HAZOP分析方法在硫黄回收装置的应用

王和琴，杨 程，徐 明，周 健

(中国石化中原油田普光分公司，四川达州 635000)

普光气田硫黄回收装置投产八年来，在运行中出现了一些干扰正常生产运行的工艺波动，给安全生产带来了较多的风险。为了确保平稳生产，需要采用科学的分析手段对现阶段装置进行风险分析。危险和可操作性研究(HAZOP)分析技术自从诞生之日就得到了广泛的应用，现在已经推广到在役装置、机械领域、电力系统等方面[1]。开展HAZOP分析不仅能够识别出潜在的风险，而且能够加深操作人员对装置的了解，进一步提高其安全操作水平[2]。研究者利用HAZOP分析技术对核领域中高放射性的液体储罐进行了危害识别，并提出了有效的反制措施以应对储罐泄漏和其内部氢气的燃烧或者爆炸这两种情况[3]。除此之外，在普光气田投产运行的第六年，普光分公司经过系统HAZOP分析发现需要进一步完善14项问题。随后通过问题完善，提升了装置本质安全水平[4]。但是随着生产运行的延伸，逐渐老化的设备和不断更新的工艺将会给安全生产管理带来重大挑战。因此，普光分公司有必要再次应用HAZOP分析方法对硫黄回收装置进行全面的风险分析和评价，并制定针对性的控制措施，降低风险等级，消除事故隐患。

1 HAZOP方法流程

HAZOP[5]分析工作流程见图1。

2 硫黄回收装置HAZOP分析实例

2.1 装置简介

2.1.1天然气净化装置简介

此次分析的对象为普光分公司天然气净化厂硫黄回收装置。天然气净化厂共设计6套(12列)联合装置，年处理酸性原料气120亿立方米，生产工业硫黄240万吨。每系列包括脱硫、硫黄回收和尾气处理单元，两列共用脱水和酸水汽提单元。装置采用胺液脱硫、TEG脱水、二级克劳斯转化回收硫黄、斯科特法加氢还原处理尾气工艺，其工艺简图如图2所示。

图1 HAZOP分析工作流程

图2 天然气净化工艺

2.1.2硫黄回收装置简介

硫黄回收的工艺流程如图3所示。来自脱硫单元的酸性气首先进入分液罐进行分液，分液后酸性气进入Claus反应炉燃烧，高温过程气进入余热锅炉回收热量。冷却后的过程气进入第一级硫冷器，进一步冷却并凝出液硫，液硫自流至一级硫封罐，再自流至液硫池。

图3 硫黄回收工艺流程

从一级硫冷器出来的过程气进入第一级反应进料加热器，经加热后进入一级转化器，在催化剂作用下发生反应，生成的硫在二级硫冷器中冷凝，自流至二级硫封罐后进入液硫池。过程气在第二级催化反应部分经过的流程与第一级催化反应部分相同，出末级硫冷器的尾气进入尾气处理单元。液硫在液硫池中通过BV公司专利MAGR脱气工艺进行脱气，液硫中硫化氢可脱除至10ppmw以下。硫黄回收单元两段反应(燃烧反应+催化反应)总的硫回收率为99.8%[6]。

2.2 分析过程

2.2.1节点划分

此次HAZOP分析以设备为节点，共划分56个节点。部分关键节点HAZOP分析描述见表1。

表1 硫黄回收装置部分HAZOP分析节点

2.2.2典型节点分析

以表1中的节点7为例，节选部分偏差分析结果，内容见表2。

首先确定分析参数，构成有实际意义的偏差，分析出现偏差的原因及可能造成的后果，利用最新版的中国石化安全风险矩阵(8×7)确定最终风险，识别现有的保护措施能否抵御风险，决定是否需要增加防护措施。

2.3 分析结果

按照以上流程，对硫黄回收装置进行全面的HAZOP分析，总共分析了254个偏差。对于有些偏差可能引起的严重后果，分析小组有针对性地提出了事故的预防和管控措施。此次分析共提出建议措施21条(部分建议措施见表3)，提交净化厂审核后采纳18条，采纳率达到86%。被采纳的建议措施体现在完善操作规程和制度、现场工艺技改、联锁系统和设备、仪表等方面。本次HAZOP分析识别出装置潜在的重大隐患主要包括以下几个方面：①酸气分液罐液位过高将造成酸气带液进入克劳斯炉，严重时会引发克劳斯炉跳车甚至爆炸。先前酸性气分液罐设置有液位联锁控制泵的启停，但若启泵不及时，将造成严重后果。针对该问题，岗位操作法明确将手动启动P-302液位设置为30%，手动停运液位最低为5%；②与酸性气管线联通的减温蒸汽线250-LS-030401和氮气吹扫线100-NG-030501具有酸性气反窜的风险，解决办法为新增氮气保护；③硫黄冷却器E-309是MAGR脱气工艺的重要设备，管束频繁内漏造成5.6 MPa的高压锅炉水窜入液硫池使其濒临超压和爆炸风险。使用国内的空气鼓泡降温脱气代替MAGR脱气工艺能够满足生产要求，因此需要停用硫黄冷却器E-309和液硫循环泵P-301。按《中达净化〔2016〕71号天然气净化厂关于印发变更实施管理细则(试行)的通知》要求，技术管理办公室组织评估，已完成厂、分公司变更审批；④当液硫外输线夹套伴热法兰处出现严重腐蚀穿孔时易造成液硫与伴热蒸汽系统互窜，造成蒸汽、凝结水系统腐蚀，严重时需停工处理。针对这一问题，在法兰处采用跨线连接的伴热方式，且跨接管线增设多处排凝阀组可以较好的解决问题；⑤急冷水在线pH值测量易出现偏差造成急冷塔C-401穿透和加剧急冷水系统腐蚀，分析小组提议现场使用pH试纸比对，定期进行pH计校验。装置异常时，提高对比频次。避免了由于pH计故障造成的急冷水系统腐蚀加剧情况。

表2 硫黄回收装置部分HAZOP分析记录

表3 硫黄回收装置HAZOP分析部分建议措施

3 建议措施

此次HAZOP分析识别了不少的风险和隐患，提出建议措施21条，并有18条建议被采纳。为了在以后工作中更好地开展HAZOP分析，及时发现风险，采取措施降低风险等级，消除事故隐患，建议：①组建专业分析团队；②注重岗位现场分析，建议装置HAZOP分析时间安排为岗位现场分析与脱产至会议室分析相结合的方式；③挖掘背后初始事件；④贯彻车间操作规程；⑤开展定期风险分析。

4 结语

此次分析共涉及56个节点，分析有实际意义的偏差达254个。经过全面系统分析，识别出硫黄回收装置共存的一些重大风险，包括酸性气带液进入克劳斯炉、硫黄冷却器内漏造成液硫池超压爆炸问题和操作波动时急冷塔的SO2穿透问题等，并提出和实施了针对性强的建议，取得良好效果，进一步提升了装置的本质安全。