EO/EG裝置循環(huán)氣放空系統(tǒng)火炬可行性研究

＊王 楠

（福建古雷石化有限公司 福建 363200）

目前市場(chǎng)上，環(huán)氧乙烷/乙二醇（EO/EG）裝置的工藝包專利商主要有SD、SHELL和DOW，另外BASF和其他專利商也占據(jù)很小的市場(chǎng)份額。

SD、SHELL和DOW的工藝，均為乙烯和氧氣直接氧化，以乙烯和氧氣為原料反應(yīng)生成環(huán)氧乙烷，生成的環(huán)氧乙烷一部分產(chǎn)環(huán)氧乙烷產(chǎn)品，一部分經(jīng)過(guò)水合反應(yīng)進(jìn)一步生成乙二醇/二乙二醇產(chǎn)品，經(jīng)多效蒸發(fā)和精制生產(chǎn)出合格的一乙二醇（MEG）、二乙二醇（DEG）和三乙二醇（TEG）產(chǎn)品[1]。

在三種工藝中，EO/EG裝置正常停車檢修期間，工藝循環(huán)氣均直接排往大氣，大約為3000～4000kg/h排放量的非甲烷總烴及VOC逸出，對(duì)大氣造成較為嚴(yán)重的污染。這與目前環(huán)境綜合治理、生態(tài)保護(hù)修復(fù)、降低污染排放的大趨勢(shì)相違背。從目前的態(tài)勢(shì)來(lái)看，安全環(huán)保已經(jīng)上升到了前所未有的重視程度，各類環(huán)保政策陸續(xù)出臺(tái)且越來(lái)越嚴(yán)格，環(huán)保巡視檢查趨于常態(tài)化，綠色發(fā)展將是未來(lái)石化行業(yè)的趨勢(shì)。近幾年，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范也按照更加嚴(yán)格和細(xì)化的思路進(jìn)行修訂，執(zhí)行性更強(qiáng)，監(jiān)管力度更大[2]。因此以往工藝未重視的EO/EG裝置正常停車檢修期間循環(huán)氣環(huán)保無(wú)害化處理問(wèn)題，成為EO/EG行業(yè)內(nèi)一個(gè)最新的熱點(diǎn)問(wèn)題。

化工裝置經(jīng)優(yōu)化后，對(duì)其進(jìn)行危害識(shí)別和辨析是預(yù)防化工生產(chǎn)過(guò)程中各種事故的重要方法和手段。目前國(guó)內(nèi)外采用HAZOP與LOPA相結(jié)合的定性+半定量的分析方法對(duì)裝置的工藝風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行更客觀、更準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)。謝萍[3]將HAZOP分析與LOPA分析兩種安全評(píng)價(jià)方法相結(jié)合，通過(guò)兩種分析方法的信息和數(shù)據(jù)共享，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)裝置安全評(píng)價(jià)的定性和半定量分析，對(duì)PTA生產(chǎn)裝置中現(xiàn)有安全保護(hù)措施的可靠性實(shí)現(xiàn)量化評(píng)估，確定其消除和降低風(fēng)險(xiǎn)的能力，提高PTA生產(chǎn)裝置安全評(píng)價(jià)的科學(xué)性和全面性。姚錫文[4]結(jié)合HAZOP與LOPA對(duì)遼河石化公司催化裂化裝置的反應(yīng)再生系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)集成分析，結(jié)果證實(shí)該模型在復(fù)雜工藝信息不確定條件下，能有效提高風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的針對(duì)性、客觀性與準(zhǔn)確性。

因此，本文通過(guò)分析現(xiàn)有SD工藝中循環(huán)氣單元的流程，對(duì)該部分單元的工藝流程進(jìn)一步優(yōu)化，分別采用危險(xiǎn)與可操作性分析方法（Hazard and Operability，HAZOP）、保護(hù)層分析方法（Layer of Protection Analysis，LOPA）及事件樹(shù)方法（Event Tree Analysis，ETA）對(duì)該風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定量化的風(fēng)險(xiǎn)分析和評(píng)估。為EO/EG裝置正常停工檢修期間，循環(huán)氣排放至火炬的優(yōu)化方案提供理論支持。

1.SD工藝循環(huán)氣單元流程及優(yōu)化分析

(1)現(xiàn)有SD工藝解決方案及分析

對(duì)國(guó)內(nèi)多家EO/EG裝置正常停工檢修期間，循環(huán)氣排放方案進(jìn)行調(diào)研，調(diào)研結(jié)果如表1所示。

從表1可看出，目前國(guó)內(nèi)各個(gè)EO/EG裝置，對(duì)于正常停車檢修這種時(shí)間短，排放量大的異常排放問(wèn)題，現(xiàn)在沒(méi)有完整的解決方案，各公司的處理方法為：當(dāng)循環(huán)氣中氧氣質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到0.5%以下，循環(huán)氣通過(guò)管線直接放空至大氣中。

表1 停工檢修期間循環(huán)氣排放調(diào)查表

(2)優(yōu)化后的工藝流程描述

EO/EG裝置經(jīng)優(yōu)化后，循環(huán)氣單元的流程如圖2所示：通過(guò)手動(dòng)閥HV-1733，將工藝循環(huán)氣直接送進(jìn)界外火炬系統(tǒng)。該優(yōu)化方案除了需設(shè)置4寸管道外，還需增加1臺(tái)壓差表在線分析儀和閘閥。HV-1733電動(dòng)閥可采用快速切斷球閥。

當(dāng)EO/EG裝置停工檢修時(shí)，循環(huán)氣通過(guò)手動(dòng)閥HV-1733排放至界外火炬管網(wǎng)。排放時(shí)循環(huán)氣應(yīng)滿足以下要求，才允許HV-1733能夠被手動(dòng)信號(hào)打開(kāi)，將循環(huán)氣排放至火炬管網(wǎng)：

①K-115停車；

②AT-1501/1502氧氣質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.5%；

③HV-1733處于關(guān)閉位置；

④循環(huán)氣壓力與界外火炬管網(wǎng)壓力差大于0.2MPa。

以上四個(gè)條件作為許可信號(hào)，通過(guò)SIS系統(tǒng)作用于HV-1733的電磁閥HY-1733，確保僅在四個(gè)條件同時(shí)滿足時(shí)，HC-1733的信號(hào)才能動(dòng)作HY-1733進(jìn)而打開(kāi)HV-1733。

2.循環(huán)氣排放至火炬的風(fēng)險(xiǎn)分析和評(píng)估

采用HAZOP與LOPA方法，通過(guò)引導(dǎo)詞構(gòu)建偏差場(chǎng)景，評(píng)估各場(chǎng)景的后果。依據(jù)中國(guó)石化安〔2018〕268號(hào)文《中國(guó)石化生產(chǎn)安全風(fēng)險(xiǎn)和隱患排查治理雙重預(yù)防機(jī)制管理規(guī)定》中的風(fēng)險(xiǎn)矩陣以及中國(guó)石化安〔2018〕150號(hào)《中國(guó)石化安全儀表系統(tǒng)安全完整性等級(jí)評(píng)估管理辦法（試行）》中的風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)后果進(jìn)行嚴(yán)重程度定級(jí)。并進(jìn)一步分析保護(hù)層的設(shè)置，確認(rèn)所需聯(lián)鎖的SIL等級(jí)。后續(xù)使用ETA方法從另一個(gè)角度對(duì)該風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了定量化的風(fēng)險(xiǎn)分析和評(píng)估。

(1)HAZOP/LOPA記錄表

表2為HAZOP/LOPA記錄表。根據(jù)記錄表可以看到，由于正常操作中循環(huán)氣的氧氣含量較高（6.5%）。在可能發(fā)生錯(cuò)誤排放的工況下，會(huì)造成嚴(yán)重的后果。但由于設(shè)計(jì)多個(gè)保護(hù)措施，使最終發(fā)生后果的幾率降到足夠低的程度，可以滿足中石化相關(guān)安全要求。

表2 HAZOP/LOPA記錄表

(2)事件樹(shù)分析(ETA)

圖3為ETA分析結(jié)果，由圖3可以看出，ETA分析是將各處保護(hù)措施納入計(jì)算，結(jié)果表明，事故發(fā)生的頻率為1E-11次/年。

表3為中國(guó)石化安全儀表系統(tǒng)安全完整性等級(jí)表。根據(jù)中國(guó)石化安〔2018〕150號(hào)《中國(guó)石化安全儀表系統(tǒng)安全完整性等級(jí)評(píng)估管理辦法（試行）》中的要求，由表3表可以看出，該場(chǎng)景滿足中石化相關(guān)安全要求。通過(guò)分析，針對(duì)EO/EG裝置檢修期間，循環(huán)氣放空至系統(tǒng)火炬的方案具有可行性。

表3 中國(guó)石化安全儀表系統(tǒng)安全完整性等級(jí)表

3.改進(jìn)建議

針對(duì)循環(huán)氣放空至大氣的安全環(huán)保問(wèn)題，結(jié)合上述分析，提出某新建EO/EG裝置正常停工檢修期間，循環(huán)氣放空至系統(tǒng)火炬的措施建議，如下：

①針對(duì)正常生產(chǎn)過(guò)程中，HV-1733故障導(dǎo)致錯(cuò)誤打開(kāi)的狀況，建議在HV-1733前增設(shè)手閥，并保持鉛封鎖定關(guān)閉狀態(tài)（CSC），使得誤操作不會(huì)造成泄放。

②為了便于操作人員在應(yīng)急狀況下做出相應(yīng)操作，建議在輔操臺(tái)設(shè)置報(bào)警燈，并設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的操作法實(shí)現(xiàn)人員響應(yīng)。

③建議使用K-115停車信號(hào)/氧氣濃度信號(hào)/壓差信號(hào)/開(kāi)度信號(hào)作為鎖定，防止HV-1733誤動(dòng)作，此聯(lián)鎖應(yīng)為SIS聯(lián)鎖，SIL1，PFD=0.1在滿足原有其他相關(guān)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，正確實(shí)施以上所有措施可使得該工況的風(fēng)險(xiǎn)降低至中石化許可的范圍之內(nèi)。

4.結(jié)論

對(duì)比國(guó)內(nèi)其他EO/EG裝置，并結(jié)合自身裝置特點(diǎn)，表明裝置停工檢修期間，3000～4000kg/h的非甲烷總烴及VOC工藝循環(huán)氣放空至系統(tǒng)火炬是安全環(huán)保的最佳處理方法。但此方法國(guó)內(nèi)未有先例，因此經(jīng)過(guò)技措項(xiàng)目審批，與設(shè)計(jì)院進(jìn)行詳細(xì)的對(duì)接后，采用HAZOP與LOPA方法，通過(guò)引導(dǎo)詞構(gòu)建偏差場(chǎng)景，對(duì)各種源在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，對(duì)后果進(jìn)行嚴(yán)重程度定級(jí)。同時(shí)后續(xù)使用ETA分析方法從另一個(gè)角度對(duì)該風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了定量化的風(fēng)險(xiǎn)分析和評(píng)估。最終分析結(jié)果表明，針對(duì)環(huán)氧乙烷/乙EO/EG裝置正常停工檢修期間，循環(huán)氣放空至系統(tǒng)火炬的方案，能實(shí)行環(huán)保與安全生產(chǎn)雙贏，同時(shí)提高EO/EG裝置的行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。