HAZOP分析在天然氣凈化裝置中的應(yīng)用

陳巧 張啟波（青島理工大學(xué)汽車與交通學(xué)院）

近年來(lái)，隨著危險(xiǎn)與可操作性研究（HAZOP分析）在國(guó)內(nèi)的發(fā)展，HAZOP分析在幫助化工企業(yè)查找并預(yù)防潛在危險(xiǎn)、危害事故的過(guò)程中逐步得到應(yīng)用。由于在天然氣凈化過(guò)程中，涉及到高溫、高壓、易燃、易爆、有毒等危險(xiǎn)有害因素，容易引起火災(zāi)爆炸以及硫化氫中毒等危害事故，為了預(yù)防類似事故發(fā)生，降低事故危險(xiǎn)、危害程度，有必要對(duì)天然氣凈化裝置進(jìn)行危險(xiǎn)性分析，并根據(jù)分析結(jié)果，對(duì)裝置中所存在的潛在危害和操作問題提出相應(yīng)的安全對(duì)策措施，以消除隱患，對(duì)天然氣凈化廠的安全運(yùn)行管理具有指導(dǎo)性的意義。

1 HAZOP分析方法的介紹

HAZOP分析方法是英國(guó)帝國(guó)化學(xué)工業(yè)公司（ICI）為解決除草劑制造過(guò)程中的危害，于20世紀(jì)60年代發(fā)展起來(lái)的一套以引導(dǎo)詞為主體的危害分析方法，用來(lái)檢查設(shè)計(jì)中的危險(xiǎn)及危害的因果來(lái)源。目前在國(guó)外已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各類工藝過(guò)程和項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中[1]。特別是西方的一些發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)通過(guò)立法來(lái)強(qiáng)制執(zhí)行HAZOP分析。在我國(guó)HAZOP分析起步比較晚，但是近幾年卻得到了迅速發(fā)展，國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督總局提出“中央企業(yè)要在重點(diǎn)化工裝置生產(chǎn)過(guò)程中開展HAZOP分析”[2]；中國(guó)石油集團(tuán)公司也在2010年頒布的《中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司危險(xiǎn)與可操作性分析工作管理規(guī)定》中要求對(duì)現(xiàn)役裝置進(jìn)行HAZOP分析，并且要求5年執(zhí)行一次[3]；而在油氣田的開發(fā)建設(shè)[4]、石油化工裝置[5]、海洋鉆井平臺(tái)[6]等采用HAZOP分析進(jìn)行安全分析，均取得了良好的應(yīng)用效果。

2 HAZOP分析原理

HAZOP分析是一種基于“引導(dǎo)詞”的、由多專業(yè)人員組成的研究組，通過(guò)一系列的會(huì)議來(lái)實(shí)施的、對(duì)系統(tǒng)工藝或操作過(guò)程中存在的可能導(dǎo)致有害后果的各種偏差加以系統(tǒng)識(shí)別的定性分析方法[1]。在分析過(guò)程中，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)工藝過(guò)程和操作進(jìn)行詳細(xì)的分析和審查，以確定工藝過(guò)程和操作中的偏差是否會(huì)導(dǎo)致不良后果發(fā)生。HAZOP分析將列出引起偏差的原因、產(chǎn)生的后果，以及針對(duì)這些偏差已采用的安全保護(hù)措施；當(dāng)分析組確信這些偏差的保護(hù)措施不能滿足現(xiàn)有的安全要求時(shí)，將提出可行性的建議措施[7]。HAZOP分析的基本理念和程序如圖1所示[8]。

3 HAZOP分析在天然氣凈化裝置的應(yīng)用

3.1 工藝原理及流程

該天然氣凈化廠采用甲基二乙醇胺（MDEA）法吸收脫硫、三甘醇（TEG）吸附脫水、常規(guī)克勞斯二級(jí)轉(zhuǎn)化法回收硫磺、尾氣加氫還原吸收工藝，使硫磺回收率在99.8%以上。

從集氣總站來(lái)的含硫天然氣先進(jìn)入脫硫單元，在脫硫單元中采用MDEA法脫除幾乎所有的H2S和少量的有機(jī)硫及CO2，然后進(jìn)入脫水單元進(jìn)行脫水處理。在脫水單元中，濕凈化氣利用TEG的高效脫水性能，與濕凈化氣在吸收塔內(nèi)逆相接觸，脫除濕凈化氣中的水分，使凈化氣達(dá)到國(guó)家管道輸氣的要求。

圖1 HAZOP分析的基本理念和程序

脫硫單元溶劑再生中產(chǎn)生的含H2S酸性氣經(jīng)壓力控制閥送往硫磺回收單元。在硫磺回收單元中采用二級(jí)Claus轉(zhuǎn)化工藝，回收率可達(dá)到95%。液硫采用循環(huán)脫氣工藝，脫氣后的產(chǎn)品液硫用液硫產(chǎn)品泵送至液硫成型裝置生產(chǎn)固體硫磺產(chǎn)品。硫磺回收單元所產(chǎn)生的尾氣進(jìn)入尾氣處理單元，當(dāng)尾氣處理單元出現(xiàn)故障時(shí)直接去尾氣焚燒爐焚燒。

經(jīng)尾氣處理裝置處理后的尾氣送至尾氣焚燒爐焚燒后經(jīng)煙囪排入大氣；尾氣處理裝置產(chǎn)生的酸性水送至酸性水汽提裝置，汽提出的酸性氣返回尾氣處理裝置處理。天然氣凈化流程如圖2所示。

圖2 天然氣凈化流程

3.2 分析使用的偏差列表

在進(jìn)行HAZOP分析時(shí)共考慮20類工藝參數(shù)，其與不同的引導(dǎo)詞構(gòu)成了本次HAZOP分析所使用的偏差，HAZOP分析所應(yīng)用的工藝參數(shù)及引導(dǎo)詞見表1。

表1 HAZOP分析所應(yīng)用的偏差及引導(dǎo)詞

3.3 節(jié)點(diǎn)的劃分

本次HAZOP分析對(duì)象包括原料天然氣脫硫單元、脫水單元、硫磺回收單元、尾氣處理單元、酸性水汽提單元五大部分。為了便于分析，在進(jìn)行HAZOP分析之前，分析小組根據(jù)HAZOP分析方法的要求和工作進(jìn)度安排，將本次HAZOP分析的PID圖紙按工藝流程劃分為31個(gè)工藝節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)包含相應(yīng)的工藝設(shè)備和管線。

3.4 分析實(shí)例

實(shí)例中的分析范圍為脫硫單元中脫硫塔液位和壓力，以及管道、控制回路、閥門等。

原料天然氣先經(jīng)天然氣進(jìn)料過(guò)濾聚結(jié)分離器或進(jìn)料旋流分離器脫除攜帶的液體及固體顆粒后，進(jìn)入天然氣脫硫塔，脫硫塔采用復(fù)合溶劑MDEA（甲基二乙醇胺）吸收氣體中的H2S、CO2及有機(jī)硫。在脫硫塔中，酸性天然氣與溶劑逆流接觸，氣體中所含的H2S、CO2及有機(jī)硫被吸收并達(dá)到產(chǎn)品規(guī)格的要求后進(jìn)入天然氣脫水單元。分析內(nèi)容見表2。

表2僅是對(duì)脫硫單元一個(gè)節(jié)點(diǎn)中一部分的分析情況，通過(guò)整個(gè)天然氣凈化廠的31個(gè)節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)分析，在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)已采用的安全措施進(jìn)行識(shí)別和判斷的基礎(chǔ)上共補(bǔ)充了197條安全對(duì)策措施和建議，為提高安全生產(chǎn)運(yùn)行管理提供了參考。

4 結(jié)論

從分析結(jié)果可以看出，HAZOP分析能夠全面系統(tǒng)地對(duì)天然氣凈化裝置進(jìn)行工藝危害分析，充分識(shí)別危險(xiǎn)，對(duì)預(yù)防和減少事故發(fā)生具有重要意義。

首先，將HAZOP分析應(yīng)用于天然氣凈化裝置中，不僅能夠加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備設(shè)施、工藝流程等的了解，同時(shí)對(duì)工藝操作過(guò)程中所存在的危險(xiǎn)因素以及應(yīng)采取的預(yù)防控制措施也有了更深的認(rèn)識(shí)，而且HAZOP的分析成功也對(duì)日常生產(chǎn)、安全管理以及維護(hù)提供了保障。

表2 HAZOP分析報(bào)告（部分）

其次，在HAZOP分析過(guò)程中，得出了197條操作性較強(qiáng)的建議措施，有利于對(duì)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)上的補(bǔ)充和完善。如建議貧胺液進(jìn)脫硫塔流量增設(shè)高報(bào)警，以免脫硫塔液位超高，造成原料天然氣進(jìn)料管線憋壓；建議將脫硫塔液位調(diào)節(jié)閥旁路閥改為雙閥，以免因旁路閥內(nèi)漏量大造成高壓原料氣竄入閃蒸罐，導(dǎo)致閃蒸罐超壓。

另外，天然氣凈化廠的HAZOP分析是通過(guò)在現(xiàn)場(chǎng)各方面技術(shù)管理人員（包括設(shè)計(jì)人員、經(jīng)驗(yàn)豐富的現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員以及安全工程師等）的參與下，直接與設(shè)計(jì)圖紙相結(jié)合進(jìn)行的全面系統(tǒng)的分析、審查，雖然不是百分之百準(zhǔn)確，但也能夠查找出絕大部分設(shè)計(jì)上的缺陷和操作過(guò)程中的隱患。

總之，通過(guò)HAZOP分析結(jié)果可以看出，HAZOP分析方法對(duì)于辨識(shí)天然氣凈化裝置風(fēng)險(xiǎn)是一種行之有效的方法，明確了在生產(chǎn)過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)管理重點(diǎn)，有利于企業(yè)采取有效的安全控制措施預(yù)防和減少事故的發(fā)生，將風(fēng)險(xiǎn)控制在可接受的范圍之內(nèi)。

[1]林柏泉,張景林.安全系統(tǒng)工程[M].北京:中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社,2007:32-35.

[2]湯規(guī)成,王秀軍.HAZOP分析技術(shù)在現(xiàn)役催化裂化裝置中的應(yīng)用[J].安全,2010（5）:34-37.

[3]中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司安全環(huán)保與節(jié)能部.煉化裝置在役階段工藝危害分析指南[M].北京：石油工業(yè)出版社,2011:50-55.

[4]熊軍,吳林,肖倩.HAZOP分析在油氣田開發(fā)生產(chǎn)中的運(yùn)用探討[J].石油與天然氣化工,2005，34（5）:423-425.

[5]王秀軍,陶輝.HAZOP分析方法在石油化工生產(chǎn)裝置中的應(yīng)用[J].安全、健康和環(huán)境,2005,5（2）:6-9.

[6]竇培舉.海洋鉆井平臺(tái)HAZOP分析的研究[J].中國(guó)海洋平臺(tái),2007,22（1）:43-46.

[7]魏吳晉,林柏泉,翟成.使用HAZOP分析法對(duì)重大事故進(jìn)行調(diào)查分析[J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào),2006,16（3）:119-123.

[8]閻經(jīng)綸,王金巖.HAZOP在燕山石化12×104t/a聚丙烯裝置改造中的應(yīng)用[J].安全、健康和環(huán)境,2006（5）:34-37.