李建民，董憲偉，肖海嬌，王福生

(1華北理工大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院，河北 唐山 063210；2 唐山三友化工股份有限公司，河北 唐山 063305)

經(jīng)過60多年的發(fā)展，新中國的化纖工業(yè)取得了舉世矚目的成就，粘膠纖維等常規(guī)大宗化纖品種差別化功能化生產(chǎn)技術(shù)水平不斷提高。然而在化纖技術(shù)突飛猛進(jìn)的背后離不開風(fēng)險(xiǎn)的辨識(shí)和防范。近年來，作為審查裝置安全性和操作性、分析偏差產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)以及提出削減風(fēng)險(xiǎn)措施的安全系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法，危險(xiǎn)與可操作性分析(HAZOP)成為國家安全監(jiān)管部門在化工和化纖行業(yè)力推的方法，也是目前石化行業(yè)應(yīng)用最為廣泛的危險(xiǎn)分析方法之一，熟練應(yīng)用于具有危險(xiǎn)化學(xué)品的生產(chǎn)裝置和罐區(qū)過程工業(yè)的安全風(fēng)險(xiǎn)分析，并且取得了良好的安全績(jī)效，提高了相關(guān)行業(yè)的安全防范水平。

根據(jù)《關(guān)于開展提升危險(xiǎn)化學(xué)品領(lǐng)域本質(zhì)安全水平專項(xiàng)行動(dòng)的通知》(安監(jiān)總管三[2012]第87號(hào))、《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)化學(xué)品罐區(qū)安全管理的通知》(安監(jiān)總管三[2014]第68號(hào))等文件的有關(guān)規(guī)定，涉及重點(diǎn)監(jiān)控的危險(xiǎn)化學(xué)品的罐區(qū)需定期進(jìn)行危險(xiǎn)與可操作性分析[1]。今年的6月份是第18個(gè)全國“安全生產(chǎn)月”，活動(dòng)以危險(xiǎn)化學(xué)品安全為重點(diǎn)，以“防風(fēng)險(xiǎn)、除隱患、遏事故”為主題，在此宣傳力度上，對(duì)位于唐山市的一所化纖生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行專項(xiàng)安全現(xiàn)狀分析以及專項(xiàng)整治是有效地將風(fēng)險(xiǎn)降低并消除在萌芽中的重要舉措，為新中國成立70周年?duì)I造良好的安全生產(chǎn)環(huán)境。

1 HAZOP分析概述

1.1 HAZOP分析方法簡(jiǎn)介

HAZOP分析是由具有不同專業(yè)背景的成員組成的小組，在組長(zhǎng)的主持下以一種結(jié)構(gòu)有序的方式對(duì)過程進(jìn)行系統(tǒng)審查的技術(shù)方法。它以工藝儀表流程圖(PID)為研究對(duì)象，在引導(dǎo)詞提示下，對(duì)系統(tǒng)中所有重要的過程參數(shù)可能由于偏離預(yù)期的設(shè)計(jì)條件所引起的潛在危險(xiǎn)和操作性問題，以及設(shè)計(jì)中已采取的安全防護(hù)措施進(jìn)行辨識(shí)和評(píng)價(jià)，提出需要設(shè)計(jì)者進(jìn)一步甄別的問題和修改設(shè)計(jì)或操作指令的建議[2]。HAZOP分析中常用引導(dǎo)詞的含義見表1。

表1 基本引導(dǎo)詞及其含義

1.2 HAZOP分析的程序流程

除組建分析小組、準(zhǔn)備資料和培訓(xùn)等前期工作外，工藝工程師需要對(duì)設(shè)備工藝流程進(jìn)行詳細(xì)的介紹，并將工藝和儀表流程圖劃分為若干節(jié)點(diǎn)，結(jié)合節(jié)點(diǎn)的工藝參數(shù)，組成有意義的偏差。HAZOP 分析就是從“偏差”(高壓力、高流量、高液位、低濃度等)出發(fā)，反向查找產(chǎn)生偏差的原因，正向分析該偏差將導(dǎo)致的不利后果，然后識(shí)別整個(gè)危險(xiǎn)傳播途徑中現(xiàn)有的防護(hù)措施。如果已有防護(hù)措施不夠，則提出相應(yīng)的預(yù)防和改善建議，力爭(zhēng)將風(fēng)險(xiǎn)降低到可接受的范圍。HAZOP分析流程圖見圖1。

圖1 HAZOP分析程序流程圖[3]

1.3 HAZOP分析的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)說明

HAZOP 風(fēng)險(xiǎn)程度評(píng)估采用矩陣風(fēng)險(xiǎn)分析法。分析采用5×7 矩陣，該矩陣事故后果的危害考慮4個(gè)方面，即對(duì)職員、公眾、環(huán)境和設(shè)施的危害。

事故后果等級(jí)(S)劃分的嚴(yán)重程度為最低后果、低后果、中后果以及高后果，事故頻率等級(jí)(L)分類及風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)矩陣見表2。

表2 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)矩陣

2 HAZOP分析在廢氣回收及CS2罐區(qū)的應(yīng)用

2.1 HAZOP分析范圍

表3所示為項(xiàng)目涉及到的危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源辨識(shí)表，表4所示為工廠危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源辨識(shí)表。

表3 該項(xiàng)目危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源辨識(shí)表

表4 全廠危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源辨識(shí)表

注：q1，q2，…，qn為每種化學(xué)危險(xiǎn)品實(shí)際存在量，單位為噸(t)；Q1，Q2，…，Qn為與各危險(xiǎn)化學(xué)品相對(duì)應(yīng)的臨界量，單位為噸(t)。

本次分析中涉及到的重大危險(xiǎn)源的物質(zhì)是CS2和H2S，屬首批重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化學(xué)品[4]。

由表3和表4知，CS2儲(chǔ)罐區(qū)構(gòu)成危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源，重大危險(xiǎn)源點(diǎn)為10臺(tái)80 m3的CS2儲(chǔ)罐和2臺(tái)490 m3的CS2儲(chǔ)罐。

2.2 選取的分析節(jié)點(diǎn)

根據(jù)本項(xiàng)目涉及到的“兩重點(diǎn)一重大”情況，結(jié)合工藝流程，經(jīng)分析小組確定，本次分析共選取18個(gè)分析節(jié)點(diǎn)(以結(jié)點(diǎn)01～04舉例)，節(jié)點(diǎn)信息見表5。

表5 分析節(jié)點(diǎn)一覽表

2.3 工藝流程說明

粘膠短纖維生產(chǎn)過程中排出的廢氣中含有少量的CS2氣體和H2S氣體，為了改善環(huán)境、節(jié)約資源和降低成本，利用先進(jìn)的工藝技術(shù)和關(guān)鍵工藝和自控設(shè)備，采用CS2吸附回收及H2S堿洗工藝，對(duì)紡練生產(chǎn)線產(chǎn)生的廢氣中的CS2氣體和H2S進(jìn)行回收處理，同時(shí)得到粘膠纖維生產(chǎn)過程中的重要化工原料CS2和具有廣泛用途的化工原料硫氫化鈉。

2.3.1 粘膠生產(chǎn)線廢氣處理工藝

(1)堿洗工藝

本工藝采用NaOH溶液堿洗工藝除去廢氣中的H2S，處理后的氣體送至吸附工序回收CS2。

反應(yīng)方程式為：

以1#生產(chǎn)線堿洗工序?yàn)槔?，其工藝過程如下：堿洗風(fēng)機(jī)(F-11/12/13)將生產(chǎn)線廢氣(50～70 ℃)由管道抽至堿洗區(qū)，經(jīng)除霧器(B11)除去廢氣中的水分。當(dāng)除霧器填料層水分接近飽和時(shí)，由反洗水反洗，除去填料層中的水分，即可沖洗使用。

除去水分的廢氣由風(fēng)機(jī)(F-11/12/13)送到湍流塔(T)底部，從塔頂噴淋調(diào)配好的NaOH溶液，NaOH與廢氣中的H2S反應(yīng)生成NaHS。處理后的氣體由湍流塔(T11)頂部排出，再依次經(jīng)過湍流塔(T12)和湍流塔(T13)與NaOH溶液反應(yīng)。脫除H2S的廢氣由管道輸送至吸附工序。

(2)吸附工藝

脫除H2S的廢氣，從洗滌塔(WT-116-A/B)底部進(jìn)入，NaOH溶液從塔頂噴淋霧化，以進(jìn)一步去除廢氣中的H2S。除去水分的廢氣經(jīng)由風(fēng)機(jī)(B-124-A～D)送至吸附槽(AT-129-A～J)，廢氣從吸附槽底進(jìn)入，其中的CS2被活性碳吸附，潔凈的尾氣從槽頂排出，已達(dá)飽和狀態(tài)的吸附槽，首先充入N2以置換吸附槽內(nèi)的空氣及廢氣，再通入蒸汽(管道內(nèi)蒸汽壓力>0.3 MPa，165 ℃)將活性碳吸附的CS2解吸出來，蒸汽的熱能給解析過程提供能量，并利用蒸汽將脫附的CS2帶入后面的工序進(jìn)行冷凝回收。廢氣回收裝置的工藝流程見圖2。

圖2 粘膠生產(chǎn)線廢氣處理工藝流程簡(jiǎn)圖

堿洗H2S平均去除率均達(dá)到95%以上，經(jīng)吸附回收后H2S的去除率達(dá)到99%以上，CS2的平均去除率達(dá)96%。堿洗處理后H2S含量≤0.21 g/m3，再經(jīng)吸附處理后廢氣中CS2含量≤0.56 g/m3，H2S為微量，處理后的廢氣一起由120 m高排氣塔達(dá)標(biāo)排放。

2.3.2 CS2罐區(qū)存儲(chǔ)及輸送

本次分析范圍CS2的存儲(chǔ)采用水封方式，CS2儲(chǔ)罐中CS2儲(chǔ)存量最多為75%，水量最少為25%，CS2全部密封在水下。CS2卸車和輸送均采用水壓法，即用循環(huán)水向運(yùn)送CS2的槽車或貯存CS2的貯槽中輸送循環(huán)水，由于CS2的比重大于水而從貯存容器下部壓出，從而實(shí)現(xiàn)CS2的卸車和輸送。

2.4 HAZOP分析工作表

本次分析主要以用于吸附回收廢氣中CS2氣體的吸附槽節(jié)點(diǎn)以及用于除掉生產(chǎn)線廢氣中的H2S氣體的湍流塔為例，進(jìn)行危險(xiǎn)與可操作性分析結(jié)果說明。表6所示為分析節(jié)點(diǎn)中的吸附槽AT129A～J的HAZOP分析工作表。在吸附槽部分中涉及到的主要工藝參數(shù)有溫度、壓力和濃度等，假設(shè)吸附槽內(nèi)溫度過高，將會(huì)導(dǎo)致吸附碳燃燒等后果，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，吸附槽溫度過高的主要原因可能是吸附過程中放熱或者是脫附蒸汽的溫度過高等。經(jīng)了解已有安全措施發(fā)現(xiàn)，盡管吸附槽內(nèi)已經(jīng)安裝溫度超限報(bào)警裝置，但由于未定期檢查活性炭在使用中是否存在破損狀態(tài)，因此建議企業(yè)要組織人員對(duì)于破損的活性炭進(jìn)行及時(shí)的篩除，再進(jìn)行合理的再生利用，盡可能達(dá)到本質(zhì)安全的水平[5，6]。

表7所示為分析節(jié)點(diǎn)湍流塔T11-13的HAZOP分析工作表。在湍流塔部分中涉及到的主要工藝參數(shù)有液位、壓力和流量等，假設(shè)湍流塔無液位，會(huì)使排放的尾氣中H2S氣體濃度偏高。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，湍流塔無液位的可能原因是循環(huán)泵發(fā)生調(diào)停現(xiàn)象?，F(xiàn)有措施中建議此時(shí)開啟備用泵，可以有效避免H2S氣體濃度增加的情況發(fā)生。經(jīng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為C，說明可選擇性的采取行動(dòng)(評(píng)估可選擇的方案)，即采取現(xiàn)有安全措施是可行的。

表6 吸附槽AT129A～J HAZOP分析結(jié)果

表7 湍流塔T11-13 HAZOP 分析結(jié)果

3 結(jié)論

一方面，經(jīng)HAZOP分析，一期廢氣回收及CS2罐區(qū)在設(shè)計(jì)使用中已采用多項(xiàng)安全控制措施，經(jīng)評(píng)估肯定了裝置中諸多項(xiàng)安全控制舉措。同時(shí)該分析對(duì)裝置上可能存在的問題提出了可行性建議，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)工作中沒有考慮到或者疏忽了的問題，它們的解決對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)操作人員的安全健康、環(huán)保的控制、操作控制、運(yùn)行維護(hù)等方面都起到了極為有意義的作用。

另一方面，將HAZOP分析方法應(yīng)用于粘膠生產(chǎn)線廢氣處理生產(chǎn)線的安全評(píng)價(jià)中，并且采用堿洗以及吸附工藝，有效回收廢棄中的CS2，實(shí)現(xiàn)了資源的可持續(xù)發(fā)展?？烧J(rèn)為HAZOP分析方法應(yīng)用于化纖行業(yè)的安全評(píng)價(jià)是可行的。

進(jìn)一步分析認(rèn)為，在HAZOP定性分析風(fēng)險(xiǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合其他風(fēng)險(xiǎn)分析技術(shù)(QRA/LOPA/PHA)進(jìn)行綜合風(fēng)險(xiǎn)分析以及在傳統(tǒng)的HAZOP分析基礎(chǔ)上加以化工軟件模擬，建立工藝流程模型，有效量化參數(shù)偏差，對(duì)于優(yōu)化化纖行業(yè)實(shí)際工程的設(shè)計(jì)工作，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性和安全性具有積極的推動(dòng)作用。