HAZOP分析方法在硫黃回收裝置的應用

王和琴，楊 程，徐 明，周 健

(中國石化中原油田普光分公司，四川達州 635000)

普光氣田硫黃回收裝置投產(chǎn)八年來，在運行中出現(xiàn)了一些干擾正常生產(chǎn)運行的工藝波動，給安全生產(chǎn)帶來了較多的風險。為了確保平穩(wěn)生產(chǎn)，需要采用科學的分析手段對現(xiàn)階段裝置進行風險分析。危險和可操作性研究(HAZOP)分析技術(shù)自從誕生之日就得到了廣泛的應用，現(xiàn)在已經(jīng)推廣到在役裝置、機械領域、電力系統(tǒng)等方面[1]。開展HAZOP分析不僅能夠識別出潛在的風險，而且能夠加深操作人員對裝置的了解，進一步提高其安全操作水平[2]。研究者利用HAZOP分析技術(shù)對核領域中高放射性的液體儲罐進行了危害識別，并提出了有效的反制措施以應對儲罐泄漏和其內(nèi)部氫氣的燃燒或者爆炸這兩種情況[3]。除此之外，在普光氣田投產(chǎn)運行的第六年，普光分公司經(jīng)過系統(tǒng)HAZOP分析發(fā)現(xiàn)需要進一步完善14項問題。隨后通過問題完善，提升了裝置本質(zhì)安全水平[4]。但是隨著生產(chǎn)運行的延伸，逐漸老化的設備和不斷更新的工藝將會給安全生產(chǎn)管理帶來重大挑戰(zhàn)。因此，普光分公司有必要再次應用HAZOP分析方法對硫黃回收裝置進行全面的風險分析和評價，并制定針對性的控制措施，降低風險等級，消除事故隱患。

1 HAZOP方法流程

HAZOP[5]分析工作流程見圖1。

2 硫黃回收裝置HAZOP分析實例

2.1 裝置簡介

2.1.1天然氣凈化裝置簡介

此次分析的對象為普光分公司天然氣凈化廠硫黃回收裝置。天然氣凈化廠共設計6套(12列)聯(lián)合裝置，年處理酸性原料氣120億立方米，生產(chǎn)工業(yè)硫黃240萬噸。每系列包括脫硫、硫黃回收和尾氣處理單元，兩列共用脫水和酸水汽提單元。裝置采用胺液脫硫、TEG脫水、二級克勞斯轉(zhuǎn)化回收硫黃、斯科特法加氫還原處理尾氣工藝，其工藝簡圖如圖2所示。

圖1 HAZOP分析工作流程

圖2 天然氣凈化工藝

2.1.2硫黃回收裝置簡介

硫黃回收的工藝流程如圖3所示。來自脫硫單元的酸性氣首先進入分液罐進行分液，分液后酸性氣進入Claus反應爐燃燒，高溫過程氣進入余熱鍋爐回收熱量。冷卻后的過程氣進入第一級硫冷器，進一步冷卻并凝出液硫，液硫自流至一級硫封罐，再自流至液硫池。

圖3 硫黃回收工藝流程

從一級硫冷器出來的過程氣進入第一級反應進料加熱器，經(jīng)加熱后進入一級轉(zhuǎn)化器，在催化劑作用下發(fā)生反應，生成的硫在二級硫冷器中冷凝，自流至二級硫封罐后進入液硫池。過程氣在第二級催化反應部分經(jīng)過的流程與第一級催化反應部分相同，出末級硫冷器的尾氣進入尾氣處理單元。液硫在液硫池中通過BV公司專利MAGR脫氣工藝進行脫氣，液硫中硫化氫可脫除至10ppmw以下。硫黃回收單元兩段反應(燃燒反應+催化反應)總的硫回收率為99.8%[6]。

2.2 分析過程

2.2.1節(jié)點劃分

此次HAZOP分析以設備為節(jié)點，共劃分56個節(jié)點。部分關鍵節(jié)點HAZOP分析描述見表1。

表1 硫黃回收裝置部分HAZOP分析節(jié)點

2.2.2典型節(jié)點分析

以表1中的節(jié)點7為例，節(jié)選部分偏差分析結(jié)果，內(nèi)容見表2。

首先確定分析參數(shù)，構(gòu)成有實際意義的偏差，分析出現(xiàn)偏差的原因及可能造成的后果，利用最新版的中國石化安全風險矩陣(8×7)確定最終風險，識別現(xiàn)有的保護措施能否抵御風險，決定是否需要增加防護措施。

2.3 分析結(jié)果

按照以上流程，對硫黃回收裝置進行全面的HAZOP分析，總共分析了254個偏差。對于有些偏差可能引起的嚴重后果，分析小組有針對性地提出了事故的預防和管控措施。此次分析共提出建議措施21條(部分建議措施見表3)，提交凈化廠審核后采納18條，采納率達到86%。被采納的建議措施體現(xiàn)在完善操作規(guī)程和制度、現(xiàn)場工藝技改、聯(lián)鎖系統(tǒng)和設備、儀表等方面。本次HAZOP分析識別出裝置潛在的重大隱患主要包括以下幾個方面：①酸氣分液罐液位過高將造成酸氣帶液進入克勞斯爐，嚴重時會引發(fā)克勞斯爐跳車甚至爆炸。先前酸性氣分液罐設置有液位聯(lián)鎖控制泵的啟停，但若啟泵不及時，將造成嚴重后果。針對該問題，崗位操作法明確將手動啟動P-302液位設置為30%，手動停運液位最低為5%；②與酸性氣管線聯(lián)通的減溫蒸汽線250-LS-030401和氮氣吹掃線100-NG-030501具有酸性氣反竄的風險，解決辦法為新增氮氣保護；③硫黃冷卻器E-309是MAGR脫氣工藝的重要設備，管束頻繁內(nèi)漏造成5.6 MPa的高壓鍋爐水竄入液硫池使其瀕臨超壓和爆炸風險。使用國內(nèi)的空氣鼓泡降溫脫氣代替MAGR脫氣工藝能夠滿足生產(chǎn)要求，因此需要停用硫黃冷卻器E-309和液硫循環(huán)泵P-301。按《中達凈化〔2016〕71號天然氣凈化廠關于印發(fā)變更實施管理細則(試行)的通知》要求，技術(shù)管理辦公室組織評估，已完成廠、分公司變更審批；④當液硫外輸線夾套伴熱法蘭處出現(xiàn)嚴重腐蝕穿孔時易造成液硫與伴熱蒸汽系統(tǒng)互竄，造成蒸汽、凝結(jié)水系統(tǒng)腐蝕，嚴重時需停工處理。針對這一問題，在法蘭處采用跨線連接的伴熱方式，且跨接管線增設多處排凝閥組可以較好的解決問題；⑤急冷水在線pH值測量易出現(xiàn)偏差造成急冷塔C-401穿透和加劇急冷水系統(tǒng)腐蝕，分析小組提議現(xiàn)場使用pH試紙比對，定期進行pH計校驗。裝置異常時，提高對比頻次。避免了由于pH計故障造成的急冷水系統(tǒng)腐蝕加劇情況。

表2 硫黃回收裝置部分HAZOP分析記錄

表3 硫黃回收裝置HAZOP分析部分建議措施

3 建議措施

此次HAZOP分析識別了不少的風險和隱患，提出建議措施21條，并有18條建議被采納。為了在以后工作中更好地開展HAZOP分析，及時發(fā)現(xiàn)風險，采取措施降低風險等級，消除事故隱患，建議：①組建專業(yè)分析團隊；②注重崗位現(xiàn)場分析，建議裝置HAZOP分析時間安排為崗位現(xiàn)場分析與脫產(chǎn)至會議室分析相結(jié)合的方式；③挖掘背后初始事件；④貫徹車間操作規(guī)程；⑤開展定期風險分析。

4 結(jié)語

此次分析共涉及56個節(jié)點，分析有實際意義的偏差達254個。經(jīng)過全面系統(tǒng)分析，識別出硫黃回收裝置共存的一些重大風險，包括酸性氣帶液進入克勞斯爐、硫黃冷卻器內(nèi)漏造成液硫池超壓爆炸問題和操作波動時急冷塔的SO2穿透問題等，并提出和實施了針對性強的建議，取得良好效果，進一步提升了裝置的本質(zhì)安全。