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�，F(xiàn)今，我們看到在世界各地行業(yè)內的每家公司都制定了挑戰(zhàn)性的政策和目標，以提高安全性能。理所當然的，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生的不利影響。而且，安全將是長周期無事故生產的關鍵因素，以獲得和維持社會其他領域對我們活動的認可。
　　為保持所謂的‘運營許可’，我們生產工藝的安全是十分重要的，而且我們還應能證明我們的安全規(guī)程和標準達到了‘世界級’水平。在這方面，認識到安全標準是不斷演變的，這一點十分重要。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準和規(guī)程的近期發(fā)展。他根據(jù)IEC標準解釋了現(xiàn)有思維，導致危險與可操作性分析（HAZOP）研究中的風險圖法的形成，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重性，他還解釋了應如何制定工藝保護措施。
　　本論文中，我們將更詳細地講述在典型的斯塔米卡邦尿素裝置上應用這些最近的‘世界標準’的影響。
2  將風險圖法用于典型的斯塔米卡邦尿素裝置設計
　　最近，我們在當前標準尿素工藝設計中進行了設計階段危險研究（DHS）。此研究最重要的邊界條件可總結如下：
• 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。
• 采用防爆設計的高壓洗滌塔。
• 通過催化燃燒消除二氧化碳中的氫氣。
• 專為斯塔米卡邦機械造粒工藝設計的低壓循環(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。
　　嚴格來說，盡管此研究的結果將僅適用于滿足上述邊界條件的裝置，但是我們認為很多結論具有很大的通用性，因此，我們認為此時此刻向大家介紹最重要的結果是有益的。如果對這些結論對其他具體裝置設計是否也有效存有疑問，當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
　　報告稱事故是由于帶有固態(tài)二氧化碳的二氧化碳設備安全閥（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)眾所周知的熱力學性質，可以容易地得出關于純二氧化碳的下列圖表。 　　應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. 應意識到與壓力安全閥進口處停滯管路相關的危險。此停滯管段內的物質可能處于環(huán)境溫度，導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，停滯管段應提供伴熱和進行保溫處理。 　　2 對于壓力安全閥和其他排放裝置，應檢查排放裝置進口側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安全設計，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備（止回閥和快速關閉閥）防止吸入系統(tǒng)出現(xiàn)高壓。在設計階段危險研究中已確定存在與吸入系統(tǒng)中任何組件的災難性故障相關的重大危險，該災難性故障由不受控制地供應大量來自界區(qū)的NH3導致（如果此不受控供應不受供應商保護）。
　　根據(jù)所用的風險圖法，此事件的安全完整性歸類為第3級。如上所述的現(xiàn)行保護措施對來自界區(qū)的NH3供應僅提供了部分保護。為此，在新基層裝置的標準設計中，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閉閥（XPV）。高壓氨泵的吸入系統(tǒng)處于高壓時，此快速關閉閥關閉，從而避免泄漏時從氨裝置持續(xù)供應氨。使用壓力安全閥和高壓開關（PSH）進行聯(lián)合保護確保了能達到要求的保護水平（PFD < 10-3），其條件是所用組件質量高。當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
　　在設計階段危險研究中，已識別出導致合成段高壓的情況。主要是因為合成段在高溫高壓情況下存在大量有毒物質（氨），此時風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行保護是不夠的：根據(jù)公布的可靠性數(shù)據(jù)，眾所周知，僅用壓力安全閥進行保護不能達到第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（PSH），在我們現(xiàn)行的基層裝置標準設計中，我們增加了安全儀表系統(tǒng)（SIS）。高壓開關的設定值比壓力安全閥的設定值略低，這樣，由于副效應，在很多情況下可以避免主合成壓力安全閥的泄壓排放。激活后進行動作時，高壓開關基本上使合成工段處于堵塞狀態(tài)，能源（蒸汽）供應切斷。
　　假如壓力安全閥和高壓開關都選用高質量組件，現(xiàn)在使用高壓開關和壓力安全閥進行聯(lián)合保護可達到所需的要求故障概率（PFD < 10-3）。
2.4 蒸汽側的安全隔膜
　　傳統(tǒng)上，尿素合成工段中高壓熱交換器的低壓側用安全隔膜進行保護，以防止換熱管發(fā)生破裂時低壓側壓力過高。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，其他涉及經濟：
　　• 經驗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，安全隔膜不關閉。因此，安全隔膜的假激活導致整個裝置停車。
　　• 傳統(tǒng)上，也可用壓力安全閥保護這些熱交換器的低壓側，以控制其他（非爆管相關）安全情況下發(fā)生的高壓情況。根據(jù)爆管的性質以及壓力安全閥的尺寸和設定值，在實際爆管情況下可能導致這樣的狀況：只有壓力安全閥動作。的確，在某些爆管場合中，已報道過因此導致的裝置出現(xiàn)危險狀況，因為爆管會導致大量有毒氨氣在非設計氨氣釋放區(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（蒸汽側）預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行保護無嚴格必要性；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)行標準設計中，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，設計中必須保留安全隔膜。對于此熱交換器，低壓側注滿液體。這導致發(fā)生爆管時低壓側壓力陡增，只能用安全隔膜進行保護，因為壓力安全閥反應過慢。
2.5  CO2 + NH3氣體設備中壓力安全閥的伴熱和蒸汽沖洗裝置的配置（“甲銨氣體設備”）
　　在尿素裝置中，可以看到數(shù)個用于保護含有氨氣和二氧化碳氣體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際位置）實現(xiàn)無固體存在，這三種設備（伴熱/夾套/蒸汽吹掃）中的一種不可用表明不能確保保護設備在需要時可用。
　　目前已得出結論，若就蒸汽供應而言，這三種設備全部整合成一個單一的設備，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)了可以導致循環(huán)工段壓力過高的情況。這里根據(jù)風險圖法分類，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中所示進行加熱，是可以達到希望的PFD要求的，即在只用壓力安全閥提供保護的情況下，防止在安全完整性等級為2級情況下壓力過高。但是，考慮到實際運行中高壓循環(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（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，作為2/3表決系統(tǒng)。動作后，高壓開關啟動所謂的‘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。此回流可導致循環(huán)壓力增高，而且回流可能對泵造成嚴重損壞。傳統(tǒng)上，通過高壓洗滌塔進口附近的止回閥和泵排放管路中的快速關閉閥（XPV）的結合保證了不發(fā)生此回流�？焖訇P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裝置可以或不必整合到甲銨泵自身中。實施設計階段危險研究過程中，曾觀察到其中快速關閉閥配有工藝超控開關（POS），以能用冷凝液沖洗管路（包括快速關閉閥）。根據(jù)風險圖法，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，得出結論：安全保護系統(tǒng)，包括工藝操控開關，不會導致要求故障概率；特別是因為操作工況（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)行的基層裝置標準設計中，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系統(tǒng)，這樣在泵運行或兩個泵停止運行且主斷流閥處于關閉狀態(tài)時，才能打開快速關閉閥。 3  實施設計階段危險研究的一些經驗
　　設計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，實施此研究過程中獲得的一些實際經驗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：斯塔米卡邦公司實施設計階段危險研究花了約2500工時。
　　• 當所涉人員也實施其他研究時，只有此研究的實施得到公司高層管理人員的全力支持，才能成功實施此研究。
　　• 為取得好成果，實施此研究的團隊應包括下列領域的專家：
o 工藝
o 工藝控制和儀表
o 機械
o 運營
　　而且，最重要的是要有一位主席能根據(jù)結構化程序對研究的實際過程進行控制。
　　• 應對團隊所有成員進行實施安全研究中所用方法和程序方面的培訓。
　　• 實施此研究的團隊應安排有足夠的時間進行研究。這包括會議準備、出席會議和中期制定會議中確定的行動要點。
　　• 應這樣組織會議：人們能把精力集中在他們的任務上，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識此研究重要性也十分重要。
　　• 報告是實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果更有用，也可傳達給他人（包括組織內外的人）。
　　• 根據(jù)我們的經驗，用風險圖法作為情況歸類的工具，已證明它是確定討論目標的十分合適的工具。如果沒有此工具，我們以前實施危險與可操作性分析相關研究的經驗表明，易得出主觀性更強的研究結果。因此，使用風險圖法得出的結果對團隊成員‘巧合’構成的依賴性不大。當然，前提條件是涉及的全部專家深入了解此工藝，在他們自己的領域內是專家，并接受使用所選方法進行安全研究培訓。
4 總  結
　　最近，斯塔米卡邦公司對他們的標準尿素裝置設計開展了工藝設計階段危險研究，將用于新基層裝置。設計階段危險研究包括使用風險圖法進行安全完整性等級劃分。根據(jù)IEC標準，此法符合現(xiàn)行的安全研究‘世界標準’。
　　實施此設計階段危險研究過程中，實現(xiàn)了與工藝安全保護相關的一些變化。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準當然是所有者自己的責任。上述所列安全話題也可能對在現(xiàn)有裝置中的實施有幫助。