EO/EG装置循环气放空系统火炬可行性研究

＊王 楠

（福建古雷石化有限公司 福建 363200）

目前市场上，环氧乙烷/乙二醇（EO/EG）装置的工艺包专利商主要有SD、SHELL和DOW，另外BASF和其他专利商也占据很小的市场份额。

SD、SHELL和DOW的工艺，均为乙烯和氧气直接氧化，以乙烯和氧气为原料反应生成环氧乙烷，生成的环氧乙烷一部分产环氧乙烷产品，一部分经过水合反应进一步生成乙二醇/二乙二醇产品，经多效蒸发和精制生产出合格的一乙二醇（MEG）、二乙二醇（DEG）和三乙二醇（TEG）产品[1]。

在三种工艺中，EO/EG装置正常停车检修期间，工艺循环气均直接排往大气，大约为3000～4000kg/h排放量的非甲烷总烃及VOC逸出，对大气造成较为严重的污染。这与目前环境综合治理、生态保护修复、降低污染排放的大趋势相违背。从目前的态势来看，安全环保已经上升到了前所未有的重视程度，各类环保政策陆续出台且越来越严格，环保巡视检查趋于常态化，绿色发展将是未来石化行业的趋势。近几年，相关标准规范也按照更加严格和细化的思路进行修订，执行性更强，监管力度更大[2]。因此以往工艺未重视的EO/EG装置正常停车检修期间循环气环保无害化处理问题，成为EO/EG行业内一个最新的热点问题。

化工装置经优化后，对其进行危害识别和辨析是预防化工生产过程中各种事故的重要方法和手段。目前国内外采用HAZOP与LOPA相结合的定性+半定量的分析方法对装置的工艺风险进行更客观、更准确的评价。谢萍[3]将HAZOP分析与LOPA分析两种安全评价方法相结合，通过两种分析方法的信息和数据共享，实现生产装置安全评价的定性和半定量分析，对PTA生产装置中现有安全保护措施的可靠性实现量化评估，确定其消除和降低风险的能力，提高PTA生产装置安全评价的科学性和全面性。姚锡文[4]结合HAZOP与LOPA对辽河石化公司催化裂化装置的反应再生系统进行风险集成分析，结果证实该模型在复杂工艺信息不确定条件下，能有效提高风险评估的针对性、客观性与准确性。

因此，本文通过分析现有SD工艺中循环气单元的流程，对该部分单元的工艺流程进一步优化，分别采用危险与可操作性分析方法（Hazard and Operability，HAZOP）、保护层分析方法（Layer of Protection Analysis，LOPA）及事件树方法（Event Tree Analysis，ETA）对该风险进行定量化的风险分析和评估。为EO/EG装置正常停工检修期间，循环气排放至火炬的优化方案提供理论支持。

1.SD工艺循环气单元流程及优化分析

(1)现有SD工艺解决方案及分析

对国内多家EO/EG装置正常停工检修期间，循环气排放方案进行调研，调研结果如表1所示。

从表1可看出，目前国内各个EO/EG装置，对于正常停车检修这种时间短，排放量大的异常排放问题，现在没有完整的解决方案，各公司的处理方法为：当循环气中氧气质量分数达到0.5%以下，循环气通过管线直接放空至大气中。

表1 停工检修期间循环气排放调查表

(2)优化后的工艺流程描述

EO/EG装置经优化后，循环气单元的流程如图2所示：通过手动阀HV-1733，将工艺循环气直接送进界外火炬系统。该优化方案除了需设置4寸管道外，还需增加1台压差表在线分析仪和闸阀。HV-1733电动阀可采用快速切断球阀。

当EO/EG装置停工检修时，循环气通过手动阀HV-1733排放至界外火炬管网。排放时循环气应满足以下要求，才允许HV-1733能够被手动信号打开，将循环气排放至火炬管网：

①K-115停车；

②AT-1501/1502氧气质量分数小于0.5%；

③HV-1733处于关闭位置；

④循环气压力与界外火炬管网压力差大于0.2MPa。

以上四个条件作为许可信号，通过SIS系统作用于HV-1733的电磁阀HY-1733，确保仅在四个条件同时满足时，HC-1733的信号才能动作HY-1733进而打开HV-1733。

2.循环气排放至火炬的风险分析和评估

采用HAZOP与LOPA方法，通过引导词构建偏差场景，评估各场景的后果。依据中国石化安〔2018〕268号文《中国石化生产安全风险和隐患排查治理双重预防机制管理规定》中的风险矩阵以及中国石化安〔2018〕150号《中国石化安全仪表系统安全完整性等级评估管理办法（试行）》中的风险标准，对后果进行严重程度定级。并进一步分析保护层的设置，确认所需联锁的SIL等级。后续使用ETA方法从另一个角度对该风险进行了定量化的风险分析和评估。

(1)HAZOP/LOPA记录表

表2为HAZOP/LOPA记录表。根据记录表可以看到，由于正常操作中循环气的氧气含量较高（6.5%）。在可能发生错误排放的工况下，会造成严重的后果。但由于设计多个保护措施，使最终发生后果的几率降到足够低的程度，可以满足中石化相关安全要求。

表2 HAZOP/LOPA记录表

(2)事件树分析(ETA)

图3为ETA分析结果，由图3可以看出，ETA分析是将各处保护措施纳入计算，结果表明，事故发生的频率为1E-11次/年。

表3为中国石化安全仪表系统安全完整性等级表。根据中国石化安〔2018〕150号《中国石化安全仪表系统安全完整性等级评估管理办法（试行）》中的要求，由表3表可以看出，该场景满足中石化相关安全要求。通过分析，针对EO/EG装置检修期间，循环气放空至系统火炬的方案具有可行性。

表3 中国石化安全仪表系统安全完整性等级表

3.改进建议

针对循环气放空至大气的安全环保问题，结合上述分析，提出某新建EO/EG装置正常停工检修期间，循环气放空至系统火炬的措施建议，如下：

①针对正常生产过程中，HV-1733故障导致错误打开的状况，建议在HV-1733前增设手阀，并保持铅封锁定关闭状态（CSC），使得误操作不会造成泄放。

②为了便于操作人员在应急状况下做出相应操作，建议在辅操台设置报警灯，并设计对应的操作法实现人员响应。

③建议使用K-115停车信号/氧气浓度信号/压差信号/开度信号作为锁定，防止HV-1733误动作，此联锁应为SIS联锁，SIL1，PFD=0.1在满足原有其他相关设计的基础上，正确实施以上所有措施可使得该工况的风险降低至中石化许可的范围之内。

4.结论

对比国内其他EO/EG装置，并结合自身装置特点，表明装置停工检修期间，3000～4000kg/h的非甲烷总烃及VOC工艺循环气放空至系统火炬是安全环保的最佳处理方法。但此方法国内未有先例，因此经过技措项目审批，与设计院进行详细的对接后，采用HAZOP与LOPA方法，通过引导词构建偏差场景，对各种源在的风险进行评估，对后果进行严重程度定级。同时后续使用ETA分析方法从另一个角度对该风险进行了定量化的风险分析和评估。最终分析结果表明，针对环氧乙烷/乙EO/EG装置正常停工检修期间，循环气放空至系统火炬的方案，能实行环保与安全生产双赢，同时提高EO/EG装置的行业竞争力。