魯　鳳，王　凱

(1.蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院　甘肅蘭州　730060；2.航天長(zhǎng)征化學(xué)工程股份有限公司蘭州分公司　甘肅蘭州　730010)

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HAZOP在煤化工項(xiàng)目硫回收裝置中的應(yīng)用

魯鳳1，王凱2

(1.蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院甘肅蘭州730060；2.航天長(zhǎng)征化學(xué)工程股份有限公司蘭州分公司甘肅蘭州730010)

介紹了HAZOP的起源、相關(guān)術(shù)語(yǔ)、分析準(zhǔn)備和分析流程，分析了煤化工項(xiàng)目硫回收裝置工藝流程及HAZOP分析結(jié)果，并提出了建議措施。善用HAZOP分析報(bào)告有助于提升企業(yè)的過(guò)程安全管理水平，執(zhí)行HAZOP分析是企業(yè)實(shí)現(xiàn)“生產(chǎn)安全，預(yù)防為主”理念的有效措施。

HAZOP煤化工硫回收

在煤化工合成氨系統(tǒng)中，脫硫、脫碳凈化裝置會(huì)產(chǎn)生大量含硫尾氣，不能直接排放至大氣中，須送硫回收裝置進(jìn)行處理。硫回收的產(chǎn)品一般有硫黃和濃硫酸2種，現(xiàn)以98%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)的硫酸作為討論對(duì)象，所處理的酸性氣中含有硫化氫、二氧化碳、少量的氮?dú)夂图状?，其中硫化氫屬于易燃、易爆氣體，生產(chǎn)場(chǎng)所的爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分為2區(qū)，火災(zāi)危險(xiǎn)性分類(lèi)屬于甲類(lèi)，且98%硫酸也具有很大的腐蝕性，因此，硫回收裝置的設(shè)計(jì)本質(zhì)安全和操作安全的可靠性顯得尤為重要。為此，對(duì)該硫回收裝置在詳細(xì)工程設(shè)計(jì)階段進(jìn)行危險(xiǎn)與可操作性分析(以下簡(jiǎn)稱(chēng)HAZOP)[1]，找出安全隱患，并提出安全措施。

1　HAZOP概述

1.1HAZOP的起源[2]

HAZOP誕生于英國(guó)，由化學(xué)工程師T.克萊茲發(fā)明，于1963年首次應(yīng)用于帝國(guó)蒙德化學(xué)公司新建的苯酚工廠，并在其內(nèi)部摸索和應(yīng)用10年之后才在英國(guó)普及推廣。

HAZOP是一種被工業(yè)界廣泛采用的工藝危險(xiǎn)分析方法，也是有效排查事故隱患、預(yù)防重大事故和實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的重要手段之一。

1.2HAZOP相關(guān)術(shù)語(yǔ)[3]

(1)節(jié)點(diǎn)。在開(kāi)展HAZOP時(shí)，通常將復(fù)雜的工藝系統(tǒng)分解成若干子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)稱(chēng)作一個(gè)節(jié)點(diǎn)，以簡(jiǎn)化復(fù)雜的系統(tǒng)，有助于分析團(tuán)隊(duì)集中精力參與討論。

(2)偏離。指偏離所期望的設(shè)計(jì)意圖，如溫度、壓力、液位和組成等工藝參數(shù)都有各自安全許可的操作范圍，如果超出該范圍，無(wú)論超出程度如何，都視為偏離設(shè)計(jì)意圖。

(3)可操作性。HAZOP包括危險(xiǎn)分析和可操作性分析，前者是為了安全目的，而后者關(guān)心工藝系統(tǒng)是否能夠?qū)崿F(xiàn)正常操作，是否便于開(kāi)展維護(hù)或維修，甚至是否會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題或影響收率。

(4)引導(dǎo)詞。簡(jiǎn)單的詞或詞組，用來(lái)限制或量化意圖，聯(lián)合參數(shù)以便得到偏離，如高、低、沒(méi)有。分析團(tuán)隊(duì)借助引導(dǎo)詞與特定參數(shù)相互搭配，識(shí)別異常工況，即所謂偏離的情形。

(5)事故劇情。在實(shí)施HAZOP過(guò)程中，借助引導(dǎo)詞的幫助，設(shè)想工藝系統(tǒng)可能出現(xiàn)的各種偏離設(shè)計(jì)意圖的情形，這種推測(cè)的偏離設(shè)計(jì)意圖的事故情形稱(chēng)為事故劇情。

(6)原因。是指導(dǎo)致偏離的事件或條件。

(7)結(jié)果。是指由工藝系統(tǒng)偏離設(shè)計(jì)意圖時(shí)所導(dǎo)致的結(jié)果。

(8)現(xiàn)有安全措施。是指當(dāng)前設(shè)計(jì)、已經(jīng)安裝的設(shè)施中存在的安全措施。

(9)建議措施。是指所提議的消除或控制危險(xiǎn)的措施。

(10)HAZOP分析團(tuán)隊(duì)。由主席、記錄員和各相關(guān)專(zhuān)業(yè)成員所構(gòu)成的團(tuán)隊(duì)。

1.3HAZOP分析準(zhǔn)備[4]

HAZOP分析團(tuán)隊(duì)的組成對(duì)于該分析的成敗及質(zhì)量起決定性作用。HAZOP分析對(duì)其分析團(tuán)隊(duì)的每個(gè)成員都有專(zhuān)業(yè)、能力和經(jīng)驗(yàn)的要求，HAZOP分析主席是該分析團(tuán)隊(duì)的組織者、協(xié)調(diào)者、指導(dǎo)者和總結(jié)者，必須具有相當(dāng)?shù)慕?jīng)驗(yàn)、知識(shí)、管理能力和領(lǐng)導(dǎo)能力，只有這樣大部分問(wèn)題才能夠在分析會(huì)上得到解決。

HAZOP分析前，應(yīng)明確分析的對(duì)象和范圍，制定分析的時(shí)間表。HAZOP分析會(huì)議準(zhǔn)備工作主要是提供相應(yīng)的文件和資料，如工藝管道和儀表流程圖(PID)、工藝流程圖(PFD)、設(shè)備圖、安全閥數(shù)據(jù)表、聯(lián)鎖邏輯圖等。

1.4HAZOP分析流程

HAZOP分析流程一般采用參數(shù)優(yōu)先順序，其流程如圖1所示。

圖1　HAZOP分析流程

2　硫回收裝置HAZOP分析

2.1硫回收工藝流程

(1)酸性氣燃燒。來(lái)自低溫甲醇洗裝置的燃燒氣與熱空氣在燃燒爐中發(fā)生燃燒反應(yīng)，廢熱鍋爐回收工藝氣熱量，經(jīng)汽包副產(chǎn)飽和蒸汽。

(2)SO2催化氧化為SO3。熱工藝氣進(jìn)入反應(yīng)器床層，內(nèi)置換熱器交換熱量并副產(chǎn)過(guò)熱蒸汽，保證出口工藝氣溫度高于硫酸露點(diǎn)溫度，以防止硫酸蒸氣冷凝沉積而造成設(shè)備腐蝕。

(3)硫酸蒸氣冷凝。硫酸蒸氣進(jìn)入硫酸蒸氣冷凝器，與管程內(nèi)的冷空氣換熱，促使硫酸蒸氣冷凝成液滴，靠重力滴落至硫酸蒸氣冷凝器底部，工藝尾氣送至煙氣脫硫裝置。

(4)硫酸降溫及調(diào)質(zhì)。經(jīng)硫酸蒸氣冷凝器冷凝分離出的硫酸溫度較高，為避免高溫硫酸對(duì)管道和設(shè)備的腐蝕，與硫酸水冷器冷卻后的硫酸混合，降溫加壓后送至硫酸罐區(qū)。

(5)裝置的熱量回收。本裝置不需要外供熱量，反應(yīng)過(guò)程通過(guò)中壓汽包和段間換熱器副產(chǎn)過(guò)熱蒸汽。

2.2硫回收裝置HAZOP分析結(jié)果

硫回收裝置按功能劃分為4個(gè)節(jié)點(diǎn)，即酸性氣燃燒、SO2催化氧化、硫酸蒸氣冷凝降溫及調(diào)質(zhì)、裝置熱量回收，酸性氣燃燒節(jié)點(diǎn)的部分HAZOP分析結(jié)果如表1所示。

表1酸性氣燃燒節(jié)點(diǎn)部分HAZOP分析結(jié)果

項(xiàng)目引導(dǎo)詞偏 差原 因后 果已有保護(hù)措施流 量高 來(lái)自脫硫脫碳工段酸性氣流量高低/無(wú) 來(lái)自脫硫脫碳工段酸性氣流量低高 燃燒風(fēng)機(jī)入口熱空氣流量高1)低/無(wú) 燃燒風(fēng)機(jī)入口熱空氣流量低上游工段原因尾氣不達(dá)標(biāo)聯(lián)鎖到脫硫脫碳工段放空至酸性氣火炬上游工段原因 尾氣不達(dá)標(biāo),爐溫下降,停爐 補(bǔ)充燃料氣;風(fēng)機(jī)變頻減小風(fēng)量;氣量低于設(shè)計(jì)值聯(lián)鎖停車(chē)FV0001故障關(guān)閉 尾氣不達(dá)標(biāo),爐溫下降,停爐 補(bǔ)充燃料氣,風(fēng)機(jī)變頻減小風(fēng)量,打開(kāi)旁路,檢修FV0001UV0001故障關(guān)閉停爐聯(lián)鎖停車(chē) PDV0002關(guān)閉故障或開(kāi)度小時(shí)故障 冷卻風(fēng)機(jī)出口空氣超壓,導(dǎo)致硫酸蒸氣冷凝器玻璃管破裂,燃燒風(fēng)機(jī)受損燃燒風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖停機(jī) PDV0002故障開(kāi)或開(kāi)度大時(shí)故障燃燒不完全,爐溫下降TIACS0006ABC低溫報(bào)警聯(lián)鎖停車(chē)溫 度高 燃燒爐爐膛溫度高2)低 燃燒爐爐膛溫度低高 反應(yīng)器入口工藝氣溫度高3)低 反應(yīng)器入口工藝氣溫度低3)燃料氣流量高 導(dǎo)致燃燒爐爐膛溫度升高,設(shè)備損壞;硫酸濃度降低 燃燒爐爐體TIA0007AB和TIA0008AB高報(bào)警,TIACS0006ABC高報(bào)警調(diào)解,FV-0003開(kāi)度減小燃料氣流量低 爐溫下降,設(shè)備腐蝕,有可能產(chǎn)生回火,破壞內(nèi)襯燃燒爐上設(shè)有TIACS0006ABC低溫報(bào)警聯(lián)鎖停車(chē)酸性氣流量低 爐溫下降,設(shè)備腐蝕,有可能產(chǎn)生回火,破壞內(nèi)襯 燃燒爐上設(shè)有TIACS0006ABC低溫報(bào)警增大FV-0003開(kāi)度,低溫報(bào)警聯(lián)鎖停車(chē) 調(diào)節(jié)閥TV0009開(kāi)度大故障反應(yīng)器超溫,催化劑失活 反應(yīng)器出口設(shè)有TI0014高溫報(bào)警;反應(yīng)器入口工藝氣管線(xiàn)設(shè)有TIAC-0009和TIAC-0013高溫報(bào)警增大FV-0009開(kāi)度;反應(yīng)器出口工藝氣管線(xiàn)設(shè)有TIAS-0019高溫報(bào)警聯(lián)鎖停車(chē) 調(diào)節(jié)閥TV0009開(kāi)度小故障 催化劑活性低,SO2轉(zhuǎn)化率降低,硫酸產(chǎn)量低,尾氣不達(dá)標(biāo)反應(yīng)器出口設(shè)有TI0014低溫報(bào)警壓 力高燃料氣壓力高低燃料氣壓力低上游工段波動(dòng)分離器和燃料氣管線(xiàn)超壓安全閥PSV-0005超壓起跳 PV0005,UV0002或FV0003故障關(guān)分離器和燃料氣管線(xiàn)超壓安全閥PSV-0005超壓起跳上游工段波動(dòng)無(wú)明顯后果

注：1)建議在HAR0003管線(xiàn)上的PDV0021閥前增加PDIC0021壓差聯(lián)鎖放空；

2)建議增加TIACS0006ABC高高溫聯(lián)鎖UV0002關(guān)閉燃料氣切斷閥或停車(chē)；

3)建議采用TV0009精度較高的閥。

2.3建議措施

(1)當(dāng)燃料氣閥門(mén)誤開(kāi)大時(shí)，易引起燃燒爐超溫，為避免燒壞設(shè)備，應(yīng)在燃燒爐上增加高高溫聯(lián)鎖，關(guān)燃料氣切斷閥或停車(chē)。

(2)當(dāng)硫酸蒸氣冷凝器出口熱空氣的差壓閥誤關(guān)或關(guān)閉故障時(shí)，此管線(xiàn)再無(wú)其他泄壓措施，憋壓將導(dǎo)致硫酸蒸氣冷凝器玻璃管破裂或損壞風(fēng)機(jī)，應(yīng)增加高差壓放空措施。

(3)廢熱鍋爐內(nèi)置的溫度自控閥非常重要，應(yīng)提高其制造精度，減少維修。

(4)由于閥門(mén)誤操作或者故障時(shí)，容易導(dǎo)致反應(yīng)器出口工藝氣溫度偏低，SO3提前發(fā)生水合反應(yīng)生成稀硫酸而腐蝕管道，所以反應(yīng)器出口工藝氣管線(xiàn)應(yīng)進(jìn)行電伴熱，確保其溫度在硫酸的露點(diǎn)以上。

3　結(jié)語(yǔ)

正確運(yùn)用HAZOP，可識(shí)別工藝過(guò)程潛在的危險(xiǎn)和可操作性問(wèn)題，預(yù)估危險(xiǎn)可能導(dǎo)致的不利后果，理清潛在事故的形成和傳播路徑，找出重要事故劇情中現(xiàn)有的安全措施并評(píng)估其作用和潛在事故的風(fēng)險(xiǎn)水平，需要時(shí)提出降低風(fēng)險(xiǎn)的建議措施。分析過(guò)程可幫助團(tuán)隊(duì)加深對(duì)工藝系統(tǒng)的認(rèn)知，詳細(xì)設(shè)計(jì)階段的HAZOP分析提高了設(shè)計(jì)的本質(zhì)安全[5]。

HAZOP分析的主要結(jié)果以分析報(bào)告的形式體現(xiàn)，善用該報(bào)告有助于提升企業(yè)的過(guò)程安全管理水平，執(zhí)行HAZOP分析是企業(yè)實(shí)現(xiàn)“生產(chǎn)安全，預(yù)防為主”理念的有效措施。全面識(shí)別和分析潛在的事故，完善針對(duì)潛在重大事故的預(yù)防性安全措施，相當(dāng)于將安全防線(xiàn)提前，可起到“四兩撥千斤”的效果。

需要強(qiáng)調(diào)的是，HAZOP分析只是過(guò)程安全管理的一個(gè)環(huán)節(jié)，完成HAZOP分析并不意味著企業(yè)已經(jīng)完全安全了，要降低運(yùn)營(yíng)的風(fēng)險(xiǎn)，企業(yè)還需落實(shí)過(guò)程安全管理的其他因素；各相關(guān)部門(mén)及專(zhuān)業(yè)人員應(yīng)接受必要的培訓(xùn)，協(xié)同參與，并善用HAZOP分析的成果。

[1]王若青，胡晨.HAZOP安全分析方法的介紹[J].石油化工安全環(huán)保技術(shù)，2003(1)：19- 22.

[2]張斌，趙東風(fēng)，周樂(lè)平，等.HAZOP分析技術(shù)改進(jìn)研究[J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2007(10)：160- 164.

[3]齊海桃，蔣軍成.HAZOP技術(shù)在氨合成塔危險(xiǎn)辨識(shí)中的應(yīng)用[J].中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2011(3)：104- 108.

[4]王曉慧，朱玉營(yíng).HAZOP分析法在煤化工液氮洗工藝中的應(yīng)用[J].潔凈煤技術(shù)，2012(1)：102- 105.

[5]尹渠軍，鄒喜權(quán)，曾志中.大力推進(jìn)HAZOP方法應(yīng)用提高設(shè)計(jì)本質(zhì)安全化水平[J].化工設(shè)計(jì)，2009(2)：42- 45.

Use of HAZOP in Sulfur Recovery Unit of Coal Chemical Industry Project

LU Feng1, WANG Kai2

(1.Lanzhou Petrochemical College of Vocational TechnologyGansu Lanzhou730060；2.Changzheng Engineering Co., Ltd. Lanzhou BranchGansu Lanzhou730010)

The origin, relative terms, analysis preparation and analysis process of HAZOP are introduced, the process flow of sulfur recovery unit of coal chemical industry project and HAZOP analysis results are analyzed, recommended measures are proposed. To make good use of HAZOP analysis report contributes to improve process safety management level of the enterprise, to carry out HAZOP analysis is an effective measure for the enterprise to realize the concept of “safe production, prevention first”.

HAZOPcoal chemical industrysulfur recovery

魯鳳(1983—)，女，講師，碩士，主要從事化工安全教學(xué)和科研工作。

王凱；cecowk@126.com。

X913.4；TQ54

A

1006- 7779(2016)04- 0067- 04

2015- 04- 02)