EO/EG裝置循環氣放空系統火炬可行性研究

＊王 楠

（福建古雷石化有限公司 福建 363200）

目前市場上，環氧乙烷/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很小的市場份額。

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生成環氧乙烷，生成的環氧乙烷一部分產環氧乙烷產品，一部分經過水合反應進一步生成乙二醇/二乙二醇產品，經多效蒸發和精制生產出合格的一乙二醇（MEG）、二乙二醇（DEG）和三乙二醇（TEG）產品[1]。

在三種工藝中，EO/EG裝置正常停車檢修期間，工藝循環氣均直接排往大氣，大約為3000～4000kg/h排放量的非甲烷總烴及VOC逸出，對大氣造成較為嚴重的污染。這與目前環境綜合治理、生態保護修復、降低污染排放的大趨勢相違背。從目前的態勢來看，安全環保已經上升到了前所未有的重視程度，各類環保政策陸續出臺且越來越嚴格，環保巡視檢查趨于常態化，綠色發展將是未來石化行業的趨勢。近幾年，相關標準規范也按照更加嚴格和細化的思路進行修訂，執行性更強，監管力度更大[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氣環保無害化處理問題，成為EO/EG行業內一個最新的熱點問題。

化工裝置經優化后，對其進行危害識別和辨析是預防化工生產過程中各種事故的重要方法和手段。目前國內外采用HAZOP與LOPA相結合的定性+半定量的分析方法對裝置的工藝風險進行更客觀、更準確的評價。謝萍[3]將HAZOP分析與LOPA分析兩種安全評價方法相結合，通過兩種分析方法的信息和數據共享，實現生產裝置安全評價的定性和半定量分析，對PTA生產裝置中現有安全保護措施的可靠性實現量化評估，確定其消除和降低風險的能力，提高PTA生產裝置安全評價的科學性和全面性。姚錫文[4]結合HAZOP與LOPA對遼河石化公司催化裂化裝置的反應再生系統進行風險集成分析，結果證實該模型在復雜工藝信息不確定條件下，能有效提高風險評估的針對性、客觀性與準確性。

因此，本文通過分析現有SD工藝中循環氣單元的流程，對該部分單元的工藝流程進一步優化，分別采用危險與可操作性分析方法（Hazard and Operability，HAZOP）、保護層分析方法（Layer of Protection Analysis，LOPA）及事件樹方法（Event Tree Analysis，ETA）對該風險進行定量化的風險分析和評估。為EO/EG裝置正常停工檢修期間，循環氣排放至火炬的優化方案提供理論支持。

1.SD工藝循環氣單元流程及優化分析

(1)現有SD工藝解決方案及分析

對國內多家EO/EG裝置正常停工檢修期間，循環氣排放方案進行調研，調研結果如表1所示。

從表1可看出，目前國內各個EO/EG裝置，對于正常停車檢修這種時間短，排放量大的異常排放問題，現在沒有完整的解決方案，各公司的處理方法為：當循環氣中氧氣質量分數達到0.5%以下，循環氣通過管線直接放空至大氣中。

表1 停工檢修期間循環氣排放調查表

(2)優化后的工藝流程描述

EO/EG裝置經優化后，循環氣單元的流程如圖2所示：通過手動閥HV-1733，將工藝循環氣直接送進界外火炬系統。該優化方案除了需設置4寸管道外，還需增加1臺壓差表在線分析儀和閘閥。HV-1733電動閥可采用快速切斷球閥。

當EO/EG裝置停工檢修時，循環氣通過手動閥HV-1733排放至界外火炬管網。排放時循環氣應滿足以下要求，才允許HV-1733能夠被手動信號打開，將循環氣排放至火炬管網：

①K-115停車；

②AT-1501/1502氧氣質量分數小于0.5%；

③HV-1733處于關閉位置；

④循環氣壓力與界外火炬管網壓力差大于0.2MPa。

以上四個條件作為許可信號，通過SIS系統作用于HV-1733的電磁閥HY-1733，確保僅在四個條件同時滿足時，HC-1733的信號才能動作HY-1733進而打開HV-1733。

2.循環氣排放至火炬的風險分析和評估

采用HAZOP與LOPA方法，通過引導詞構建偏差場景，評估各場景的后果。依據中國石化安〔2018〕268號文《中國石化生產安全風險和隱患排查治理雙重預防機制管理規定》中的風險矩陣以及中國石化安〔2018〕150號《中國石化安全儀表系統安全完整性等級評估管理辦法（試行）》中的風險標準，對后果進行嚴重程度定級。并進一步分析保護層的設置，確認所需聯鎖的SIL等級。后續使用ETA方法從另一個角度對該風險進行了定量化的風險分析和評估。

(1)HAZOP/LOPA記錄表

表2為HAZOP/LOPA記錄表。根據記錄表可以看到，由于正常操作中循環氣的氧氣含量較高（6.5%）。在可能發生錯誤排放的工況下，會造成嚴重的后果。但由于設計多個保護措施，使最終發生后果的幾率降到足夠低的程度，可以滿足中石化相關安全要求。

表2 HAZOP/LOPA記錄表

(2)事件樹分析(ETA)

圖3為ETA分析結果，由圖3可以看出，ETA分析是將各處保護措施納入計算，結果表明，事故發生的頻率為1E-11次/年。

表3為中國石化安全儀表系統安全完整性等級表。根據中國石化安〔2018〕150號《中國石化安全儀表系統安全完整性等級評估管理辦法（試行）》中的要求，由表3表可以看出，該場景滿足中石化相關安全要求。通過分析，針對EO/EG裝置檢修期間，循環氣放空至系統火炬的方案具有可行性。

表3 中國石化安全儀表系統安全完整性等級表

3.改進建議

針對循環氣放空至大氣的安全環保問題，結合上述分析，提出某新建EO/EG裝置正常停工檢修期間，循環氣放空至系統火炬的措施建議，如下：

①針對正常生產過程中，HV-1733故障導致錯誤打開的狀況，建議在HV-1733前增設手閥，并保持鉛封鎖定關閉狀態（CSC），使得誤操作不會造成泄放。

②為了便于操作人員在應急狀況下做出相應操作，建議在輔操臺設置報警燈，并設計對應的操作法實現人員響應。

③建議使用K-115停車信號/氧氣濃度信號/壓差信號/開度信號作為鎖定，防止HV-1733誤動作，此聯鎖應為SIS聯鎖，SIL1，PFD=0.1在滿足原有其他相關設計的基礎上，正確實施以上所有措施可使得該工況的風險降低至中石化許可的范圍之內。

4.結論

對比國內其他EO/EG裝置，并結合自身裝置特點，表明裝置停工檢修期間，3000～4000kg/h的非甲烷總烴及VOC工藝循環氣放空至系統火炬是安全環保的最佳處理方法。但此方法國內未有先例，因此經過技措項目審批，與設計院進行詳細的對接后，采用HAZOP與LOPA方法，通過引導詞構建偏差場景，對各種源在的風險進行評估，對后果進行嚴重程度定級。同時后續使用ETA分析方法從另一個角度對該風險進行了定量化的風險分析和評估。最終分析結果表明，針對環氧乙烷/乙EO/EG裝置正常停工檢修期間，循環氣放空至系統火炬的方案，能實行環保與安全生產雙贏，同時提高EO/EG裝置的行業競爭力。