低温甲醇洗装置常见安全问题分析及对策

沈 杲

(阳煤集团太原化工新材料有限公司，山西 太原 030400)

1 概述

1.1 低温甲醇洗简介

低温甲醇洗(Rectisol)工艺在现代煤化工中应用非常广泛，绝大部分煤制烯烃、煤制乙二醇、煤制天然气等净化装置均采用低温甲醇洗工艺，目前世界上有200多套工业化装置。该工艺为典型物理吸收法，是以低温甲醇为吸收溶剂，利用甲醇在低温下对酸性气(H2S和CO2)和有效气(H2和CO)溶解度差别极大的特性，脱除原料气中酸性气体，该装置主要由原料气冷却、吸收、中压闪蒸、H2S浓缩、热再生、甲醇/水分离和尾气洗涤等几部分组成。

1.2 HAZOP简介

危险与可操作性分析(HAZOP分析)的特点是由各个专业不同知识背景的人员组成的分析小组，以“分析会议”的形式进行。通过分析生产运行过程中工艺状态参数的变动，操作控制中可能出现的偏差，以及这些变动与偏差对系统的影响，找出出现变动或偏差的原因，分析可能导致的后果，进而分析现有保护措施的作用，并针对仍超出可接受水平的后果提出补充建议措施。

HAZOP审查的目的是检查和确认当前设计是否存在安全和可操作性问题；已有安全措施是否充分；不以修改设计方案为目的，提出的建议措施应是对原设计的补充与完善。

1.3 国家安监总局对HAZOP分析的相关规定

国家对安全设计非常重视，通过多年实践，HAZOP分析从引进逐渐走向成熟，并出台了相关文件和标准予以规定明确。国家安全监管总局和住房城乡建设部联合发布了《关于进一步加强危险化学品建设项目安全设计管理的通知》(安监总管三〔2013〕76号)，要求涉及“两重点一重大”和首次工业化设计的建设项目，必须在基础设计阶段开展HAZOP分析。紧接着国家安全监管总局发布了《关于加强化工过程安全管理的指导意见》(安监总管三〔2013〕88号)，要求对涉及重点监管危险化学品、重点监管危险化工工艺和危险化学品重大危险源的生产储存装置进行风险辨识分析，要采用危险与可操作性分析(HAZOP)技术，一般每3年进行一次。另外，还出台了《化工建设项目安全设计管理导则》(AQ/T 3033-2010)和《危险与可操作性分析(HAZOP分析)应用导则》(AQ/T 3049-2013)等标准，初步形成了完整的标准体系。

2 低温甲醇洗常见安全问题及建议对策

2.1 高压串低压风险

高压串低压风险位置主要有吸收塔脱硫段的富H2S甲醇去含硫甲醇闪蒸罐；吸收塔脱碳段的富CO2甲醇去无硫甲醇闪蒸罐；吸收塔入口原料气分离罐的工艺冷凝液去甲醇/CO2闪蒸罐等。

对策：建议吸收塔脱硫段和脱碳段的远传液位计设置为3取2，并分别在富H2S和富CO2管道上增设紧急切断阀，与液位低低联锁关闭，防止吸收塔高压气体串到低压设备内。鲁奇流程中吸收塔脱硫段和脱碳段出口设有紧急切断阀，并与液位低低联锁防止串气，而林德流程则不该紧急切断阀。

2.2 冷火炬气被加热问题

目前火炬流程设置主要是冷火炬喷入蒸汽后并入热火炬，由于喷入蒸汽为0.5 MPa饱和蒸汽，与冷火炬接触后肯定会部分冷凝，北方地区的冷凝液在分离罐中经常冻住，影响火炬排放安全。

对策：东北某厂冬天时火炬冷凝液分离罐内常常结冰，存在安全风险，后将加热火炬的蒸汽喷入改为蒸汽加热器，再无此问题发生，另外，当火炬总管温度小于2 ℃时，打开第二蒸汽源，增加了装置安全可靠性。因此，建议北方寒冷地区采用蒸汽加热器加热火炬气，在南方地区两种方式均可选择，推荐采用蒸汽加热器加热火炬的方案。鲁奇流程中通常采用蒸汽加热器方案，但无第二蒸汽来源，而林德流程中通常采用蒸汽直接喷入方案，且有第二蒸汽来源，因此，可将两者优点结合，采用蒸汽加热器方案，并设置第二蒸汽来源，增加装置安全可靠性。

2.3 氮气气提塔去H2S浓缩塔尾气倒流风险

氮气气提塔去H2S浓缩塔的尾气管线上无阀门，若气提氮气中断或其他原因造成氮气气提塔压力降低，存在H2S浓缩塔的尾气倒流到氮气气提塔的风险，因为H2S浓缩塔的尾气温度低，而氮气气提塔碳钢材质不耐低温，有损坏设备风险。

对策：氮气气提塔去H2S浓缩塔的尾气管线上增加止回阀，防止低温尾气倒流到氮气气提塔内损坏设备。

2.4 CO2产品塔和H2S浓缩塔安全阀位置

目前，低温甲醇洗流程中CO2产品塔和H2S浓缩塔塔顶设有超压保护的安全阀，阀后接冷火炬总管，超压泄放时CO2产品气或尾气进入冷火炬，然后被蒸汽加热后再进入热火炬，最后送火炬塔架燃烧，由于排放的CO2产品气或尾气没有热值，无法燃烧，会吹灭长明灯，而需要燃烧的火炬气可能未被燃烧排放，引发环保问题。

对策：建议将CO2产品塔和H2S浓缩塔塔顶安全阀安装位置移至热区出口处，即，超压排放的气体被加热后再送尾气水洗塔放空。

2.5 贫甲醇泵和半贫甲醇泵防倒流措施

贫甲醇泵和半贫甲醇泵属于低温甲醇洗的核心设备，流量大扬程高，虽然出口设有止回阀(或自控回流阀)，但止回阀内漏或损坏时有发生，而且还不容易被发现，已造成多起机毁人亡的安全事故。

对策：根据《保护层分析(LOPA)方法应用导则》(AQ/T 3054-2015)的要求，止回阀不是一道独立的保护层(IPL)，因为没有数据支持其平均要求失效概率(PFD),也就意味着其不能有效降低事故发生频率。目前，大部分厂都提高了这方面的安全意识和要求，通常采用以下几种安全措施：1) 根据《炼油装置工艺管道流程设计规范》(SH/T 3122-2013)第11.7条要求对进出口压差大于4.0 MPa的离心泵出口设置了不同形式的双止回阀。2) 泵出口增加紧急切断阀，与出口流量低低联锁。3) 泵出口增加DCS遥控阀，与泵运行停止信号联锁，即，主泵和副泵全部停运后联锁关闭该DCS遥控阀。4) 泵出口流量调节阀前后增加压差保护联锁，当流量调节阀前后压差低于10 kPa时联锁关闭该调节阀。以上安全措施可单独或组合使用。

2.6 液下泵损坏风险

低温甲醇洗设置有污甲醇收集罐，并设有污甲醇泵，该泵通常采用液下泵型式，国内已发生多起液下泵损坏造成人员伤亡事故，某集团公司甚至发布了停用长轴液下泵的通知。

对策：将长轴液下泵改为自吸泵。

2.7 废水冷却器副线阀门误操作

目前，甲醇/水分离塔去尾气水洗塔的废水冷却器容易堵塞，部分厂在废水冷却器设置了操作副线，但存在副线阀门误开导致未经冷却的高温废水会破坏污水处理工艺的风险。

对策：建议取消废水冷却器副线，增加备用换热器。

3 结语

本文结合笔者多年的低温甲醇洗应用和安全分析经验，汇总了低温甲醇洗装置的典型安全问题，并提出了相应的解决方案，为类似项目提供参考。