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)工藝在現代煤化工中應用非常廣泛，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。通過分析生產運行過程中工藝狀態參數的變動，操作控制中可能出現的偏差，以及這些變動與偏差對系統的影響，找出出現變動或偏差的原因，分析可能導致的后果，進而分析現有保護措施的作用，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前設計是否存在安全和可操作性問題；已有安全措施是否充分；不以修改設計方案為目的，提出的建議措施應是對原設計的補充與完善。

1.3 國家安監總局對HAZOP分析的相關規定

國家對安全設計非常重視，通過多年實踐，HAZOP分析從引進逐漸走向成熟，并出臺了相關文件和標準予以規定明確。國家安全監管總局和住房城鄉建設部聯合發布了《關于進一步加強危險化學品建設項目安全設計管理的通知》(安監總管三〔2013〕76號)，要求涉及“兩重點一重大”和首次工業化設計的建設項目，必須在基礎設計階段開展HAZOP分析。緊接著國家安全監管總局發布了《關于加強化工過程安全管理的指導意見》(安監總管三〔2013〕88號)，要求對涉及重點監管危險化學品、重點監管危險化工工藝和危險化學品重大危險源的生產儲存裝置進行風險辨識分析，要采用危險與可操作性分析(HAZOP)技術，一般每3年進行一次。另外，還出臺了《化工建設項目安全設計管理導則》(AQ/T 3033-2010)和《危險與可操作性分析(HAZOP分析)應用導則》(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 高壓串低壓風險

高壓串低壓風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置為3取2，并分別在富H2S和富CO2管道上增設緊急切斷閥，與液位低低聯鎖關閉，防止吸收塔高壓氣體串到低壓設備內。魯奇流程中吸收塔脫硫段和脫碳段出口設有緊急切斷閥，并與液位低低聯鎖防止串氣，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，北方地區的冷凝液在分離罐中經常凍住，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常常結冰，存在安全風險，后將加熱火炬的蒸汽噴入改為蒸汽加熱器，再無此問題發生，另外，當火炬總管溫度小于2 ℃時，打開第二蒸汽源，增加了裝置安全可靠性。因此，建議北方寒冷地區采用蒸汽加熱器加熱火炬氣，在南方地區兩種方式均可選擇，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，可將兩者優點結合，采用蒸汽加熱器方案，并設置第二蒸汽來源，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險，因為H2S濃縮塔的尾氣溫度低，而氮氣氣提塔碳鋼材質不耐低溫，有損壞設備風險。

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損壞設備。

2.4 CO2產品塔和H2S濃縮塔安全閥位置

目前，低溫甲醇洗流程中CO2產品塔和H2S濃縮塔塔頂設有超壓保護的安全閥，閥后接冷火炬總管，超壓泄放時CO2產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，引發環保問題。

對策：建議將CO2產品塔和H2S濃縮塔塔頂安全閥安裝位置移至熱區出口處，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備，流量大揚程高，雖然出口設有止回閥(或自控回流閥)，但止回閥內漏或損壞時有發生，而且還不容易被發現，已造成多起機毀人亡的安全事故。

對策：根據《保護層分析(LOPA)方法應用導則》(AQ/T 3054-2015)的要求，止回閥不是一道獨立的保護層(IPL)，因為沒有數據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《煉油裝置工藝管道流程設計規范》(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，與出口流量低低聯鎖。3) 泵出口增加DCS遙控閥，與泵運行停止信號聯鎖，即，主泵和副泵全部停運后聯鎖關閉該DCS遙控閥。4) 泵出口流量調節閥前后增加壓差保護聯鎖，當流量調節閥前后壓差低于10 kPa時聯鎖關閉該調節閥。以上安全措施可單獨或組合使用。

2.6 液下泵損壞風險

低溫甲醇洗設置有污甲醇收集罐，并設有污甲醇泵，該泵通常采用液下泵型式，國內已發生多起液下泵損壞造成人員傷亡事故，某集團公司甚至發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置了操作副線，但存在副線閥門誤開導致未經冷卻的高溫廢水會破壞污水處理工藝的風險。

對策：建議取消廢水冷卻器副線，增加備用換熱器。

3 結語

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