基于过程模拟的加氢裂化吸收稳定系统定量风险分析

doi:10.12422/j.issn.1672-6952.2024.03.001

摘要/Abstract

摘要：

加氢裂化装置属于甲类火灾危险装置，极易因设备故障引起严重的火灾、爆炸事故，因此应对其进行准确的风险因素辨识和量化分析。将传统的HAZOP（危险与可操作性分析）定性风险分析方法、稳态模拟、动态模拟和故障树（FTA）相结合，以某炼化企业实际加氢裂化装置吸收稳定系统为例，针对该系统内吸收脱吸塔“塔压高”和石脑油稳定塔“塔温高”这两个偏差进行了量化风险分析；借助Aspen Plus过程模拟软件，在危险工况下对其进行稳态和动态仿真模拟，采用FTA方法计算了该危险事故后果的发生概率。结果表明，此方法可以帮助专家了解事故的传播过程，掌握人员安全响应时间，有利于事故的预防和及时处理，有效提高加氢裂化装置的本质安全水平。

关键词: 危险与可操作性分析, 加氢裂化, 过程模拟, 故障树分析, 安全

Abstract:

The hydrocracking unit is a Class A fire hazard device, which can be susceptible to fire and explosion accidents due to equipment failure. Therefore, it is essential to identify and quantitatively analyze the risk factors. In this paper, qualitative HAZOP, steady-state simulation, dynamic simulation and FTA are combined. Taking process flow of the absorbing-stabilizing system of an actual hydrocracking unit in a refining company as an example, and the quantitative risk analysis is carried out for the deviation of "high column pressure" of the absorption and desorption column and "high column temperature" of the naphtha stabilisation column. With the help of Aspen Plus software, the steady-state and dynamic simulation under dangerous conditions is carried out, and the probability of the consequences of the dangerous accident is calculated by FTA method. The results show that this method can help experts understand the propagation process of the accident, master the safety response time of the personnel, which is conducive to the prevention and timely treatment of accidents, and effectively improve the intrinsic safety level of the hydrocracking units.

Key words: HAZOP, Hydrocracking unit, Process simulation, FTA, Safety

中图分类号:

TE962

衣佳琳, 王海彦, 张继国. 基于过程模拟的加氢裂化吸收稳定系统定量风险分析[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2024, 44(3): 1-9.

Jialin YI, Haiyan WANG, Jiguo ZHANG. Quantitative Risk Analysis of Absorbing-Stabilizing System of Hydrocracking Unit Based on Process Simulation[J]. Journal of Liaoning Petrochemical University, 2024, 44(3): 1-9.

图/表 11

图1 基于过程模拟的量化风险分析方法

Fig.1 Quantitative risk analysis method based on process simulation

表1 传统的HAZOP定性风险分析结果

Table 1 Traditional qualitative HAZOP risk analysis results

序号	偏差	原因	可能的后果	现有安全保障
1	C1塔塔压高	重沸器热源流量高	C1塔超压、损坏，油气泄漏，引起着火、爆炸和中毒等事故	塔底温度显示、控制、报警；塔压力显示、控制、报警；安全阀一开一备；现场设置消防设施
2	C2塔塔压高	塔顶空冷器冷却介质流量低	C2塔塔顶温度持续升高，难以控制；C2塔超压、损坏，油气泄漏，引起火灾、爆炸、中毒等事故	塔顶温度显示、控制、报警；塔顶空冷器冷后温度显示、报警；塔压力显示、控制、报警；安全阀一开一备；现场设置消防设施
3	C2塔塔温高	塔底温度控制器故障	C2塔超温、超压，设备损坏，油气泄漏，引起着火和爆炸等事故	塔压力显示、控制、报警；安全阀一开一备；现场设置消防设施
4	C3塔塔压高	塔底温度偏高	C3塔超温、超压，设备损坏，油气泄漏，引起火灾、爆炸和中毒等事故	塔底温度显示、控制、报警
5	C3塔塔温高	塔底温度控制器故障	C3塔超温、超压，设备损坏，油气泄漏，引起火灾、爆炸和中毒等事故	塔压力显示、控制、报警；安全阀一开一备；现场设置消防设施

图2 C1塔和C2塔的稳态模拟流程图

Fig.2 Steady state simulation flowcharts for C1 and C2 towers

表2 C1塔和C2塔的主要工艺参数对比结果

Table 2 Comparison results of main process parameter values between C1 and C2 towers

对象	工艺参数	实际值	模拟值	偏差
C1塔	进料流量/(kmol·h^-1)	1 183.9	1 183.9	0
	进料温度/℃	40.0	40.0	0
	塔底温度/℃	120.0	117.8	2.2
	塔顶压力/MPa	0.90	0.90	0
C2塔	进料流量/(kmol·h^-1)	758.4	758.4	0
	进料温度/℃	157.0	157.0	0
	塔底温度/℃	190.0	191.9	1.9
	塔顶压力/MPa	1.05	1.05	0

图3 C1塔塔压和塔底温度与塔底重沸器热源流量的关系

Fig.3 The relationship between C1 tower pressure and bottom temperature on the heat source flow rate in reboiler

图4 C1塔和C2塔的动态模拟流程图

Fig.4 Dynamic simulation flowcharts for C1 and C2 towers

图5 C1塔塔底重沸器热源流量偏高10%的动态响应

Fig.5 Dynamic responses of C1 tower under 10% higher heat source flow rate in reboiler

图6 C2塔底TIC-23温度测量值偏低30%的动态响应

Fig.6 Dynamic responses of C2 tower under 30% lower temperature measurement of TIC-23

图7 C1塔破裂爆炸故障树

Fig.7 Fault tree of C1 tower rupture and explosion

表3 C1塔破裂爆炸基本事件故障率

Table 3 Basic events failure rates of C1 tower rupture and explosion

符号	基本事件	故障率	符号	基本事件	故障率
X1	泄压阀故障	10^-2	X7	中段回流阀门开度偏小	10^-3
X2	塔进料流量增大	10^-2	X8	中段回流泵损坏	10^-2
X3	塔进料温度升高	10^-2	X9	中段回流泵入口滤网堵	10^-3
X4	塔顶气相后路不畅	10^-2	X10	塔底TIC测量值偏低	10^-2
X5	重沸器热源温度升高	10^-2	X11	重沸器侧线阀门开度小	10^-3
X6	中段回流FIC测量值偏高	10^-1

表4 基于过程模拟的定量HAZOP风险分析结果

Table 4 Quantitative HAZOP risk analysis results based on process simulation

C1塔塔压高，高于塔压设计值（>1.40 MPa）

重沸器热源流量偏高10%，且塔顶气相后路不畅

故障发生28 min时，C1塔超压（>1.40 MPa），33 min时塔顶安全阀达到泄放压力（>1.54 MPa）；39 min时，C1塔超温（>180.0 ℃）；造成设备损坏，油气泄漏，引起着火、爆炸和中毒等人身伤害事故；人员安全响应时间应小于28 min；C1塔破裂爆炸事故的发生概率为

1.5 × 10 - 3

塔底温度显示、控制、报警；塔压力显示、控制、报警；安全阀一开一备；现场设置消防设施

建议增加热源流量显示、报警，应控制重沸器热源流量偏高范围在10%以内；建议在故障发生28 min内进行人员干预操作；建议定期检查安全阀，确保其有效性；现场定期巡检

C2塔塔温高，高于塔温设计值

（>230.0 ℃）

塔底温度控制器假显示，测量值低于实际值30%

故障发生后，70 min时，C2塔温度超过设计温度（>230.0 ℃）；设备损坏、油气泄漏，引起着火、爆炸和人员伤亡等事故，未出现超压工况；人员安全响应时间应小于70 min；C2塔破裂爆炸事故的发生概率为

3.2 × 10 - 2

安全阀一开一备；现场设置消防设施

建议对塔底温度控制器定期校对，避免假显示，应控制仪表测量值偏离范围不低于实际值的30%；建议在故障发生70 min内进行人员干预操作；建议定期检查安全阀，确保其有效性；现场定期巡检