HAZOP在煤化工项目硫回收装置中的应用

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

鲁凤 Feng LU , 王凯 Kai WANG

1 兰州石化职业技术学院甘肃兰州 730060 Lanzhou Petrochemical College of Vocational Technology Gansu Lanzhou 730060 2 航天长征化学工程股份有限公司兰州分公司甘肃兰州 730010 Changzheng Engineering Co., Ltd. Lanzhou Branch Gansu Lanzhou 730010

Author notes:

Correspondence to: 王凯；cecowk@126.com

摘要：

介绍了HAZOP的起源、相关术语、分析准备和分析流程，分析了煤化工项目硫回收装置工艺流程及HAZOP分析结果，并提出了建议措施。善用HAZOP分析报告有助于提升企业的过程安全管理水平，执行HAZOP分析是企业实现“生产安全，预防为主”理念的有效措施。

关键词：

HAZOP; 煤化工; 硫回收;

Abstract：

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".

Keyword：

HAZOP; coal chemical industry; sulfur recovery;

在煤化工合成氨系统中，脱硫、脱碳净化装置会产生大量含硫尾气，不能直接排放至大气中，须送硫回收装置进行处理。硫回收的产品一般有硫黄和浓硫酸2种，现以98%(质量分数，下同)的硫酸作为讨论对象，所处理的酸性气中含有硫化氢、二氧化碳、少量的氮气和甲醇，其中硫化氢属于易燃、易爆气体，生产场所的爆炸危险区域划分为2区，火灾危险性分类属于甲类，且98%硫酸也具有很大的腐蚀性，因此，硫回收装置的设计本质安全和操作安全的可靠性显得尤为重要。为此，对该硫回收装置在详细工程设计阶段进行危险与可操作性分析(以下简称HAZOP)^[1]，找出安全隐患，并提出安全措施。

1 HAZOP概述

1.1 HAZOP的起源^[2]

HAZOP诞生于英国，由化学工程师T.克莱兹发明，于1963年首次应用于帝国蒙德化学公司新建的苯酚工厂，并在其内部摸索和应用10年之后才在英国普及推广。

HAZOP是一种被工业界广泛采用的工艺危险分析方法，也是有效排查事故隐患、预防重大事故和实现安全生产的重要手段之一。

1.2 HAZOP相关术语^[3]

(1) 节点。在开展HAZOP时，通常将复杂的工艺系统分解成若干子系统，每个子系统称作一个节点，以简化复杂的系统，有助于分析团队集中精力参与讨论。

(2) 偏离。指偏离所期望的设计意图，如温度、压力、液位和组成等工艺参数都有各自安全许可的操作范围，如果超出该范围，无论超出程度如何，都视为偏离设计意图。

(3) 可操作性。HAZOP包括危险分析和可操作性分析，前者是为了安全目的，而后者关心工艺系统是否能够实现正常操作，是否便于开展维护或维修，甚至是否会导致产品质量问题或影响收率。

(4) 引导词。简单的词或词组，用来限制或量化意图，联合参数以便得到偏离，如高、低、没有。分析团队借助引导词与特定参数相互搭配，识别异常工况，即所谓偏离的情形。

(5) 事故剧情。在实施HAZOP过程中，借助引导词的帮助，设想工艺系统可能出现的各种偏离设计意图的情形，这种推测的偏离设计意图的事故情形称为事故剧情。

(6) 原因。是指导致偏离的事件或条件。

(7) 结果。是指由工艺系统偏离设计意图时所导致的结果。

(8) 现有安全措施。是指当前设计、已经安装的设施中存在的安全措施。

(9) 建议措施。是指所提议的消除或控制危险的措施。

(10) HAZOP分析团队。由主席、记录员和各相关专业成员所构成的团队。

1.3 HAZOP分析准备^[4]

HAZOP分析团队的组成对于该分析的成败及质量起决定性作用。HAZOP分析对其分析团队的每个成员都有专业、能力和经验的要求，HAZOP分析主席是该分析团队的组织者、协调者、指导者和总结者，必须具有相当的经验、知识、管理能力和领导能力，只有这样大部分问题才能够在分析会上得到解决。

HAZOP分析前，应明确分析的对象和范围，制定分析的时间表。HAZOP分析会议准备工作主要是提供相应的文件和资料，如工艺管道和仪表流程图(PID)、工艺流程图(PFD)、设备图、安全阀数据表、联锁逻辑图等。

1.4 HAZOP分析流程

HAZOP分析流程一般采用参数优先顺序，其流程如图 1所示。

图 1

HAZOP分析流程

2 硫回收装置HAZOP分析

2.1 硫回收工艺流程

(1) 酸性气燃烧。来自低温甲醇洗装置的燃烧气与热空气在燃烧炉中发生燃烧反应，废热锅炉回收工艺气热量，经汽包副产饱和蒸汽。

(2) SO₂催化氧化为SO₃。热工艺气进入反应器床层，内置换热器交换热量并副产过热蒸汽，保证出口工艺气温度高于硫酸露点温度，以防止硫酸蒸气冷凝沉积而造成设备腐蚀。

(3) 硫酸蒸气冷凝。硫酸蒸气进入硫酸蒸气冷凝器，与管程内的冷空气换热，促使硫酸蒸气冷凝成液滴，靠重力滴落至硫酸蒸气冷凝器底部，工艺尾气送至烟气脱硫装置。

(4) 硫酸降温及调质。经硫酸蒸气冷凝器冷凝分离出的硫酸温度较高，为避免高温硫酸对管道和设备的腐蚀，与硫酸水冷器冷却后的硫酸混合，降温加压后送至硫酸罐区。

(5) 装置的热量回收。本装置不需要外供热量，反应过程通过中压汽包和段间换热器副产过热蒸汽。

2.2 硫回收装置HAZOP分析结果

硫回收装置按功能划分为4个节点，即酸性气燃烧、SO₂催化氧化、硫酸蒸气冷凝降温及调质、装置热量回收，酸性气燃烧节点的部分HAZOP分析结果如表 1所示。

表 1

酸性气燃烧节点部分HAZOP分析结果

项目	引导词	偏差	原因	后果	已有保护措施
注：1)建议在HAR0003管线上的PDV0021阀前增加PDIC0021压差联锁放空； 2)建议增加TIACS0006ABC高高温联锁UV0002关闭燃料气切断阀或停车； 3)建议采用TV0009精度较高的阀。
流量	高	来自脱硫脱碳工段酸性气流量高	上游工段原因	尾气不达标	联锁到脱硫脱碳工段放空至酸性气火炬
	低/无	来自脱硫脱碳工段酸性气流量低	上游工段原因	尾气不达标，炉温下降，停炉	补充燃料气；风机变频减小风量；气量低于设计值联锁停车
			FV0001故障关闭	尾气不达标，炉温下降，停炉	补充燃料气，风机变频减小风量，打开旁路，检修FV0001
			UV0001故障关闭	停炉	联锁停车
	高	燃烧风机入口热空气流量高¹⁾	PDV0002关闭故障或开度小时故障	冷却风机出口空气超压，导致硫酸蒸气冷凝器玻璃管破裂，燃烧风机受损	燃烧风机联锁停机
	低/无	燃烧风机入口热空气流量低	PDV0002故障开或开度大时故障	燃烧不完全，炉温下降	TIACS0006ABC低温报警联锁停车
温度	高	燃烧炉炉膛温度高²⁾	燃料气流量高	导致燃烧炉炉膛温度升高，设备损坏；硫酸浓度降低	燃烧炉炉体TIA0007AB和TIA0008AB高报警，TIACS0006ABC高报警调解，FV-0003开度减小
	低	燃烧炉炉膛温度低	燃料气流量低	炉温下降，设备腐蚀，有可能产生回火，破坏内衬	燃烧炉上设有TIACS0006ABC低温报警联锁停车
	低	燃烧炉炉膛温度低	酸性气流量低	炉温下降，设备腐蚀，有可能产生回火，破坏内衬	燃烧炉上设有TIACS0006ABC低温报警增大FV-0003开度，低温报警联锁停车
	高	反应器入口工艺气温度高³⁾	调节阀TV0009开度大故障	反应器超温，催化剂失活	反应器出口设有TI0014高温报警；反应器入口工艺气管线设有TIAC-0009和TIAC-0013高温报警增大FV-0009开度；反应器出口工艺气管线设有TIAS-0019高温报警联锁停车
	低	反应器入口工艺气温度低³⁾	调节阀TV0009开度小故障	催化剂活性低，SO₂转化率降低，硫酸产量低，尾气不达标	反应器出口设有TI0014低温报警
压力	高	燃料气压力高	上游工段波动	分离器和燃料气管线超压	安全阀PSV-0005超压起跳
	高	燃料气压力高	PV0005，UV0002或FV0003故障关	分离器和燃料气管线超压	安全阀PSV-0005超压起跳
	低	燃料气压力低	上游工段波动	无明显后果

2.3 建议措施

(1) 当燃料气阀门误开大时，易引起燃烧炉超温，为避免烧坏设备，应在燃烧炉上增加高高温联锁，关燃料气切断阀或停车。

(2) 当硫酸蒸气冷凝器出口热空气的差压阀误关或关闭故障时，此管线再无其他泄压措施，憋压将导致硫酸蒸气冷凝器玻璃管破裂或损坏风机，应增加高差压放空措施。

(3) 废热锅炉内置的温度自控阀非常重要，应提高其制造精度，减少维修。

(4) 由于阀门误操作或者故障时，容易导致反应器出口工艺气温度偏低，SO₃提前发生水合反应生成稀硫酸而腐蚀管道，所以反应器出口工艺气管线应进行电伴热，确保其温度在硫酸的露点以上。

3 结语

正确运用HAZOP，可识别工艺过程潜在的危险和可操作性问题，预估危险可能导致的不利后果，理清潜在事故的形成和传播路径，找出重要事故剧情中现有的安全措施并评估其作用和潜在事故的风险水平，需要时提出降低风险的建议措施。分析过程可帮助团队加深对工艺系统的认知，详细设计阶段的HAZOP分析提高了设计的本质安全^[5]。

HAZOP分析的主要结果以分析报告的形式体现，善用该报告有助于提升企业的过程安全管理水平，执行HAZOP分析是企业实现“生产安全，预防为主”理念的有效措施。全面识别和分析潜在的事故，完善针对潜在重大事故的预防性安全措施，相当于将安全防线提前，可起到“四两拨千斤”的效果。

需要强调的是，HAZOP分析只是过程安全管理的一个环节，完成HAZOP分析并不意味着企业已经完全安全了，要降低运营的风险，企业还需落实过程安全管理的其他因素；各相关部门及专业人员应接受必要的培训，协同参与，并善用HAZOP分析的成果。

ckwx 参考文献

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