HAZOP分析在天然气净化装置中的应用

2014-04-10陈巧张启波青岛理工大学汽车与交通学院

石油石化节能 2014年6期

陈巧张启波（青岛理工大学汽车与交通学院）

近年来，随着危险与可操作性研究（HAZOP分析）在国内的发展，HAZOP分析在帮助化工企业查找并预防潜在危险、危害事故的过程中逐步得到应用。由于在天然气净化过程中，涉及到高温、高压、易燃、易爆、有毒等危险有害因素，容易引起火灾爆炸以及硫化氢中毒等危害事故，为了预防类似事故发生，降低事故危险、危害程度，有必要对天然气净化装置进行危险性分析，并根据分析结果，对装置中所存在的潜在危害和操作问题提出相应的安全对策措施，以消除隐患，对天然气净化厂的安全运行管理具有指导性的意义。

1 HAZOP分析方法的介绍

HAZOP分析方法是英国帝国化学工业公司（ICI）为解决除草剂制造过程中的危害，于20世纪60年代发展起来的一套以引导词为主体的危害分析方法，用来检查设计中的危险及危害的因果来源。目前在国外已经被广泛应用于各类工艺过程和项目的风险评估中[1]。特别是西方的一些发达国家已经通过立法来强制执行HAZOP分析。在我国HAZOP分析起步比较晚，但是近几年却得到了迅速发展，国家安全生产监督总局提出“中央企业要在重点化工装置生产过程中开展HAZOP分析”[2]；中国石油集团公司也在2010年颁布的《中国石油天然气集团公司危险与可操作性分析工作管理规定》中要求对现役装置进行HAZOP分析，并且要求5年执行一次[3]；而在油气田的开发建设[4]、石油化工装置[5]、海洋钻井平台[6]等采用HAZOP分析进行安全分析，均取得了良好的应用效果。

2 HAZOP分析原理

HAZOP分析是一种基于“引导词”的、由多专业人员组成的研究组，通过一系列的会议来实施的、对系统工艺或操作过程中存在的可能导致有害后果的各种偏差加以系统识别的定性分析方法[1]。在分析过程中，通过对系统工艺过程和操作进行详细的分析和审查，以确定工艺过程和操作中的偏差是否会导致不良后果发生。HAZOP分析将列出引起偏差的原因、产生的后果，以及针对这些偏差已采用的安全保护措施；当分析组确信这些偏差的保护措施不能满足现有的安全要求时，将提出可行性的建议措施[7]。HAZOP分析的基本理念和程序如图1所示[8]。

3 HAZOP分析在天然气净化装置的应用

3.1 工艺原理及流程

该天然气净化厂采用甲基二乙醇胺（MDEA）法吸收脱硫、三甘醇（TEG）吸附脱水、常规克劳斯二级转化法回收硫磺、尾气加氢还原吸收工艺，使硫磺回收率在99.8%以上。

从集气总站来的含硫天然气先进入脱硫单元，在脱硫单元中采用MDEA法脱除几乎所有的H2S和少量的有机硫及CO2，然后进入脱水单元进行脱水处理。在脱水单元中，湿净化气利用TEG的高效脱水性能，与湿净化气在吸收塔内逆相接触，脱除湿净化气中的水分，使净化气达到国家管道输气的要求。

图1 HAZOP分析的基本理念和程序

脱硫单元溶剂再生中产生的含H2S酸性气经压力控制阀送往硫磺回收单元。在硫磺回收单元中采用二级Claus转化工艺，回收率可达到95%。液硫采用循环脱气工艺，脱气后的产品液硫用液硫产品泵送至液硫成型装置生产固体硫磺产品。硫磺回收单元所产生的尾气进入尾气处理单元，当尾气处理单元出现故障时直接去尾气焚烧炉焚烧。

经尾气处理装置处理后的尾气送至尾气焚烧炉焚烧后经烟囱排入大气；尾气处理装置产生的酸性水送至酸性水汽提装置，汽提出的酸性气返回尾气处理装置处理。天然气净化流程如图2所示。

图2 天然气净化流程

3.2 分析使用的偏差列表

在进行HAZOP分析时共考虑20类工艺参数，其与不同的引导词构成了本次HAZOP分析所使用的偏差，HAZOP分析所应用的工艺参数及引导词见表1。

表1 HAZOP分析所应用的偏差及引导词

3.3 节点的划分

本次HAZOP分析对象包括原料天然气脱硫单元、脱水单元、硫磺回收单元、尾气处理单元、酸性水汽提单元五大部分。为了便于分析，在进行HAZOP分析之前，分析小组根据HAZOP分析方法的要求和工作进度安排，将本次HAZOP分析的PID图纸按工艺流程划分为31个工艺节点，每个节点包含相应的工艺设备和管线。

3.4 分析实例

实例中的分析范围为脱硫单元中脱硫塔液位和压力，以及管道、控制回路、阀门等。

原料天然气先经天然气进料过滤聚结分离器或进料旋流分离器脱除携带的液体及固体颗粒后，进入天然气脱硫塔，脱硫塔采用复合溶剂MDEA（甲基二乙醇胺）吸收气体中的H2S、CO2及有机硫。在脱硫塔中，酸性天然气与溶剂逆流接触，气体中所含的H2S、CO2及有机硫被吸收并达到产品规格的要求后进入天然气脱水单元。分析内容见表2。

表2仅是对脱硫单元一个节点中一部分的分析情况，通过整个天然气净化厂的31个节点的系统分析，在对现场已采用的安全措施进行识别和判断的基础上共补充了197条安全对策措施和建议，为提高安全生产运行管理提供了参考。