HAZOP在煤化工項目硫回收裝置中的應用

魯　鳳，王　凱

(1.蘭州石化職業技術學院　甘肅蘭州　730060；2.航天長征化學工程股份有限公司蘭州分公司　甘肅蘭州　730010)

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HAZOP在煤化工項目硫回收裝置中的應用

魯鳳1，王凱2

(1.蘭州石化職業技術學院甘肅蘭州730060；2.航天長征化學工程股份有限公司蘭州分公司甘肅蘭州730010)

介紹了HAZOP的起源、相關術語、分析準備和分析流程，分析了煤化工項目硫回收裝置工藝流程及HAZOP分析結果，并提出了建議措施。善用HAZOP分析報告有助于提升企業的過程安全管理水平，執行HAZOP分析是企業實現“生產安全，預防為主”理念的有效措施。

HAZOP煤化工硫回收

在煤化工合成氨系統中，脫硫、脫碳凈化裝置會產生大量含硫尾氣，不能直接排放至大氣中，須送硫回收裝置進行處理。硫回收的產品一般有硫黃和濃硫酸2種，現以98%(質量分數，下同)的硫酸作為討論對象，所處理的酸性氣中含有硫化氫、二氧化碳、少量的氮氣和甲醇，其中硫化氫屬于易燃、易爆氣體，生產場所的爆炸危險區域劃分為2區，火災危險性分類屬于甲類，且98%硫酸也具有很大的腐蝕性，因此，硫回收裝置的設計本質安全和操作安全的可靠性顯得尤為重要。為此，對該硫回收裝置在詳細工程設計階段進行危險與可操作性分析(以下簡稱HAZOP)[1]，找出安全隱患，并提出安全措施。

1　HAZOP概述

1.1HAZOP的起源[2]

HAZOP誕生于英國，由化學工程師T.克萊茲發明，于1963年首次應用于帝國蒙德化學公司新建的苯酚工廠，并在其內部摸索和應用10年之后才在英國普及推廣。

HAZOP是一種被工業界廣泛采用的工藝危險分析方法，也是有效排查事故隱患、預防重大事故和實現安全生產的重要手段之一。

1.2HAZOP相關術語[3]

(1)節點。在開展HAZOP時，通常將復雜的工藝系統分解成若干子系統，每個子系統稱作一個節點，以簡化復雜的系統，有助于分析團隊集中精力參與討論。

(2)偏離。指偏離所期望的設計意圖，如溫度、壓力、液位和組成等工藝參數都有各自安全許可的操作范圍，如果超出該范圍，無論超出程度如何，都視為偏離設計意圖。

(3)可操作性。HAZOP包括危險分析和可操作性分析，前者是為了安全目的，而后者關心工藝系統是否能夠實現正常操作，是否便于開展維護或維修，甚至是否會導致產品質量問題或影響收率。

(4)引導詞。簡單的詞或詞組，用來限制或量化意圖，聯合參數以便得到偏離，如高、低、沒有。分析團隊借助引導詞與特定參數相互搭配，識別異常工況，即所謂偏離的情形。

(5)事故劇情。在實施HAZOP過程中，借助引導詞的幫助，設想工藝系統可能出現的各種偏離設計意圖的情形，這種推測的偏離設計意圖的事故情形稱為事故劇情。

(6)原因。是指導致偏離的事件或條件。

(7)結果。是指由工藝系統偏離設計意圖時所導致的結果。

(8)現有安全措施。是指當前設計、已經安裝的設施中存在的安全措施。

(9)建議措施。是指所提議的消除或控制危險的措施。

(10)HAZOP分析團隊。由主席、記錄員和各相關專業成員所構成的團隊。

1.3HAZOP分析準備[4]

HAZOP分析團隊的組成對于該分析的成敗及質量起決定性作用。HAZOP分析對其分析團隊的每個成員都有專業、能力和經驗的要求，HAZOP分析主席是該分析團隊的組織者、協調者、指導者和總結者，必須具有相當的經驗、知識、管理能力和領導能力，只有這樣大部分問題才能夠在分析會上得到解決。

HAZOP分析前，應明確分析的對象和范圍，制定分析的時間表。HAZOP分析會議準備工作主要是提供相應的文件和資料，如工藝管道和儀表流程圖(PID)、工藝流程圖(PFD)、設備圖、安全閥數據表、聯鎖邏輯圖等。

1.4HAZOP分析流程

HAZOP分析流程一般采用參數優先順序，其流程如圖1所示。

圖1　HAZOP分析流程

2　硫回收裝置HAZOP分析

2.1硫回收工藝流程

(1)酸性氣燃燒。來自低溫甲醇洗裝置的燃燒氣與熱空氣在燃燒爐中發生燃燒反應，廢熱鍋爐回收工藝氣熱量，經汽包副產飽和蒸汽。

(2)SO2催化氧化為SO3。熱工藝氣進入反應器床層，內置換熱器交換熱量并副產過熱蒸汽，保證出口工藝氣溫度高于硫酸露點溫度，以防止硫酸蒸氣冷凝沉積而造成設備腐蝕。

(3)硫酸蒸氣冷凝。硫酸蒸氣進入硫酸蒸氣冷凝器，與管程內的冷空氣換熱，促使硫酸蒸氣冷凝成液滴，靠重力滴落至硫酸蒸氣冷凝器底部，工藝尾氣送至煙氣脫硫裝置。

(4)硫酸降溫及調質。經硫酸蒸氣冷凝器冷凝分離出的硫酸溫度較高，為避免高溫硫酸對管道和設備的腐蝕，與硫酸水冷器冷卻后的硫酸混合，降溫加壓后送至硫酸罐區。

(5)裝置的熱量回收。本裝置不需要外供熱量，反應過程通過中壓汽包和段間換熱器副產過熱蒸汽。

2.2硫回收裝置HAZOP分析結果

硫回收裝置按功能劃分為4個節點，即酸性氣燃燒、SO2催化氧化、硫酸蒸氣冷凝降溫及調質、裝置熱量回收，酸性氣燃燒節點的部分HAZOP分析結果如表1所示。

表1酸性氣燃燒節點部分HAZOP分析結果

項目引導詞偏 差原 因后 果已有保護措施流 量高 來自脫硫脫碳工段酸性氣流量高低/無 來自脫硫脫碳工段酸性氣流量低高 燃燒風機入口熱空氣流量高1)低/無 燃燒風機入口熱空氣流量低上游工段原因尾氣不達標聯鎖到脫硫脫碳工段放空至酸性氣火炬上游工段原因 尾氣不達標,爐溫下降,停爐 補充燃料氣;風機變頻減小風量;氣量低于設計值聯鎖停車FV0001故障關閉 尾氣不達標,爐溫下降,停爐 補充燃料氣,風機變頻減小風量,打開旁路,檢修FV0001UV0001故障關閉停爐聯鎖停車 PDV0002關閉故障或開度小時故障 冷卻風機出口空氣超壓,導致硫酸蒸氣冷凝器玻璃管破裂,燃燒風機受損燃燒風機聯鎖停機 PDV0002故障開或開度大時故障燃燒不完全,爐溫下降TIACS0006ABC低溫報警聯鎖停車溫 度高 燃燒爐爐膛溫度高2)低 燃燒爐爐膛溫度低高 反應器入口工藝氣溫度高3)低 反應器入口工藝氣溫度低3)燃料氣流量高 導致燃燒爐爐膛溫度升高,設備損壞;硫酸濃度降低 燃燒爐爐體TIA0007AB和TIA0008AB高報警,TIACS0006ABC高報警調解,FV-0003開度減小燃料氣流量低 爐溫下降,設備腐蝕,有可能產生回火,破壞內襯燃燒爐上設有TIACS0006ABC低溫報警聯鎖停車酸性氣流量低 爐溫下降,設備腐蝕,有可能產生回火,破壞內襯 燃燒爐上設有TIACS0006ABC低溫報警增大FV-0003開度,低溫報警聯鎖停車 調節閥TV0009開度大故障反應器超溫,催化劑失活 反應器出口設有TI0014高溫報警;反應器入口工藝氣管線設有TIAC-0009和TIAC-0013高溫報警增大FV-0009開度;反應器出口工藝氣管線設有TIAS-0019高溫報警聯鎖停車 調節閥TV0009開度小故障 催化劑活性低,SO2轉化率降低,硫酸產量低,尾氣不達標反應器出口設有TI0014低溫報警壓 力高燃料氣壓力高低燃料氣壓力低上游工段波動分離器和燃料氣管線超壓安全閥PSV-0005超壓起跳 PV0005,UV0002或FV0003故障關分離器和燃料氣管線超壓安全閥PSV-0005超壓起跳上游工段波動無明顯后果

注：1)建議在HAR0003管線上的PDV0021閥前增加PDIC0021壓差聯鎖放空；

2)建議增加TIACS0006ABC高高溫聯鎖UV0002關閉燃料氣切斷閥或停車；

3)建議采用TV0009精度較高的閥。

2.3建議措施

(1)當燃料氣閥門誤開大時，易引起燃燒爐超溫，為避免燒壞設備，應在燃燒爐上增加高高溫聯鎖，關燃料氣切斷閥或停車。

(2)當硫酸蒸氣冷凝器出口熱空氣的差壓閥誤關或關閉故障時，此管線再無其他泄壓措施，憋壓將導致硫酸蒸氣冷凝器玻璃管破裂或損壞風機，應增加高差壓放空措施。

(3)廢熱鍋爐內置的溫度自控閥非常重要，應提高其制造精度，減少維修。

(4)由于閥門誤操作或者故障時，容易導致反應器出口工藝氣溫度偏低，SO3提前發生水合反應生成稀硫酸而腐蝕管道，所以反應器出口工藝氣管線應進行電伴熱，確保其溫度在硫酸的露點以上。

3　結語

正確運用HAZOP，可識別工藝過程潛在的危險和可操作性問題，預估危險可能導致的不利后果，理清潛在事故的形成和傳播路徑，找出重要事故劇情中現有的安全措施并評估其作用和潛在事故的風險水平，需要時提出降低風險的建議措施。分析過程可幫助團隊加深對工藝系統的認知，詳細設計階段的HAZOP分析提高了設計的本質安全[5]。

HAZOP分析的主要結果以分析報告的形式體現，善用該報告有助于提升企業的過程安全管理水平，執行HAZOP分析是企業實現“生產安全，預防為主”理念的有效措施。全面識別和分析潛在的事故，完善針對潛在重大事故的預防性安全措施，相當于將安全防線提前，可起到“四兩撥千斤”的效果。

需要強調的是，HAZOP分析只是過程安全管理的一個環節，完成HAZOP分析并不意味著企業已經完全安全了，要降低運營的風險，企業還需落實過程安全管理的其他因素；各相關部門及專業人員應接受必要的培訓，協同參與，并善用HAZOP分析的成果。

[1]王若青，胡晨.HAZOP安全分析方法的介紹[J].石油化工安全環保技術，2003(1)：19- 22.

[2]張斌，趙東風，周樂平，等.HAZOP分析技術改進研究[J].中國安全科學學報，2007(10)：160- 164.

[3]齊海桃，蔣軍成.HAZOP技術在氨合成塔危險辨識中的應用[J].中國安全生產科學技術，2011(3)：104- 108.

[4]王曉慧，朱玉營.HAZOP分析法在煤化工液氮洗工藝中的應用[J].潔凈煤技術，2012(1)：102- 105.

[5]尹渠軍，鄒喜權，曾志中.大力推進HAZOP方法應用提高設計本質安全化水平[J].化工設計，2009(2)：42- 45.

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

LU Feng1, WANG Kai2

(1.Lanzhou Petrochemical College of Vocational TechnologyGansu Lanzhou730060；2.Changzheng Engineering Co., Ltd. Lanzhou BranchGansu Lanzhou730010)

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”.

HAZOPcoal chemical industrysulfur recovery

魯鳳(1983—)，女，講師，碩士，主要從事化工安全教學和科研工作。

王凱；cecowk@126.com。

X913.4；TQ54

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1006- 7779(2016)04- 0067- 04

2015- 04- 02)