低溫甲醇洗裝置常見安全問題分析及對策

沈 杲

(陽煤集團太原化工新材料有限公司，山西 太原 030400)

1 概述

1.1 低溫甲醇洗簡介

低溫甲醇洗(Rectisol)工藝在現(xiàn)代煤化工中應(yīng)用非常廣泛，絕大部分煤制烯烴、煤制乙二醇、煤制天然氣等凈化裝置均采用低溫甲醇洗工藝，目前世界上有200多套工業(yè)化裝置。該工藝為典型物理吸收法，是以低溫甲醇為吸收溶劑，利用甲醇在低溫下對酸性氣(H2S和CO2)和有效氣(H2和CO)溶解度差別極大的特性，脫除原料氣中酸性氣體，該裝置主要由原料氣冷卻、吸收、中壓閃蒸、H2S濃縮、熱再生、甲醇/水分離和尾氣洗滌等幾部分組成。

1.2 HAZOP簡介

危險與可操作性分析(HAZOP分析)的特點是由各個專業(yè)不同知識背景的人員組成的分析小組，以“分析會議”的形式進行。通過分析生產(chǎn)運行過程中工藝狀態(tài)參數(shù)的變動，操作控制中可能出現(xiàn)的偏差，以及這些變動與偏差對系統(tǒng)的影響，找出出現(xiàn)變動或偏差的原因，分析可能導(dǎo)致的后果，進而分析現(xiàn)有保護措施的作用，并針對仍超出可接受水平的后果提出補充建議措施。

HAZOP審查的目的是檢查和確認當(dāng)前設(shè)計是否存在安全和可操作性問題；已有安全措施是否充分；不以修改設(shè)計方案為目的，提出的建議措施應(yīng)是對原設(shè)計的補充與完善。

1.3 國家安監(jiān)總局對HAZOP分析的相關(guān)規(guī)定

國家對安全設(shè)計非常重視，通過多年實踐，HAZOP分析從引進逐漸走向成熟，并出臺了相關(guān)文件和標準予以規(guī)定明確。國家安全監(jiān)管總局和住房城鄉(xiāng)建設(shè)部聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于進一步加強危險化學(xué)品建設(shè)項目安全設(shè)計管理的通知》(安監(jiān)總管三〔2013〕76號)，要求涉及“兩重點一重大”和首次工業(yè)化設(shè)計的建設(shè)項目，必須在基礎(chǔ)設(shè)計階段開展HAZOP分析。緊接著國家安全監(jiān)管總局發(fā)布了《關(guān)于加強化工過程安全管理的指導(dǎo)意見》(安監(jiān)總管三〔2013〕88號)，要求對涉及重點監(jiān)管危險化學(xué)品、重點監(jiān)管危險化工工藝和危險化學(xué)品重大危險源的生產(chǎn)儲存裝置進行風(fēng)險辨識分析，要采用危險與可操作性分析(HAZOP)技術(shù)，一般每3年進行一次。另外，還出臺了《化工建設(shè)項目安全設(shè)計管理導(dǎo)則》(AQ/T 3033-2010)和《危險與可操作性分析(HAZOP分析)應(yīng)用導(dǎo)則》(AQ/T 3049-2013)等標準，初步形成了完整的標準體系。

2 低溫甲醇洗常見安全問題及建議對策

2.1 高壓串低壓風(fēng)險

高壓串低壓風(fēng)險位置主要有吸收塔脫硫段的富H2S甲醇去含硫甲醇閃蒸罐；吸收塔脫碳段的富CO2甲醇去無硫甲醇閃蒸罐；吸收塔入口原料氣分離罐的工藝冷凝液去甲醇/CO2閃蒸罐等。

對策：建議吸收塔脫硫段和脫碳段的遠傳液位計設(shè)置為3取2，并分別在富H2S和富CO2管道上增設(shè)緊急切斷閥，與液位低低聯(lián)鎖關(guān)閉，防止吸收塔高壓氣體串到低壓設(shè)備內(nèi)。魯奇流程中吸收塔脫硫段和脫碳段出口設(shè)有緊急切斷閥，并與液位低低聯(lián)鎖防止串氣，而林德流程則不該緊急切斷閥。

2.2 冷火炬氣被加熱問題

目前火炬流程設(shè)置主要是冷火炬噴入蒸汽后并入熱火炬，由于噴入蒸汽為0.5 MPa飽和蒸汽，與冷火炬接觸后肯定會部分冷凝，北方地區(qū)的冷凝液在分離罐中經(jīng)常凍住，影響火炬排放安全。

對策：東北某廠冬天時火炬冷凝液分離罐內(nèi)常常結(jié)冰，存在安全風(fēng)險，后將加熱火炬的蒸汽噴入改為蒸汽加熱器，再無此問題發(fā)生，另外，當(dāng)火炬總管溫度小于2 ℃時，打開第二蒸汽源，增加了裝置安全可靠性。因此，建議北方寒冷地區(qū)采用蒸汽加熱器加熱火炬氣，在南方地區(qū)兩種方式均可選擇，推薦采用蒸汽加熱器加熱火炬的方案。魯奇流程中通常采用蒸汽加熱器方案，但無第二蒸汽來源，而林德流程中通常采用蒸汽直接噴入方案，且有第二蒸汽來源，因此，可將兩者優(yōu)點結(jié)合，采用蒸汽加熱器方案，并設(shè)置第二蒸汽來源，增加裝置安全可靠性。

2.3 氮氣氣提塔去H2S濃縮塔尾氣倒流風(fēng)險

氮氣氣提塔去H2S濃縮塔的尾氣管線上無閥門，若氣提氮氣中斷或其他原因造成氮氣氣提塔壓力降低，存在H2S濃縮塔的尾氣倒流到氮氣氣提塔的風(fēng)險，因為H2S濃縮塔的尾氣溫度低，而氮氣氣提塔碳鋼材質(zhì)不耐低溫，有損壞設(shè)備風(fēng)險。

對策：氮氣氣提塔去H2S濃縮塔的尾氣管線上增加止回閥，防止低溫尾氣倒流到氮氣氣提塔內(nèi)損壞設(shè)備。

2.4 CO2產(chǎn)品塔和H2S濃縮塔安全閥位置

目前，低溫甲醇洗流程中CO2產(chǎn)品塔和H2S濃縮塔塔頂設(shè)有超壓保護的安全閥，閥后接冷火炬總管，超壓泄放時CO2產(chǎn)品氣或尾氣進入冷火炬，然后被蒸汽加熱后再進入熱火炬，最后送火炬塔架燃燒，由于排放的CO2產(chǎn)品氣或尾氣沒有熱值，無法燃燒，會吹滅長明燈，而需要燃燒的火炬氣可能未被燃燒排放，引發(fā)環(huán)保問題。

對策：建議將CO2產(chǎn)品塔和H2S濃縮塔塔頂安全閥安裝位置移至熱區(qū)出口處，即，超壓排放的氣體被加熱后再送尾氣水洗塔放空。

2.5 貧甲醇泵和半貧甲醇泵防倒流措施

貧甲醇泵和半貧甲醇泵屬于低溫甲醇洗的核心設(shè)備，流量大揚程高，雖然出口設(shè)有止回閥(或自控回流閥)，但止回閥內(nèi)漏或損壞時有發(fā)生，而且還不容易被發(fā)現(xiàn)，已造成多起機毀人亡的安全事故。

對策：根據(jù)《保護層分析(LOPA)方法應(yīng)用導(dǎo)則》(AQ/T 3054-2015)的要求，止回閥不是一道獨立的保護層(IPL)，因為沒有數(shù)據(jù)支持其平均要求失效概率(PFD),也就意味著其不能有效降低事故發(fā)生頻率。目前，大部分廠都提高了這方面的安全意識和要求，通常采用以下幾種安全措施：1) 根據(jù)《煉油裝置工藝管道流程設(shè)計規(guī)范》(SH/T 3122-2013)第11.7條要求對進出口壓差大于4.0 MPa的離心泵出口設(shè)置了不同形式的雙止回閥。2) 泵出口增加緊急切斷閥，與出口流量低低聯(lián)鎖。3) 泵出口增加DCS遙控閥，與泵運行停止信號聯(lián)鎖，即，主泵和副泵全部停運后聯(lián)鎖關(guān)閉該DCS遙控閥。4) 泵出口流量調(diào)節(jié)閥前后增加壓差保護聯(lián)鎖，當(dāng)流量調(diào)節(jié)閥前后壓差低于10 kPa時聯(lián)鎖關(guān)閉該調(diào)節(jié)閥。以上安全措施可單獨或組合使用。

2.6 液下泵損壞風(fēng)險

低溫甲醇洗設(shè)置有污甲醇收集罐，并設(shè)有污甲醇泵，該泵通常采用液下泵型式，國內(nèi)已發(fā)生多起液下泵損壞造成人員傷亡事故，某集團公司甚至發(fā)布了停用長軸液下泵的通知。

對策：將長軸液下泵改為自吸泵。

2.7 廢水冷卻器副線閥門誤操作

目前，甲醇/水分離塔去尾氣水洗塔的廢水冷卻器容易堵塞，部分廠在廢水冷卻器設(shè)置了操作副線，但存在副線閥門誤開導(dǎo)致未經(jīng)冷卻的高溫廢水會破壞污水處理工藝的風(fēng)險。

對策：建議取消廢水冷卻器副線，增加備用換熱器。

3 結(jié)語

本文結(jié)合筆者多年的低溫甲醇洗應(yīng)用和安全分析經(jīng)驗，匯總了低溫甲醇洗裝置的典型安全問題，并提出了相應(yīng)的解決方案，為類似項目提供參考。