摘要：为了指导合成氨工艺中第五代等温变换炉设计及投用，使用危险和可操作HAZOP安全评价法，助力等温变换炉工艺的逐步发展，科学分析等温变换炉发展历程，不断完善提高本质安全性，提高其寿命。用科学的评价方法指导第五代等温变换炉技术发展，开辟了第五代等温变换炉的实践经验。

　　关键词：安全评价；本质安全；第五代等温变换炉；节能成本；增加效益

　　0引言

　　潞安化工太原化工新材料合成氨系统由气化装置、变换装置、低温甲醇洗装置、液氮洗装置、氨合成装置构成，合成氨系统进行煤燃烧、转换反应、脱硫脱碳过程，最终处理出98%以上的氢气，并为后续生产液氨、双氧水、己二酸、己内酰胺、尼龙六提供了重要原料。在合成氨工艺中，变换装置近10年发生重大突破，等温变换炉工艺代替了传统的高温、高压的绝热变换工艺[3-4]，且经过五代的发展，大大提高本质安全性。

　　在整个研究发展过程，危险和可操作HAZOP安全评价法，起到很好的决策指导作用，助于等温变换炉工艺的逐步发展，使用危险和可操作HAZOP安全评价方法决策，科学分析等温变换炉问题，指导第五代等温变换炉设计及投用，不断完善提高本质安全性，提高其寿命，是本文研究的方向。

　　本文使用危险和可操作HAZOP安全评价方法决策，科学分析等温变换炉存在的问题，指导第五代等温变换炉设计及投用，规避第一代等温变换炉问题继续提高本质安全性。

　　2019年9—2022年5月，第一代等温变换炉在HAZOP安全分析的指导下，稳定运行保证园区的持续生产，避免了大面积长时间停产风险，同时，指导第五代等温变换炉科学选型，优化设计，产生第五代等温变换炉且顺利投用。第五代等温变换炉CO转换率提高至97%，生产负荷由原80%提至100%；2022年6—11月，液氨增产6 559 t/a，按3 000元/t氨计算，月增效1 967万元，6—11月增效1 1802万元，且合成氨系统达到108%负荷运行。

　　1 HAZOP危险和可操作安全评价分析简介

　　HAZOP危险和可操作安全评价分析，是一种用于辨识设计缺陷、工艺过程危害及操作性问题结构化

　　的分析方法，方法的本质就是各专业人员通过对工艺图纸和操作规程、生产设备按规定的方式系统地研究每一个单元（即分析节点），分析偏离工艺条件的偏差所导致的危险和可操作性问题。在引导词的指引下系统分析识别出具有潜在危险的偏差。

　　确保生产装置实现安全设计、安全开工、运行、维护，是用于大型技改项目及日常关键问题操作的有效安全评价方法，对分析对象的隐患和可操作性分节点进行系统、全面的评审；对工艺、设备、操作过程出现的问题和险情进行预测性评价，确保协助生产的安全运行、设备的安全运行；对设计过程的安全风险预测，协助大型技改项目的安全实施起到很好的预测性指导工作。

　　2等温变换炉简介

　　太原化工新材料有限公司合成氨变换装置，在钴钼催化剂的作用下，将气化所产327 088 m3/h的粗煤气进行CO变H2的转换反应处理，其产品为变换气，H2体积分数在60%左右；设计能力满足下游40万t/a合成氨+35 000 m3/h H2使用。

　　目前，变换装置采用先进的等温变换技术，由两台净化炉、1台等温变换炉、1台深度变换炉等设备串联组成，见图1。等温变换技术，是在变换炉中利用水系统快速移周反应热原理[1]，改变了传统500℃高温绝热技术的风险性，提高了本质安全性，近10年各厂家普遍使用，但是设备还存在一些不完善，经过HAZOP的分析指导及实践应用的检验，等温变换炉在短短6年时间发展升级了5代产品。

　　园区等温变换炉情况说明：园区正是2014年第一家使用等温变换技术[4]，属于等温变换炉第一代炉型，大大改变了传统500℃高温绝热技术的风险性，不仅提高了本质安全性，而且提升了产量，处理气量达到34万m3/h，开创了合成氨系统高产的新模式[3]。但是新技术应用后，在设备结构细节还有不足，运行3年后出现更换催化剂较难，内部3 225根换热管由于热应力、流体摩擦、水质腐蚀等原因部分换热管出现泄漏等问题。后期，设备结构的不足严重影响到园区的生产，成为园区生产产量提升的最大瓶颈。设备故障后不易维修，且具有一定的安全风险。

　　3 HAZOP分析对等温变换炉的科学应用

　　2019年由于第一代等温变换炉水系统内漏，我园区使用HAZOP风险分析方法对第一代等温变换炉及变换系统开展全系统分析，确定第一代等温变换炉的实际工况下的使用状态及潜在风险性，并制定相应对策措施。使用HAZOP节点分析方法将变换系统细分为净化炉、等温变换炉、深度炉等节点，组织安全、工艺、设备、仪表等各专业，按照HAZOP分析步骤多次进行详细分析，对炉温、炉压、原料水汽比、空速、CO转化率、蒸汽消耗等关键工艺指标在引导词的指引下实行偏离分析，根据HAZOP分析结果编制等温变换炉实施运行现场处置方案等一系列措施，保证第一代等温变换炉继续安全生产。

　　2019年9—2022年5月，第一代等温变换炉在HAZOP分析的指导下，稳定运行保证园区的持续生产，避免了大面积长时间停产风险，见表1。

　　同时，加速第五代等温变换炉选型设计，HAZOP危险和可操作起到优化设计安全保护层，分析风险提出措施的作用。指导第五代等温变换炉科学选型，装置科学设计，经过多次系统评价指导增加炉温入口温度控制设备、温度压力报警、符合SIL等级要求的联锁、协助提出设备换热绕管的曲度设计等等一系列保护层。在设计阶段将等温变换装置风险等级降为低级，提高本质安全性，推进等温变换炉设备结构的改进优化。

　　第五代等温变换炉投用试用阶段，HAZOP安全分析，同样系统指导开车倒炉方案的编制及开车的安全实施。2022年5月中旬，第五代等温变换炉顺利投用，制约生产产量提升的最大瓶颈得以解决。

　　从第一代等温变换炉在HAZOP保护下持续生产至第五代等温变换炉设计投用，HAZOP危险和可操作的科学分析起到决定性的决策作用，见表2。

　　4应用效果

　　第五代等温变换炉CO转换率提高至97%，副产3.8 MPa饱和蒸汽15 t/h，生产负荷有原80%提至100%，瞬时达到108%负荷运行，见表3、表4、图2、图3。

　　5经济价值

　　第五代等温变换炉投用后，第五代等温变换炉CO转换率提高至97%，生产负荷有原80%提至100%，瞬时可达108%。2022年5—11月，等温变换炉处理气量，由27万m3/h增加到32万m3/h，合成氨生产系统达到满负荷，瞬时108%负荷运行，液氨产量提高，间接影响全园区产量均提升（见表4）。

　　第五代温变换炉检修后CO转换率提高（见表1、图1），月增产液氨6 559 t，按3000元/t计算，月增效1967.7万元，6—11月共增加产值11 806.2万元。

　　总体提升生产负荷（包括转换率提高）：与2021年前三季度同比（见表2），增加液氨产量95 595 t，按3 000元/t氨计算，2022年增加产值28 678.5万元。

　　6推广应用价值

　　第五代温变换炉在10年发展历程中经过5代产品的提升，HAZOP安全评价方法科学的分析指引，起到引领性的决策作用。通过细化工序节点，科学引导词引领下，汇总各专业知识，用科学细致的分析方法为大型技改项目的实施及生产工作中的风险预防指导起到非常好的作用。

　　在协助变换工艺发展历程中，变换工艺技术不仅改变统治世界100年绝热变换工艺风险，大大提高本质安全性；同时，为大型技改项目的安全设计实施、生产过程风险规避寻找到新的路径，非常值得推广、为同行业借鉴。

　　参考文献

　　[1]马明.等温变换技术取代传统变换工艺的探索[J].中氮肥，2014（5）：21-23.

　　[2]吴晓玲.CO等温变换工艺的应用分析[J].硫磷设计与粉体工程，2021，162（3）：40-44.

　　[3]王照成，刘庆亮，李繁荣，等.等温变换技术及其工业化应用进展[J].煤化工，2020，48（6）：12-15.

　　[4]张跃文，孙双红.等温变换技术的应用[J].小氮肥，2014（9）：17-18.