorrosion and scale inhibition properties was proposed in this paper.The basic principles and calculation steps of LOPA were annotated.The consequence of the hazard scenario was determined by calculating the probability of accidents.And speciic ifmplementable recommendations were provided by comparing the risk levels of independent protective layers system and ordinary system.The results showed that the LOPA method in risk assessment for anticorrosion and scale inhibition properties of boiler was feasible,and that recommended measures can reduce risk.Therefore,LOPA can further enrich HAZOP analysis results when introduced into boiler capaciy tlink,and layers ofprotection nalaysis risk assessment combined wih thumanistic management could be a new nd aeffective securiy tmanagement model used by energy enterprise. Key words:water treatment system;scaling and corrosion;layers ofprotection analysis(LOPA); safety countermeasures;humanistic management 锅炉用水的质量严重影响着锅炉的安全与运 行,水质不良将导致锅炉管道的结垢和腐蚀,直接 影响锅炉的热效率和材料强度,缩短锅炉寿命甚至 收稿日期:2014—07.09;修改稿日期:2014—08.12。 第一作者:李慧领(199O一),男,硕士研究生。E—mail bigboy901@126. corn。联系人:江楠,教授,主要从事化工机械技术及安全管理理论 方面的研究。E—mailjnscut@126.com。 ・578・ 1 2 3 4 5 6 化 工 进 展 2015年第34卷 熟悉工艺过程,收集资料 工艺流程图(process flow diagrams,PFDs),工艺和设备图(piping and instrumentation diagrams,P&IDs),设计资料、运行记录、泄压阀设计和检测报告等 选定事故场景 由危险及可操作性研究(HAZOP)等的分析结果产生 辨识起始事件,中问事件和后果事件的发生频率 确定潜在事故的后果及其等级 评估事故场景风险 根据每个事件的发生频率,计算未减轻事件的发生频率并确定潜在风险等级 包括事故对人员、设备、环境和社会的影响 列举所有的保护层措施,根据保护层失效概率,计算减轻事件的剩余风险及其 等级 提出切实可行的安全对策措施 若剩余风险达到可接受水平,则不需进一步采取安全措施 事件概率和失效概率均可以通过统计资料的分析和 技术判断获得[1o]。 在LOPA分析中,未减轻事件是指未考虑任何 安全措施而发生事故的事件,其风险称为潜在风险; 水)中加入氨水,将pH值调整至8.8 ̄9.3,使用联 胺除氧、磷酸三钠除盐,分别由加药泵连续加入汽 包。整套装置由原水过滤单元、凝结水除盐单元、 除氧及炉水加药单元等组成,见图1。 减轻事件是指采取保护层措施后,发生事故的 事件,其风险称为剩余风险¨ 。首先分析事件链的 发展过程及各事件概率,确定未减轻事件的潜在风 险水平;然后分析保护层措施及其失效概率 (PFD),确定减轻事件的剩余风险水平。本文作者 根据文献[12]相关结论,对未减轻事件和减轻事件 发生频率的计算公式进行了优化,如式(1)、式(2)。 3 =Ⅱ l J (1) A=厂C× PFD, (2) 图1 高压煤粉锅炉水处理工艺流程简图 式中,厂C是未减轻事件发生频率,a- ; 是始 发事件、条件事件、后果事件发生频率,a_ ;厂R是 减轻事件发生频率,a- ;PFDj是各保护层措施 (IPLs)失效概率,a- 。根据表1,由事故后果的 2.1锅炉水处理系统HAZOP分析 将锅炉水处理工艺各个单元如补给水处理系 统、凝结水处理系统、给水及炉水加药系统等划分 为节点,节点划分详见图1。对各节点的偏差、原 严重等级和事故发生频率等级计算事故的风险等 级,然后从表3t¨ 可获悉与之对应的建议措施。 因、后果、保护措施进行详尽的分析。该系统的 HAz0P分析结果举例见表4。 2.2锅炉水处理系统LOPA分析 2 LOPA法应用于锅炉水处理系统 本文以某电厂高压煤粉锅炉的水处理系统为例 进行风险评估。该锅炉规格为220t/h、9.8 1MPa,其 水处理工艺为:经过除氧器出口向锅炉给水(脱盐 表3风险等级划分及应对措施【 风险等级 I l~5 II 6~8 经该厂风险管理层资料调查和会议讨论后决 定:采用新型EWPT-6207/6351锅炉水处理剂替代 原用的水处理剂(氨水、联胺和磷酸盐),在锅炉运 行过程中对给水和炉水的水质状况进行日常监测, 并对设备实施状态检修。如果1级防护层——锅炉 水处理剂失效,将引起水质不良,造成管道等腐蚀、 阻垢,腐蚀会引起炉管耐压强度下降,阻垢会引起 流体阻力的增加,当腐蚀、阻垢进行到一定程度时, 锅炉内压力的增加(但压力小于安全阀的开启压 力),甚至正常运行时的压力都可能引起爆管等事件 的发生。因此,风险管理层慎重考虑后,认为应把 应对措施 无需采取安全措施 非强制性的;在条件允许时应采取安全措施 计划内采取安全措施(如生产装置/设施进行检修时) 立即采取安全措施 III 9~11 IV 12~13 第2期 李慧领等:基于HAZOP与LOPA的锅炉水处理系统风险评估方法及应用 ・579・ 水质日常监测和状态检修作为2级和3级保护 层[ 引。 施是否有效、是否需增加新的安全措施等。本文根 据文献[131中关于各初始事件的统计资料和技术判 断,在HAZOP分析后,对事故场景——“水质不良 导致蒸汽品质降低和锅炉结垢腐蚀”的发展过程及 各阶段风险数据进行了LOPA分析,详见表5。 由表5可知,该事故场景的未减轻事件频率 (2.OOx10 )超过了风险可接受值(1.OOx10 ), 因此,需要补充其他安全措施或变更工艺;当采取 了“EWPT_6207/635l锅炉水处理剂、水质日常监测 和状态检修”3级保护层后,该事故场景的风险 发生频率从2.00x 10 明显地降低到了2.00x 10一, 风险等级从7级降为4级,剩余风险被控制在可接 受范围内。分析结果表明:此3级保护层己控制风 险,不需要增加其他的安全措施。由此可见,LOPA 分析进一步丰富了水处理系统的HAZOP分析结 果,并且能够提出切实可行的安全对策措施。由 LOPA法丰富后的HAZOP分析结果(部分)见表6。 EwPT水处理剂避免了原药剂带来的负面影 响,可有效稳定控制给水pH值,尽可能清除溶解 氧,将蒸汽中的钠、硅等指标控制在规定的范围内, 保证炉水的良好品质。另外,风险管理层摒弃传统 的定期检修制度,采用状态检修。因EWPT水处理 剂于其他保护措施,是专门针对控制腐蚀结垢 而设计,同时对其进行定期的审核与检验,故属于 本质安全设计保护层【l J;水质日常监测与设备状态 检修有足够的响应时间,且任务具有单一性和可操 作性,故属于操作人员行动保护层。其中,EWPT 锅炉水处理技术的PFD为0.02,水质日常监测与设 备状态检修的PFD均为0.1 引。 表4虽然给出了水处理系统水质不良等偏差的 原因、可能导致的后果及已有的安全措施,但看不 到以下信息:事故场景的风险水平是多少、安全措 表5水处理系统的LOPA分析结果(部分) 水质不良锅炉管3 1.OOx 1.O0 原药剂 l-锅炉l0 X10— 失效 2.OOxi0 1一爆管爆炸2.00 事故 1.00xl0-2 ×l0 5 7 EWPT-6207/ 2.00 2 xl0 4 新增的3 级保护层 可控制风 造成结生水道结垢腐 出现结 垢腐蚀1.O0 6351替代原 药剂 垢、腐蚀材蚀导致爆 质,发生爆管爆炸事 管爆炸和伤故和人员 亡 伤亡 水质日常监 测 险,无需 其他安全 措施 2.蒸汽2一人员伤亡 品质降 低1.00 状态检修 1.00 注:1.表中各事件发生频率均以年为单位。 2.由于采用新型水处理剂,属于本质更安全设计,故计算减轻事件频率时,EWPT-6207/6351的PDF置换原药剂的PFD[”I。 ・580・ 化 工 3安全对策及建议 3.1工艺流程及检修技术的建议 LOPA法侧重于对事故场景的工艺危害进行分 析,能揭示以往定性分析方法未涉及的锅炉安全问 题,为企业提供更精确的维护和维修信息。整个工 艺流程应以计划为中心,熟悉并掌握锅炉系统的设 计、运行及检测等信息,具体建议如下。 (1)控制和减少水垢的形成。企业应选择安全 可靠、经济合理的水处理工艺,操作人员应严把给 水质量关,将水质pH值控制在7.0~9.6范围Ll , 发现锅炉系统缺水或失水立即采取措施并上报。 (2)找出系统的腐蚀薄弱点,采取措施提高抗 蚀能力。针对现场锅炉系统的特点和出现的问题, 给出切实可行的建议措施,例如对于燃煤锅炉,控 制煤中的硫含量,能够有效减少和杜绝锅炉管道的 烟侧腐蚀。 (3)状态检修。对高风险设备进行前景预测, 由预测结果拟定检修内容和时间,真正做到“应修必 修,修必修好”,尽量少拆设备,延长设备的使用 寿命。 3.2人本管理和人员行动保护层的建议 人命关天,发展决不能以牺牲人的生命为代价。 这必须作为一条不可逾越的红线『l 。从表象上看, 锅炉安全事故的发生是由于生产空间、设备、设施 和人为差错等因素所致,但深层分析近年来锅炉事 故原因可知,其根源是管理的缺陷和漏洞。 (1)由于人的不安全行为是发生锅炉事故的主 要原因,所以从企业安全的长远发展展望,“以人为 本”的管理模式【l 可成为大趋势。 (2)安全是需要所有部门关注的问题,需要靠 企业中每个人的努力来实现。LOPA法提供了一种 可系统分析和评价的客观方法,产能企业风险管理 层可参照亨利・法约尔【J 的“五大职能”论并结合 LOPA分析结果对本单位的锅炉安全生产进行查漏 补缺,保障安全信息流通的时效性和准确性。 进 展 2015年第34卷 (3)企业的最高管理层以身作则,从员工的心 理生理性、行为性和锅炉设备的人性化操作等方面 入手,建立学习型组织,将锅炉系统中不同专业人 员的安全生产经验充分汇总起来,集思广益,从本 质上对锅炉系统进行安全改造和完善,预防和控制 锅炉安全事故的发生。 4 结 论 (1)用HAz0P与LOPA法对锅炉水处理系统 进行了风险评估,从系统和全程对工业风险展开研 究,将以往侧重于新技术新工艺的探索扩展到系统 安全分析和风险评估的全过程,拓宽了锅炉水处理 系统安全研究领域。 (2)绘制出新的风险评估矩阵并编制了简明合 理的LOPA基本程序和计算公式,为锅炉重大安全 事故的预防及风险评估提供了理论参考。 (3)从系统安全的角度对锅炉水处理系统危险 与可操作性问题进行了归纳与梳理,提出了“LOPA+ 风险评估+人本管理”的安全运行新模式,为相关企 业安全生产提供了技术参考和新的监控方法。 参考文献 [1] 王仲贤,沈红新.新型工业锅炉水处理技术及应用[J].化学工程与 装备,2011(8):150.153. [2] 王小蓉,郝广平,李文翠.生物活性炭技术在水处理中的研究与 应用[J].化工进展,2010,29(5):932.937,951. [3] 何健康,郑彩平.全膜水处理技术在锅炉补给水处理系统中的应 用【J].热力发电,2013(7):142—143,146. [4】 Malaeb L,Ayoub G M Reverse osmosis technology for water treatment:State ofthe art review[J].Desalination,201 1,267:1-8. [5] 胡玉国,祝增才.水处理缓蚀剂应用现状及发展方向[J].化工进 展,2000,19(5):29—31. 【6】Yun G W,Rogers W J,Matman M S.Risk assessment of LNG importation terminals using the Bayesian-LOPA methodology[J] JournalofLossPreventionintheProcessIndustries,2009,22(1): 9l-96. [7] 魏华.安全设计的保护层分析在600kt/a甲醇项目中的应用[J].石 油化工自动化,2008(6):24—26. (下转第585页) 第2期 唐超等:热泵精馏应用于异丁烷精馏过程的节能改造 ・585・ 一套热泵系统,取消了塔顶的冷凝器。对精馏操作 mFhF—mDhD—mwhw+ 一Q=0 (1) (2)分析工艺流程,通过循环工质以及压缩比 过程进行热量衡算,见式(1)。 式中,hF、hw、hD分别为进料、塔顶和塔底的 焓值; 为压缩机功耗;Q为热量。 对该热泵精馏体系进行优化,在保证产品纯度的基 础上降低能耗。 (3)在相同的工艺操作参数前提下,相对于常 在全回流操作时,认为全塔无热损失,则必须 从塔内移走热量Q才能与压缩机加入系统的功耗平 衡[1们。因此,设计水冷器移走部分热量也是必然的。 规精馏,热泵精馏热力学效率较高使得能耗降低, 对其进行经济核算,全年可带来132.32万元的能耗 节省费用,经济效益较为显著。 参考文献 与常规精馏相比,热泵精馏增加了压缩机,由 于利用塔顶循环工质为塔釜加热,相对于水蒸气来 说,总的传热系数降低了,因此需要对再沸器和冷 凝器进行改造,可通过增加传热面积的方式。采用 换热器核算软件HTFS 进行换热器的计算表明相对 于常规精馏重量增加将近一倍。由表5中结果可知, [1]李玉芳,崔小明.异丁烯的生产及其下游产品开发(一)[J】化工 中间体,2003(16):9-14. [2】张洁,周明明,李春义,等.异丁烷脱氢裂解制低碳烯烃[J].石油 炼制与化工,2013,44(5):14.18. [3]JanaAmiya K.Advances in heat pump assisted distillation column:A review[J].Energy Conversion andManagement,2014,77:287-297. [4】Diez Eduardo,Rodriguez Araceli,Gomez Jose Ma,et a1.Distillation assisted heat pump in a trichlorosilane puriifcation process[J]. ChemicalEngineeringandProcessing,2013,69:70-76. 热泵精馏增加了设备投资125万元,相对于每年节 省的能耗费用短期内就将收回设备成本的投资。 3 结 论 (1)利用热泵精馏原理对几种热泵流程类型进 [5] Alcantara—Avila J Rafel, Gomez—Castro Femando I, Segovia-Hernandez J Gabriel,et a1.Optimal design of cryogenic distillation columns with side heat pumps for the propylene/propane 行深入分析,将其应用与异丁烷体系中对异丁烷常 separation[J].Chemical Engineering and Processing,2014,82: 1l2—122. 规精馏进行节能改造,结果表明塔顶气相再压缩式 热泵精馏较好地适用于异丁烷精馏新工艺。 表5常规精馏与热泵精馏设备投资对比 [6】Modla G,Lang E Heat pump systems with mechanical compression for batch distillation[J].Energy,2013,62:403-417. [7]李大伟,贾小平,项曙光,等.热泵精馏流程构建策略及应用研 究『J1.计算机与应用化学,2007,24(11):1505.1510. [8]高维平,杨莹,吉波,等.化工精馏高效节能技术开发及应用[J]_吉 林化工学院学报,2008,25(3):1.5. [9] 中国石油化工集团公司.GB/T 50441--2007石油化工设计能耗计 算标准[s].北京:中国计划出版社,2007 [1O】王树楹,杨志才,余国琮,等.塔顶蒸汽直接压缩式热泵精馏的 研究[J】.化学工程,1984(1):79.84. - 、, 》 、《 、 《 , 、, 、 、 , 、 (上接第580页) [8】 Summers A E.Introduction to layers of protection analysis[J]. 6O一8U. JournalofHazardousMaterials,2003,104(1):163—168. [9】 余涛.石化装置风险评估与仪表安全功能评估技术研究[D】.北 京:北京化工大学,2012. 【lO] 张其立,邱彤,赵劲松,等.3种安全评价方法的集成研究[J].计 算机与应用化学,2009,26(8):961.965. [1l】 卢卫,王延平.保护层分析方法[J].安全、健康和环境,2006(4): 32.34, 37. [14】万古军,党文义,张广文.化工企业典型保护层中保护层的 识别研究 .中全生产科学技术,2013(5):106.IlO. [15】 中国电力企业联合会.GB/T 12145--2008火力发电机组及蒸汽动 力设备水汽质量[s].北京:中国标准出版社,2008. [16】*.始终把人民生命安全放在首位切实防范重特大安全生产 事故[N】.人民日报,2013.06—08(1). [17]黄丹华.人本管理是现代企业管理的大趋势[J】.四川师范大学学 报:社会科学版,1997(2):46.48,79. (18】H 法约尔.工业管理与一般管理[M】.北京:中国社会科学出版社, 1998 [12】周荣义,李石林,刘何清.HAZOP分析中LOPA的应用研究[J】.中 全科学学报,2010,20(7):76—81. 【13][美】美国化工过程安全中心著.保护层分析:简化的过程风险评估 【M】.白永忠,党文义,于安峰,译 北京:中国石化出版社,2010: 

因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容

Copyright © 2019- gamedaodao.com 版权所有 湘ICP备2022005869号-6

违法及侵权请联系:TEL:199 18 7713 E-MAIL:2724546146@qq.com

本站由北京市万商天勤律师事务所王兴未律师提供法律服务