1 引  言
　　對我們所有人而言，工藝安全無疑是個十分重要的話題。現(xiàn)今，我們看到在世界各地行業(yè)內(nèi)的每家公司都制定了挑戰(zhàn)性的政策和目標(biāo)，以提高安全性能。理所當(dāng)然的，我們必須首先考慮安全，以防止我們自己和鄰居受到因我們的活動而產(chǎn)生的不利影響。而且，安全將是長周期無事故生產(chǎn)的關(guān)鍵因素，以獲得和維持社會其他領(lǐng)域?qū)ξ覀兓顒拥恼J(rèn)可。
　　為保持所謂的‘運(yùn)營許可’，我們生產(chǎn)工藝的安全是十分重要的，而且我們還應(yīng)能證明我們的安全規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到了‘世界級’水平。在這方面，認(rèn)識到安全標(biāo)準(zhǔn)是不斷演變的，這一點(diǎn)十分重要。100年前完全接受的東西在現(xiàn)在是完全不能接受的。
　　以此作為例子。 　　在本次年會提交的另一份論文中，Pietersen先生已解釋了以工藝安全研究為主題的世界標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程的近期發(fā)展。他根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)解釋了現(xiàn)有思維，導(dǎo)致危險與可操作性分析（HAZOP）研究中的風(fēng)險圖法的形成，以及引起失去密閉度情況下的安全完整性等級劃分。針對這些安全完整性等級劃分中表述的不利事件的嚴(yán)重性，他還解釋了應(yīng)如何制定工藝保護(hù)措施。
　　本論文中，我們將更詳細(xì)地講述在典型的斯塔米卡邦尿素裝置上應(yīng)用這些最近的‘世界標(biāo)準(zhǔn)’的影響。
2  將風(fēng)險圖法用于典型的斯塔米卡邦尿素裝置設(shè)計(jì)
　　最近，我們在當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)尿素工藝設(shè)計(jì)中進(jìn)行了設(shè)計(jì)階段危險研究（DHS）。此研究最重要的邊界條件可總結(jié)如下：
• 基層尿素裝置
• 大型（3200 t/d）
• 斯塔米卡邦二氧化碳汽提工藝。
• 使用高壓汽提塔、高壓池式冷凝器和高壓洗滌塔的合成配置。
• 采用防爆設(shè)計(jì)的高壓洗滌塔。
• 通過催化燃燒消除二氧化碳中的氫氣。
• 專為斯塔米卡邦機(jī)械造粒工藝設(shè)計(jì)的低壓循環(huán)、蒸發(fā)和廢水處理。
• 離心式氨和甲銨泵。
• 離心式二氧化碳壓縮機(jī)。
　　嚴(yán)格來說，盡管此研究的結(jié)果將僅適用于滿足上述邊界條件的裝置，但是我們認(rèn)為很多結(jié)論具有很大的通用性，因此，我們認(rèn)為此時此刻向大家介紹最重要的結(jié)果是有益的。如果對這些結(jié)論對其他具體裝置設(shè)計(jì)是否也有效存有疑問，當(dāng)然可向斯塔米卡邦公司咨詢。
　　下面按工段介紹工藝。
2.1  二氧化碳壓縮
　　報(bào)告稱事故是由于帶有固態(tài)二氧化碳的二氧化碳設(shè)備安全閥（PSV）的排放管被堵塞。根據(jù)二氧化碳的初始溫度和壓力，二氧化碳在膨脹后會（部分）固化。根據(jù)眾所周知的熱力學(xué)性質(zhì)，可以容易地得出關(guān)于純二氧化碳的下列圖表。 　　應(yīng)正確防止壓力安全閥和其他排放裝置中的尾氣管道在動作時被堵塞的危險。
1. 應(yīng)意識到與壓力安全閥進(jìn)口處停滯管路相關(guān)的危險。此停滯管段內(nèi)的物質(zhì)可能處于環(huán)境溫度，導(dǎo)致在壓力安全閥或排放裝置動作時有固體形成。因此，此類停滯管段應(yīng)短；或在環(huán)境溫度可能低于上述閾值的情況下，停滯管段應(yīng)提供伴熱和進(jìn)行保溫處理。 　　2 對于壓力安全閥和其他排放裝置，應(yīng)檢查排放裝置進(jìn)口側(cè)二氧化碳溫度是否高于上述閾值。特別是，中間冷卻器下游的二氧化碳壓縮機(jī)第三和第四段的條件可能不符合安全閾溫度要求。在這種情況下，斯塔米卡邦建議采用本質(zhì)安全設(shè)計(jì)，如將排放裝置重新安放在中間冷卻器的上游位置。 2.2  NH3泵送
　　尿素裝置中高壓氨泵的吸入系統(tǒng)通常并非旨在承受這些泵的排放壓力�？勺R別數(shù)次有害回流情況，可導(dǎo)致這些吸入系統(tǒng)中壓力過高。傳統(tǒng)上，在泵排放期間通過吸入系統(tǒng)中的壓力安全閥和非回流式設(shè)備（止回閥和快速關(guān)閉閥）防止吸入系統(tǒng)出現(xiàn)高壓。在設(shè)計(jì)階段危險研究中已確定存在與吸入系統(tǒng)中任何組件的災(zāi)難性故障相關(guān)的重大危險，該災(zāi)難性故障由不受控制地供應(yīng)大量來自界區(qū)的NH3導(dǎo)致（如果此不受控供應(yīng)不受供應(yīng)商保護(hù)）。
　　根據(jù)所用的風(fēng)險圖法，此事件的安全完整性歸類為第3級。如上所述的現(xiàn)行保護(hù)措施對來自界區(qū)的NH3供應(yīng)僅提供了部分保護(hù)。為此，在新基層裝置的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)中，我們已在向界區(qū)處的尿素裝置提供NH3的管線上增加了一個快速關(guān)閉閥（XPV）。高壓氨泵的吸入系統(tǒng)處于高壓時，此快速關(guān)閉閥關(guān)閉，從而避免泄漏時從氨裝置持續(xù)供應(yīng)氨。使用壓力安全閥和高壓開關(guān)（PSH）進(jìn)行聯(lián)合保護(hù)確保了能達(dá)到要求的保護(hù)水平（PFD < 10-3），其條件是所用組件質(zhì)量高。當(dāng)然可以考慮和選擇其他方法，只要這些方法滿足安全完整性第3級的要求。
2.3  合成段高壓
　　在設(shè)計(jì)階段危險研究中，已識別出導(dǎo)致合成段高壓的情況。主要是因?yàn)楹铣啥卧诟邷馗邏呵闆r下存在大量有毒物質(zhì)（氨），此時風(fēng)險圖法顯示安全完整性等級為3。這意味著要避免合成段中壓力過高，僅使用壓力安全閥進(jìn)行保護(hù)是不夠的：根據(jù)公布的可靠性數(shù)據(jù)，眾所周知，僅用壓力安全閥進(jìn)行保護(hù)不能達(dá)到第3級安全完整性要求的小于10-3的要求故障概率（PFD）。
　　因此，通過高壓開關(guān)（PSH），在我們現(xiàn)行的基層裝置標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)中，我們增加了安全儀表系統(tǒng)（SIS）。高壓開關(guān)的設(shè)定值比壓力安全閥的設(shè)定值略低，這樣，由于副效應(yīng)，在很多情況下可以避免主合成壓力安全閥的泄壓排放。激活后進(jìn)行動作時，高壓開關(guān)基本上使合成工段處于堵塞狀態(tài)，能源（蒸汽）供應(yīng)切斷。
　　假如壓力安全閥和高壓開關(guān)都選用高質(zhì)量組件，現(xiàn)在使用高壓開關(guān)和壓力安全閥進(jìn)行聯(lián)合保護(hù)可達(dá)到所需的要求故障概率（PFD < 10-3）。
2.4 蒸汽側(cè)的安全隔膜
　　傳統(tǒng)上，尿素合成工段中高壓熱交換器的低壓側(cè)用安全隔膜進(jìn)行保護(hù)，以防止換熱管發(fā)生破裂時低壓側(cè)壓力過高。雖然這些安全隔膜有明確的安全功能，但也會發(fā)現(xiàn)使用安全隔膜后的一些弊端。
　　其中一些弊端涉及安全，其他涉及經(jīng)濟(jì)：
　　• 經(jīng)驗(yàn)表明安全隔膜會因腐蝕和/或溫差而失效。在這類‘假激活’情況下，安全隔膜不關(guān)閉。因此，安全隔膜的假激活導(dǎo)致整個裝置停車。
　　• 傳統(tǒng)上，也可用壓力安全閥保護(hù)這些熱交換器的低壓側(cè)，以控制其他（非爆管相關(guān)）安全情況下發(fā)生的高壓情況。根據(jù)爆管的性質(zhì)以及壓力安全閥的尺寸和設(shè)定值，在實(shí)際爆管情況下可能導(dǎo)致這樣的狀況：只有壓力安全閥動作。的確，在某些爆管場合中，已報(bào)道過因此導(dǎo)致的裝置出現(xiàn)危險狀況，因?yàn)楸�管會�?dǎo)致大量有毒氨氣在非設(shè)計(jì)氨氣釋放區(qū)釋放！
　　對大型裝置中的高壓汽提塔和高壓甲銨冷凝器低壓側(cè)（蒸汽側(cè)）預(yù)期壓力升高值的臨界評定已表明：發(fā)生爆管時對采用安全隔膜進(jìn)行保護(hù)無嚴(yán)格必要性；對于這些熱交換器而言，壓力安全閥即足夠。因此，在我們大型基層裝置的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)中，現(xiàn)今傳統(tǒng)安全隔膜和壓力安全閥的功能集成在單一的壓力安全閥中。
　　對于高壓洗滌塔，設(shè)計(jì)中必須保留安全隔膜。對于此熱交換器，低壓側(cè)注滿液體。這導(dǎo)致發(fā)生爆管時低壓側(cè)壓力陡增，只能用安全隔膜進(jìn)行保護(hù)，因?yàn)閴毫Π踩�閥反應(yīng)過慢。
2.5  CO2 + NH3氣體設(shè)備中壓力安全閥的伴熱和蒸汽沖洗裝置的配置（“甲銨氣體設(shè)備”）
　　在尿素裝置中，可以看到數(shù)個用于保護(hù)含有氨氣和二氧化碳?xì)怏w混合物的充氣空間的壓力安全閥。雖然理論上不符合命名規(guī)則，但是這些壓力安全閥常被稱為“甲銨氣體設(shè)備”。
　　例如，這些壓力安全閥包括：
• 合成壓力安全閥
•  循環(huán)壓力安全閥
• 解吸和水解工段的壓力安全閥
• 低壓吸收塔中的壓力安全閥
　　含二氧化碳和NH3的氣體混合物在冷卻后易形成固體；為此，需要采取措施來確保壓力安全閥的進(jìn)口和排放管路始終無固體。傳統(tǒng)上，通常通過給壓力安全閥的進(jìn)口管路提供伴熱、為壓力安全閥加上夾套和為排放管路提供蒸汽吹掃（最好盡可能靠近壓力安全閥中的實(shí)際位置）實(shí)現(xiàn)無固體存在，這三種設(shè)備（伴熱/夾套/蒸汽吹掃）中的一種不可用表明不能確保保護(hù)設(shè)備在需要時可用。
　　目前已得出結(jié)論，若就蒸汽供應(yīng)而言，這三種設(shè)備全部整合成一個單一的設(shè)備，就可大大提高需要時的可用概率。 2.6  循環(huán)系統(tǒng)中高壓
　　數(shù)次出現(xiàn)了可以導(dǎo)致循環(huán)工段壓力過高的情況。這里根據(jù)風(fēng)險圖法分類，已屬于安全完整性等級第二級。壓力安全閥采用合適材料制造，且按圖3中所示進(jìn)行加熱，是可以達(dá)到希望的PFD要求的，即在只用壓力安全閥提供保護(hù)的情況下，防止在安全完整性等級為2級情況下壓力過高。但是，考慮到實(shí)際運(yùn)行中高壓循環(huán)的出現(xiàn)頻率相對較高，斯塔米卡邦公司已決定增加儀表高壓開關(guān)（PSH）以防止這些壓力安全閥頻繁泄壓噴吹。
　　在最近的許多工程中，已有過循環(huán)工段中壓力（和液位）變送傳感器出現(xiàn)假故障的報(bào)道。因此，為了盡量減少此系統(tǒng)發(fā)生假跳閘，配置了此高壓開關(guān)，作為2/3表決系統(tǒng)。動作后，高壓開關(guān)啟動所謂的‘合成停止’，即合成處于堵塞狀況（CO2、NH3和甲銨給料停止；蒸汽供應(yīng)停止）。
2.7  通過甲銨泵和管路從合成工段回流至循環(huán)工段
　　毫無疑問，例如在合成工段堵塞期間或在泵跳閘情況下，應(yīng)避免通過甲銨泵和管路從合成工段回流至循環(huán)工段。此回流可導(dǎo)致循環(huán)壓力增高，而且回流可能對泵造成嚴(yán)重?fù)p壞。傳統(tǒng)上，通過高壓洗滌塔進(jìn)口附近的止回閥和泵排放管路中的快速關(guān)閉閥（XPV）的結(jié)合保證了不發(fā)生此回流�？焖訇P(guān)閉閥的功能常整合在甲銨泵排放管路中的液位控制閥（LPV）中。根據(jù)泵的類型和制造商，防止回流的附加保護(hù)裝置可以或不必整合到甲銨泵自身中。實(shí)施設(shè)計(jì)階段危險研究過程中，曾觀察到其中快速關(guān)閉閥配有工藝超控開關(guān)（POS），以能用冷凝液沖洗管路（包括快速關(guān)閉閥）。根據(jù)風(fēng)險圖法，從合成工段回流被劃分為安全完整性等級為2級的事件。因此，得出結(jié)論：安全保護(hù)系統(tǒng)，包括工藝操控開關(guān)，不會導(dǎo)致要求故障概率；特別是因?yàn)椴僮鞴�況（管路沖洗）要求操作人員呆在受影響區(qū)。因此，我們決定在現(xiàn)行的基層裝置標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)中，在甲銨泵排放管路的主斷流閥處增加閥位指示器。用此方法配置安全保護(hù)系統(tǒng)，這樣在泵運(yùn)行或兩個泵停止運(yùn)行且主斷流閥處于關(guān)閉狀態(tài)時，才能打開快速關(guān)閉閥。 3  實(shí)施設(shè)計(jì)階段危險研究的一些經(jīng)驗(yàn)
　　設(shè)計(jì)階段危險研究是危險與可操作性分析（HAZOP）的一種特別情況，專門用于新基層裝置。但是，實(shí)施此研究過程中獲得的一些實(shí)際經(jīng)驗(yàn)可廣泛適用于所有危險與可操作性分析研究，值得分享：
　　• 此安全研究耗時長；讓你們了解一下：斯塔米卡邦公司實(shí)施設(shè)計(jì)階段危險研究花了約2500工時。
　　• 當(dāng)所涉人員也實(shí)施其他研究時，只有此研究的實(shí)施得到公司高層管理人員的全力支持，才能成功實(shí)施此研究。
　　• 為取得好成果，實(shí)施此研究的團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)包括下列領(lǐng)域的專家：
o 工藝
o 工藝控制和儀表
o 機(jī)械
o 運(yùn)營
　　而且，最重要的是要有一位主席能根據(jù)結(jié)構(gòu)化程序?qū)ρ芯康膶?shí)際過程進(jìn)行控制。
　　• 應(yīng)對團(tuán)隊(duì)所有成員進(jìn)行實(shí)施安全研究中所用方法和程序方面的培訓(xùn)。
　　• 實(shí)施此研究的團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)安排有足夠的時間進(jìn)行研究。這包括會議準(zhǔn)備、出席會議和中期制定會議中確定的行動要點(diǎn)。
　　• 應(yīng)這樣組織會議：人們能把精力集中在他們的任務(wù)上，而不因其他研究而被打擾。在這方面，組織中其他人員充分認(rèn)識此研究重要性也十分重要。
　　• 報(bào)告是實(shí)施此研究中的重要部分。畢竟，研究工作惟一可見的成果就是研究報(bào)告。使用現(xiàn)代工具（個人電腦和投影儀），得以在會議過程中編制報(bào)告的主要部分，這樣做證明是很有用的，最后也節(jié)省了時間。你們總應(yīng)花些時間制定清晰、明確的規(guī)劃：它將會使你們研究的最終結(jié)果更有用，也可傳達(dá)給他人（包括組織內(nèi)外的人）。
　　• 根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，用風(fēng)險圖法作為情況歸類的工具，已證明它是確定討論目標(biāo)的十分合適的工具。如果沒有此工具，我們以前實(shí)施危險與可操作性分析相關(guān)研究的經(jīng)驗(yàn)表明，易得出主觀性更強(qiáng)的研究結(jié)果。因此，使用風(fēng)險圖法得出的結(jié)果對團(tuán)隊(duì)成員‘巧合’構(gòu)成的依賴性不大。當(dāng)然，前提條件是涉及的全部專家深入了解此工藝，在他們自己的領(lǐng)域內(nèi)是專家，并接受使用所選方法進(jìn)行安全研究培訓(xùn)。
4 總  結(jié)
　　最近，斯塔米卡邦公司對他們的標(biāo)準(zhǔn)尿素裝置設(shè)計(jì)開展了工藝設(shè)計(jì)階段危險研究，將用于新基層裝置。設(shè)計(jì)階段危險研究包括使用風(fēng)險圖法進(jìn)行安全完整性等級劃分。根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)，此法符合現(xiàn)行的安全研究‘世界標(biāo)準(zhǔn)’。
　　實(shí)施此設(shè)計(jì)階段危險研究過程中，實(shí)現(xiàn)了與工藝安全保護(hù)相關(guān)的一些變化。在這方面，最重要的變化列在了本論文中。對于現(xiàn)有裝置，確保裝置符合適用的安全標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)然是所有者自己的責(zé)任。上述所列安全話題也可能對在現(xiàn)有裝置中的實(shí)施有幫助。