HAZOP分析在废气回收及二硫化碳罐区的应用

李建民，董宪伟，肖海娇，王福生

(1华北理工大学 矿业工程学院，河北 唐山 063210；2 唐山三友化工股份有限公司，河北 唐山 063305)

经过60多年的发展，新中国的化纤工业取得了举世瞩目的成就，粘胶纤维等常规大宗化纤品种差别化功能化生产技术水平不断提高。然而在化纤技术突飞猛进的背后离不开风险的辨识和防范。近年来，作为审查装置安全性和操作性、分析偏差产生的风险以及提出削减风险措施的安全系统评价方法，危险与可操作性分析(HAZOP)成为国家安全监管部门在化工和化纤行业力推的方法，也是目前石化行业应用最为广泛的危险分析方法之一，熟练应用于具有危险化学品的生产装置和罐区过程工业的安全风险分析，并且取得了良好的安全绩效，提高了相关行业的安全防范水平。

根据《关于开展提升危险化学品领域本质安全水平专项行动的通知》(安监总管三[2012]第87号)、《关于进一步加强化学品罐区安全管理的通知》(安监总管三[2014]第68号)等文件的有关规定，涉及重点监控的危险化学品的罐区需定期进行危险与可操作性分析[1]。今年的6月份是第18个全国“安全生产月”，活动以危险化学品安全为重点，以“防风险、除隐患、遏事故”为主题，在此宣传力度上，对位于唐山市的一所化纤生产企业进行专项安全现状分析以及专项整治是有效地将风险降低并消除在萌芽中的重要举措，为新中国成立70周年营造良好的安全生产环境。

1 HAZOP分析概述

1.1 HAZOP分析方法简介

HAZOP分析是由具有不同专业背景的成员组成的小组，在组长的主持下以一种结构有序的方式对过程进行系统审查的技术方法。它以工艺仪表流程图(PID)为研究对象，在引导词提示下，对系统中所有重要的过程参数可能由于偏离预期的设计条件所引起的潜在危险和操作性问题，以及设计中已采取的安全防护措施进行辨识和评价，提出需要设计者进一步甄别的问题和修改设计或操作指令的建议[2]。HAZOP分析中常用引导词的含义见表1。

表1 基本引导词及其含义

1.2 HAZOP分析的程序流程

除组建分析小组、准备资料和培训等前期工作外，工艺工程师需要对设备工艺流程进行详细的介绍，并将工艺和仪表流程图划分为若干节点，结合节点的工艺参数，组成有意义的偏差。HAZOP 分析就是从“偏差”(高压力、高流量、高液位、低浓度等)出发，反向查找产生偏差的原因，正向分析该偏差将导致的不利后果，然后识别整个危险传播途径中现有的防护措施。如果已有防护措施不够，则提出相应的预防和改善建议，力争将风险降低到可接受的范围。HAZOP分析流程图见图1。

图1 HAZOP分析程序流程图[3]

1.3 HAZOP分析的风险等级说明

HAZOP 风险程度评估采用矩阵风险分析法。分析采用5×7 矩阵，该矩阵事故后果的危害考虑4个方面，即对职员、公众、环境和设施的危害。

事故后果等级(S)划分的严重程度为最低后果、低后果、中后果以及高后果，事故频率等级(L)分类及风险等级划分参照相关标准，风险等级矩阵见表2。

表2 风险等级矩阵

2 HAZOP分析在废气回收及CS2罐区的应用

2.1 HAZOP分析范围

表3所示为项目涉及到的危险化学品重大危险源辨识表，表4所示为工厂危险化学品重大危险源辨识表。

表3 该项目危险化学品重大危险源辨识表

表4 全厂危险化学品重大危险源辨识表

注：q1，q2，…，qn为每种化学危险品实际存在量，单位为吨(t)；Q1，Q2，…，Qn为与各危险化学品相对应的临界量，单位为吨(t)。

本次分析中涉及到的重大危险源的物质是CS2和H2S，属首批重点监管的危险化学品[4]。

由表3和表4知，CS2储罐区构成危险化学品重大危险源，重大危险源点为10台80 m3的CS2储罐和2台490 m3的CS2储罐。

2.2 选取的分析节点

根据本项目涉及到的“两重点一重大”情况，结合工艺流程，经分析小组确定，本次分析共选取18个分析节点(以结点01～04举例)，节点信息见表5。

表5 分析节点一览表

2.3 工艺流程说明

粘胶短纤维生产过程中排出的废气中含有少量的CS2气体和H2S气体，为了改善环境、节约资源和降低成本，利用先进的工艺技术和关键工艺和自控设备，采用CS2吸附回收及H2S碱洗工艺，对纺练生产线产生的废气中的CS2气体和H2S进行回收处理，同时得到粘胶纤维生产过程中的重要化工原料CS2和具有广泛用途的化工原料硫氢化钠。

2.3.1 粘胶生产线废气处理工艺

(1)碱洗工艺

本工艺采用NaOH溶液碱洗工艺除去废气中的H2S，处理后的气体送至吸附工序回收CS2。

反应方程式为：

以1#生产线碱洗工序为例，其工艺过程如下：碱洗风机(F-11/12/13)将生产线废气(50～70 ℃)由管道抽至碱洗区，经除雾器(B11)除去废气中的水分。当除雾器填料层水分接近饱和时，由反洗水反洗，除去填料层中的水分，即可冲洗使用。

除去水分的废气由风机(F-11/12/13)送到湍流塔(T)底部，从塔顶喷淋调配好的NaOH溶液，NaOH与废气中的H2S反应生成NaHS。处理后的气体由湍流塔(T11)顶部排出，再依次经过湍流塔(T12)和湍流塔(T13)与NaOH溶液反应。脱除H2S的废气由管道输送至吸附工序。

(2)吸附工艺

脱除H2S的废气，从洗涤塔(WT-116-A/B)底部进入，NaOH溶液从塔顶喷淋雾化，以进一步去除废气中的H2S。除去水分的废气经由风机(B-124-A～D)送至吸附槽(AT-129-A～J)，废气从吸附槽底进入，其中的CS2被活性碳吸附，洁净的尾气从槽顶排出，已达饱和状态的吸附槽，首先充入N2以置换吸附槽内的空气及废气，再通入蒸汽(管道内蒸汽压力>0.3 MPa，165 ℃)将活性碳吸附的CS2解吸出来，蒸汽的热能给解析过程提供能量，并利用蒸汽将脱附的CS2带入后面的工序进行冷凝回收。废气回收装置的工艺流程见图2。

图2 粘胶生产线废气处理工艺流程简图

碱洗H2S平均去除率均达到95%以上，经吸附回收后H2S的去除率达到99%以上，CS2的平均去除率达96%。碱洗处理后H2S含量≤0.21 g/m3，再经吸附处理后废气中CS2含量≤0.56 g/m3，H2S为微量，处理后的废气一起由120 m高排气塔达标排放。

2.3.2 CS2罐区存储及输送

本次分析范围CS2的存储采用水封方式，CS2储罐中CS2储存量最多为75%，水量最少为25%，CS2全部密封在水下。CS2卸车和输送均采用水压法，即用循环水向运送CS2的槽车或贮存CS2的贮槽中输送循环水，由于CS2的比重大于水而从贮存容器下部压出，从而实现CS2的卸车和输送。

2.4 HAZOP分析工作表

本次分析主要以用于吸附回收废气中CS2气体的吸附槽节点以及用于除掉生产线废气中的H2S气体的湍流塔为例，进行危险与可操作性分析结果说明。表6所示为分析节点中的吸附槽AT129A～J的HAZOP分析工作表。在吸附槽部分中涉及到的主要工艺参数有温度、压力和浓度等，假设吸附槽内温度过高，将会导致吸附碳燃烧等后果，经分析发现，吸附槽温度过高的主要原因可能是吸附过程中放热或者是脱附蒸汽的温度过高等。经了解已有安全措施发现，尽管吸附槽内已经安装温度超限报警装置，但由于未定期检查活性炭在使用中是否存在破损状态，因此建议企业要组织人员对于破损的活性炭进行及时的筛除，再进行合理的再生利用，尽可能达到本质安全的水平[5，6]。

表7所示为分析节点湍流塔T11-13的HAZOP分析工作表。在湍流塔部分中涉及到的主要工艺参数有液位、压力和流量等，假设湍流塔无液位，会使排放的尾气中H2S气体浓度偏高。经分析发现，湍流塔无液位的可能原因是循环泵发生调停现象。现有措施中建议此时开启备用泵，可以有效避免H2S气体浓度增加的情况发生。经风险评估，风险等级为C，说明可选择性的采取行动(评估可选择的方案)，即采取现有安全措施是可行的。

表6 吸附槽AT129A～J HAZOP分析结果

表7 湍流塔T11-13 HAZOP 分析结果

3 结论

一方面，经HAZOP分析，一期废气回收及CS2罐区在设计使用中已采用多项安全控制措施，经评估肯定了装置中诸多项安全控制举措。同时该分析对装置上可能存在的问题提出了可行性建议，弥补了传统设计工作中没有考虑到或者疏忽了的问题，它们的解决对于现场操作人员的安全健康、环保的控制、操作控制、运行维护等方面都起到了极为有意义的作用。

另一方面，将HAZOP分析方法应用于粘胶生产线废气处理生产线的安全评价中，并且采用碱洗以及吸附工艺，有效回收废弃中的CS2，实现了资源的可持续发展。可认为HAZOP分析方法应用于化纤行业的安全评价是可行的。

进一步分析认为，在HAZOP定性分析风险的基础上，结合其他风险分析技术(QRA/LOPA/PHA)进行综合风险分析以及在传统的HAZOP分析基础上加以化工软件模拟，建立工艺流程模型，有效量化参数偏差，对于优化化纤行业实际工程的设计工作，进一步提高系统的可靠性和安全性具有积极的推动作用。