天然气蒸汽转化制氢装置转化工序火灾爆炸原因分析
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安全技术
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如错误操 作阀门， 不应开 启的阀门 开启后引 起泄漏； 对大于常 压的设备 未减压 开启孔盖 ；违反操 作规程， 执行制度 不严，工 作现场 检查不及 时，设备 不做定期 维护，带病运转等。
2、反应失控类火灾爆炸事故 这类事故是 指有些放 热反应， 在反应过 程中控制 反应速度 和温度、 压力等 措施失控 ，装置超 温超压， 发生火灾爆炸事故。 还有由于反 应过程中 反应物本 身就是受 控的氧化 反应过程 ，当反应 过程中 ，反应物 比例失去 控制，就 会发生火 灾爆炸反 应，形 成事故； 还用由于 传热过程 控制不当 ，发生急 剧的热 传导，设 备超压形 成火灾爆 炸事故。 由于本装置 的反应过 程是以水 蒸气为氧 化剂，甲 烷为还原 剂的吸热 化学反 应，并且 工艺过程 中不存在 温差很大 的换热过 程。因 此本装置 的火灾爆 炸危险性 主要体现在泄漏类火灾爆炸事故类型。 三、转化工序火灾爆炸事故原因的事故树分析 FTA又 称 故 障 树 分 析 ， 是 美 国 贝 尔 实 验 室 的 Watson等提出和发展起来的一门技术。FTA技术提供了 一套科学 分析和计 算的方 法，常用 来解决复 杂系统的 可靠性问 题，如用 于核电 站、航天 技术、石 油化工企 业中成套设备等[1]。它是研究系统或装置发生事故、故 障各种直 接或间接 原因， 并在这些 原因之间 建立逻辑 关系。它 用各种事 件符号 、逻辑符 号和转移 符号描述 系统事件 的因果关 系，帮 助人们对 已发生和 潜在事故 进行诊断事故。也就是说事故树分析FTA是从结果推断 可能原因 的思维方 法为基 础而发展 起来的分 析方法。 它既可定性分析,又可 定量评价,因而广大安全管理人员 愈来愈乐于采用事故树方法进行分析评价[2]。 事故树分析 可以从两 个方面进 行，一是 求出导致 事故发生 的最小割 集，最 小割集是 引起頂事 件发生的 充分必要 条件，找 出导致 事故发生 的最基本 因素，控 制最基本 事件发生 也就保 证事故不 会发生。 二是求出 导致顶事 件不发生 的最小 径集，最 小径集是 保证顶事 件不发生 的充分必 要条件 ，控制最 小割集中 的基本事 件不发生 ，顶事件 就不会 发生。由 于基本事 件发生的 统计概率 数据较难 获取， 我们对转 化工序发 生泄漏类 火灾 、 爆 炸事 故 树 进行 定 性 分析 分 析 。求 出 最 小径
最 后 从 {X18 X19 X20 X21 X22 X24 X25 X26 X27 X28}可 知，针对 第一个 方案即 要保证 装置不 发生静 电 放电的情 况下，防 雷接地 设施发生 障碍时 也不会发 生 火灾。
【参考文献】 [1] 郭 吉 红 . 压 力容 器 爆 炸 事 故 分析 和 后 果 预 测 [J].工业安全与环保,2005,31(9):52- 54. [2] 吴宗 之,高进东,魏利军.危险 评价方法及 其应用 [J].北京:冶金工业出版社,2001.191- 192.
从 第 二 个 最 小 径 集 {X1 X2 X3 X4 X5 X6 X9 X10 X11 X12 X13 X14 X15 X16 X17}可以看出， 针对第一个 方案来说 ，在装置 出口关 闭的情况 下，如 果放空阀 处 于开启状态同样可以避免泄漏导致的事故发生。
第 四个 最 小 径 集 {X18 X19 X20 X21 X22 X23 X26 X27 X28}表明， 通过禁 止在 危险区 内动 火，避 免产 生 电火花及 静电火花 的各种 可能，控 制介质 流速，同 时 保证接地 电阻正常 运行， 就可以避 免产生 点火源， 一 旦可燃物泄漏也可以避免火灾发生。
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=(X1- X9+(X1- X6 )(X1 0X1 1X12 )X9 X13X14X1 5X 16X17+X18- X22(X24- X28)
=(X1- X9 )(X1 3- X1 7)+(X1 - X6 )(X9- X1 7)+(X18 X23)(X26- X28)+(X18- X22)(X24- X28)
[5] GB/ T 195822008.基于 Modbus协 议的 工 业自 动 化网络规范[S].
[6] 徐成 杰,戴峻 峰,常波.Mo dbus R TU模式 的变 频 器 监控 系 统 设 计 [J].微 计 算 机 信 息 ,2009,第 25卷 第 7- 1 期:90- 91.
[7] 张建 江 .基 于M odbus- R T U协议 的 现场 总线 局 域网在 智能电 器中的应 用[J].电气 制造,2 009,第 6期:5052.
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天然气蒸汽转化制氢装置 转化工序火灾爆炸原因分析
张 洪杰
辽 河油 田油气 工程技 术处 ，辽宁 ，12 401 0
【摘 要】天然气蒸汽转化制氢装置转化工序火灾爆炸事故主要发生在停产检修和 正常运行阶段。 停产检修阶段火灾 爆炸原因主要有 装置与外界没有完 全盲断或盲板设 置不合理；系统 内部清洗、置换不 彻底。装置运行 阶段火灾爆炸事故 原因通过事故树 的对偶树进行定性分析，求出避免火灾爆炸事故的四个最小径集。
化 气 经 过一 系 列余 热 回收 、 降 温过 程 温度 降 至～ 40
℃ ，送至变压 吸附装置 制氢。脱盐 水经过预热 后，分
别 进入中、低 压气包生产 中、低压蒸 汽，中压蒸 汽做 为 工艺蒸汽返 回系统与天 然气发生转 化反应，低 压蒸 汽进入外管网。转化工序流程框图见图1。
二、转化工序火灾爆炸类型 化工 装置发生火灾爆炸事故可分为两个阶段 ，一 是 发生在装置 停产检修阶 段，另一是 发生在正常 运行 阶 段。装置停 产检修阶段 火灾爆炸原 因主要有装 置与 外 界 没有 完 全 盲断 或 盲板 设 置不 合 理； 系 统内 部 清 洗、置换不彻底，有死角。 装 置运行过程中 火灾爆炸根据 事故发生的 原因， 其火灾爆炸事故可分为如下两种形式： 1、泄漏类火灾、爆炸事故 泄 漏 类 火灾 与 爆炸 是 指反 应 容 器因 某 种原 因 造 成 ，开放而使 可燃物质泄 漏到外部， 遇点火源后 引发 的 火灾爆炸。 容器质量因 素泄漏：如 材料错误、 品质 不 符；强度不 足；加工焊 接组装缺陷 ；结构缺陷 ；密 封 失效等。 容器工艺因 素泄漏：如 高流速介质 冲击磨 损 ； 反复 应 力 作用 ； 腐蚀 破 坏； 蠕 变失 效 ；冷 脆 断 裂 ；老化变质 。外来因素 破坏：如外 来飞行物打 击； 施 工破坏；基 础下沉或倾 斜等。操作 失误引起泄 漏：
脱 硫，与经过过 热中压蒸汽按 H2O/C＝3.5- 4.0:1混合， 进 入对流段混 合气预热 器加热，经 过上集气总 管，猪
尾 管分别进 入60根装 有镍触媒 的转化管中 ，天然气 与
水 蒸气自上而 下经镍触 媒床层进行 转化反应， 最后经
下 集气管，下 集气总管 出转化炉。 出转化炉的 高温转
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[2] 宫秀丽 .国外 人工智 能研究 的动态 [J].现代 电子 技术,1997,第1期:48- 50.
[3] (意 )Marco Do rigo,(德 )Tho mas Stutzle.蚁 群 算 法 [M].张军.北京:清华大学出版社,2007.
[4] 王侠,程乃 伟.蚁群 算法在 动态疏 散路径优 化过 程中的应用[J].安防科技,2009,第10期,7- 9.
【参考文献】 [1] Douglas B.Lenat, Edward A.Feigenbaum,何 华 灿.关于人工智能的最新 假说知识的阈值理论[J].计 算机 科学,1989,第1期:1- 6.
从第 一个 最小 径集 {X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 X13 X14 X15 X16 X17}可以知道，即只要保证装置不发 生质量原 因及工艺 原因导 致的泄漏 ，同时 避免外来 原 因物撞击 及基础下 沉、保 证装置出 口开启 ，就可以 避 免泄漏导致的火灾爆炸事故。
得出对偶树得到最小径集为 {X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 X13 X14 X15 X16 X17} {X1 X2 X3 X4 X5 X6 X9 X10 X11 X12 X13 X14 X15 X16 X17} {X18 X19 X20 X21 X22 X23 X26 X27 X28} {X18 X19 X20 X21 X22 X24 X25 X26 X27 X28} 通过定 性比较方 法确定基 本事件的 结构重要 度顺 序为 X18=X19=X20=X21=X22=X26=X27=X28 >X1=X2= X3=X4=X5=X6=X9=X13=X14=X15=X16=X17>X23>X24 =X25>X7=X8>X10=X11=X12 四、结论 1、在装置停产检修阶段发生火灾爆炸的主要原因 装置停 产检修阶 段火灾爆 炸原因主 要有装置 与外 界没有 完全盲断 或盲板 设置不合 理；系 统内部清 洗、 置换不彻底，有死角。 2、装置运行阶段发生火灾爆炸的原因 通过定 性分析， 该事故树 最小径集 有四个， 只要 控制最 小径集方 案中的 任何一个 基本事 件不发生 ，火 灾、爆 炸事故 就可避免 。可燃物 泄露和 点火源是 导致 事故发 生的两个 必要条 件。控制 二者其 中之一就 可以 避免事故的发生。 （上 接第12页 ） 五、结论 利用蚁 群算法和 计算机网 络技术开 发的智能 疏散 指示系统有三个创新点： （1）将理论算法和现场指示 设 备组 成 一 个 系统 ， 实 现了 软 硬 件的 结 合 （ ；） 。 （2 ）主机与 从机之间 真正实 现了数据 交换。 （3）指 示模 式更人性 化、更直 观。该 系统选用 的技术 成熟， 成本 合理，效 果满意， 在火灾 疏散中可 以发挥 重要作 用，有广泛的应用前景。
【关键词】天然气蒸汽转化制氢装置转化工序 火灾爆炸事故 事故树 最小径集
一、转化工序工艺概述
烟气 排放
燃料天 然气 工艺天 然气
脱 盐水
脱 盐水
换 热
工艺 天然 气
脱硫
烟 燃料 气 天然气
转化气
转 化反应
换热
转化 气
中压工 艺蒸汽
低压 蒸汽
图1 转化工序流程框图 经过 原料气压缩 机增压的工 艺天然气经 过预热、
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集，以及最小径集的结构重要度，并进行排序。 画出转化工序火灾、爆炸事故树的对偶树见图2，
对偶树中各符号的意义见表1。
图2 转化工序火灾爆炸事故树的对偶树 表1 事故树对偶树中各符号的意义
求成功树最小径集 T=A1+A2 =B1B2B3+X19B4B5B6B7 =X1X2X3X4(X5X6(D1+D2)(D3D4))X16X17+X18(X1 9X20X21X22(X23+X24X25))X26X27X28 =X1- X6(X7X8 X9+ຫໍສະໝຸດ Baidu10 X11 X1 2)(X13 X9X14 X15 ) X1X17+X18(X19- X23+X19-X22X24X25)X26X27X28
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如错误操 作阀门， 不应开 启的阀门 开启后引 起泄漏； 对大于常 压的设备 未减压 开启孔盖 ；违反操 作规程， 执行制度 不严，工 作现场 检查不及 时，设备 不做定期 维护，带病运转等。
2、反应失控类火灾爆炸事故 这类事故是 指有些放 热反应， 在反应过 程中控制 反应速度 和温度、 压力等 措施失控 ，装置超 温超压， 发生火灾爆炸事故。 还有由于反 应过程中 反应物本 身就是受 控的氧化 反应过程 ，当反应 过程中 ，反应物 比例失去 控制，就 会发生火 灾爆炸反 应，形 成事故； 还用由于 传热过程 控制不当 ，发生急 剧的热 传导，设 备超压形 成火灾爆 炸事故。 由于本装置 的反应过 程是以水 蒸气为氧 化剂，甲 烷为还原 剂的吸热 化学反 应，并且 工艺过程 中不存在 温差很大 的换热过 程。因 此本装置 的火灾爆 炸危险性 主要体现在泄漏类火灾爆炸事故类型。 三、转化工序火灾爆炸事故原因的事故树分析 FTA又 称 故 障 树 分 析 ， 是 美 国 贝 尔 实 验 室 的 Watson等提出和发展起来的一门技术。FTA技术提供了 一套科学 分析和计 算的方 法，常用 来解决复 杂系统的 可靠性问 题，如用 于核电 站、航天 技术、石 油化工企 业中成套设备等[1]。它是研究系统或装置发生事故、故 障各种直 接或间接 原因， 并在这些 原因之间 建立逻辑 关系。它 用各种事 件符号 、逻辑符 号和转移 符号描述 系统事件 的因果关 系，帮 助人们对 已发生和 潜在事故 进行诊断事故。也就是说事故树分析FTA是从结果推断 可能原因 的思维方 法为基 础而发展 起来的分 析方法。 它既可定性分析,又可 定量评价,因而广大安全管理人员 愈来愈乐于采用事故树方法进行分析评价[2]。 事故树分析 可以从两 个方面进 行，一是 求出导致 事故发生 的最小割 集，最 小割集是 引起頂事 件发生的 充分必要 条件，找 出导致 事故发生 的最基本 因素，控 制最基本 事件发生 也就保 证事故不 会发生。 二是求出 导致顶事 件不发生 的最小 径集，最 小径集是 保证顶事 件不发生 的充分必 要条件 ，控制最 小割集中 的基本事 件不发生 ，顶事件 就不会 发生。由 于基本事 件发生的 统计概率 数据较难 获取， 我们对转 化工序发 生泄漏类 火灾 、 爆 炸事 故 树 进行 定 性 分析 分 析 。求 出 最 小径
最 后 从 {X18 X19 X20 X21 X22 X24 X25 X26 X27 X28}可 知，针对 第一个 方案即 要保证 装置不 发生静 电 放电的情 况下，防 雷接地 设施发生 障碍时 也不会发 生 火灾。
【参考文献】 [1] 郭 吉 红 . 压 力容 器 爆 炸 事 故 分析 和 后 果 预 测 [J].工业安全与环保,2005,31(9):52- 54. [2] 吴宗 之,高进东,魏利军.危险 评价方法及 其应用 [J].北京:冶金工业出版社,2001.191- 192.
从 第 二 个 最 小 径 集 {X1 X2 X3 X4 X5 X6 X9 X10 X11 X12 X13 X14 X15 X16 X17}可以看出， 针对第一个 方案来说 ，在装置 出口关 闭的情况 下，如 果放空阀 处 于开启状态同样可以避免泄漏导致的事故发生。
第 四个 最 小 径 集 {X18 X19 X20 X21 X22 X23 X26 X27 X28}表明， 通过禁 止在 危险区 内动 火，避 免产 生 电火花及 静电火花 的各种 可能，控 制介质 流速，同 时 保证接地 电阻正常 运行， 就可以避 免产生 点火源， 一 旦可燃物泄漏也可以避免火灾发生。
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=(X1- X9+(X1- X6 )(X1 0X1 1X12 )X9 X13X14X1 5X 16X17+X18- X22(X24- X28)
=(X1- X9 )(X1 3- X1 7)+(X1 - X6 )(X9- X1 7)+(X18 X23)(X26- X28)+(X18- X22)(X24- X28)
[5] GB/ T 195822008.基于 Modbus协 议的 工 业自 动 化网络规范[S].
[6] 徐成 杰,戴峻 峰,常波.Mo dbus R TU模式 的变 频 器 监控 系 统 设 计 [J].微 计 算 机 信 息 ,2009,第 25卷 第 7- 1 期:90- 91.
[7] 张建 江 .基 于M odbus- R T U协议 的 现场 总线 局 域网在 智能电 器中的应 用[J].电气 制造,2 009,第 6期:5052.
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天然气蒸汽转化制氢装置 转化工序火灾爆炸原因分析
张 洪杰
辽 河油 田油气 工程技 术处 ，辽宁 ，12 401 0
【摘 要】天然气蒸汽转化制氢装置转化工序火灾爆炸事故主要发生在停产检修和 正常运行阶段。 停产检修阶段火灾 爆炸原因主要有 装置与外界没有完 全盲断或盲板设 置不合理；系统 内部清洗、置换不 彻底。装置运行 阶段火灾爆炸事故 原因通过事故树 的对偶树进行定性分析，求出避免火灾爆炸事故的四个最小径集。
化 气 经 过一 系 列余 热 回收 、 降 温过 程 温度 降 至～ 40
℃ ，送至变压 吸附装置 制氢。脱盐 水经过预热 后，分
别 进入中、低 压气包生产 中、低压蒸 汽，中压蒸 汽做 为 工艺蒸汽返 回系统与天 然气发生转 化反应，低 压蒸 汽进入外管网。转化工序流程框图见图1。
二、转化工序火灾爆炸类型 化工 装置发生火灾爆炸事故可分为两个阶段 ，一 是 发生在装置 停产检修阶 段，另一是 发生在正常 运行 阶 段。装置停 产检修阶段 火灾爆炸原 因主要有装 置与 外 界 没有 完 全 盲断 或 盲板 设 置不 合 理； 系 统内 部 清 洗、置换不彻底，有死角。 装 置运行过程中 火灾爆炸根据 事故发生的 原因， 其火灾爆炸事故可分为如下两种形式： 1、泄漏类火灾、爆炸事故 泄 漏 类 火灾 与 爆炸 是 指反 应 容 器因 某 种原 因 造 成 ，开放而使 可燃物质泄 漏到外部， 遇点火源后 引发 的 火灾爆炸。 容器质量因 素泄漏：如 材料错误、 品质 不 符；强度不 足；加工焊 接组装缺陷 ；结构缺陷 ；密 封 失效等。 容器工艺因 素泄漏：如 高流速介质 冲击磨 损 ； 反复 应 力 作用 ； 腐蚀 破 坏； 蠕 变失 效 ；冷 脆 断 裂 ；老化变质 。外来因素 破坏：如外 来飞行物打 击； 施 工破坏；基 础下沉或倾 斜等。操作 失误引起泄 漏：
脱 硫，与经过过 热中压蒸汽按 H2O/C＝3.5- 4.0:1混合， 进 入对流段混 合气预热 器加热，经 过上集气总 管，猪
尾 管分别进 入60根装 有镍触媒 的转化管中 ，天然气 与
水 蒸气自上而 下经镍触 媒床层进行 转化反应， 最后经
下 集气管，下 集气总管 出转化炉。 出转化炉的 高温转
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[2] 宫秀丽 .国外 人工智 能研究 的动态 [J].现代 电子 技术,1997,第1期:48- 50.
[3] (意 )Marco Do rigo,(德 )Tho mas Stutzle.蚁 群 算 法 [M].张军.北京:清华大学出版社,2007.
[4] 王侠,程乃 伟.蚁群 算法在 动态疏 散路径优 化过 程中的应用[J].安防科技,2009,第10期,7- 9.
【参考文献】 [1] Douglas B.Lenat, Edward A.Feigenbaum,何 华 灿.关于人工智能的最新 假说知识的阈值理论[J].计 算机 科学,1989,第1期:1- 6.
从第 一个 最小 径集 {X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 X13 X14 X15 X16 X17}可以知道，即只要保证装置不发 生质量原 因及工艺 原因导 致的泄漏 ，同时 避免外来 原 因物撞击 及基础下 沉、保 证装置出 口开启 ，就可以 避 免泄漏导致的火灾爆炸事故。
得出对偶树得到最小径集为 {X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 X13 X14 X15 X16 X17} {X1 X2 X3 X4 X5 X6 X9 X10 X11 X12 X13 X14 X15 X16 X17} {X18 X19 X20 X21 X22 X23 X26 X27 X28} {X18 X19 X20 X21 X22 X24 X25 X26 X27 X28} 通过定 性比较方 法确定基 本事件的 结构重要 度顺 序为 X18=X19=X20=X21=X22=X26=X27=X28 >X1=X2= X3=X4=X5=X6=X9=X13=X14=X15=X16=X17>X23>X24 =X25>X7=X8>X10=X11=X12 四、结论 1、在装置停产检修阶段发生火灾爆炸的主要原因 装置停 产检修阶 段火灾爆 炸原因主 要有装置 与外 界没有 完全盲断 或盲板 设置不合 理；系 统内部清 洗、 置换不彻底，有死角。 2、装置运行阶段发生火灾爆炸的原因 通过定 性分析， 该事故树 最小径集 有四个， 只要 控制最 小径集方 案中的 任何一个 基本事 件不发生 ，火 灾、爆 炸事故 就可避免 。可燃物 泄露和 点火源是 导致 事故发 生的两个 必要条 件。控制 二者其 中之一就 可以 避免事故的发生。 （上 接第12页 ） 五、结论 利用蚁 群算法和 计算机网 络技术开 发的智能 疏散 指示系统有三个创新点： （1）将理论算法和现场指示 设 备组 成 一 个 系统 ， 实 现了 软 硬 件的 结 合 （ ；） 。 （2 ）主机与 从机之间 真正实 现了数据 交换。 （3）指 示模 式更人性 化、更直 观。该 系统选用 的技术 成熟， 成本 合理，效 果满意， 在火灾 疏散中可 以发挥 重要作 用，有广泛的应用前景。
【关键词】天然气蒸汽转化制氢装置转化工序 火灾爆炸事故 事故树 最小径集
一、转化工序工艺概述
烟气 排放
燃料天 然气 工艺天 然气
脱 盐水
脱 盐水
换 热
工艺 天然 气
脱硫
烟 燃料 气 天然气
转化气
转 化反应
换热
转化 气
中压工 艺蒸汽
低压 蒸汽
图1 转化工序流程框图 经过 原料气压缩 机增压的工 艺天然气经 过预热、
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集，以及最小径集的结构重要度，并进行排序。 画出转化工序火灾、爆炸事故树的对偶树见图2，
对偶树中各符号的意义见表1。
图2 转化工序火灾爆炸事故树的对偶树 表1 事故树对偶树中各符号的意义
求成功树最小径集 T=A1+A2 =B1B2B3+X19B4B5B6B7 =X1X2X3X4(X5X6(D1+D2)(D3D4))X16X17+X18(X1 9X20X21X22(X23+X24X25))X26X27X28 =X1- X6(X7X8 X9+ຫໍສະໝຸດ Baidu10 X11 X1 2)(X13 X9X14 X15 ) X1X17+X18(X19- X23+X19-X22X24X25)X26X27X28