HAZOP分析在甲基化工藝危險辨識中的應(yīng)用

向 武,劉仁國,張克躍

(華爍科技股份有限公司,湖北 武漢 430074)

甲基化工藝是國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局公布的首批重點監(jiān)管的危險化工工藝之一。酮基布洛芬中間體3-(1-氰乙基)苯甲酸甲酯的生產(chǎn)中要采用甲基化工藝，將碳酸二甲酯滴加到間氰甲基苯甲酸甲酯、溶劑和催化劑的混合液中，控制溫度在200 ℃、2 MPa下反應(yīng)3 h，蒸去溶劑，得到3-(1-氰乙基)苯甲酸甲酯。溶劑回收套用。

作者采用HAZOP分析(Hazard and operability analysis)方法[1～6],對3-(1-氰乙基)苯甲酸甲酯甲基化工藝進行分析、查找偏差，針對偏差找出原因，分析后果，并提出了在甲基化工序采用DCS控制系統(tǒng)。經(jīng)過設(shè)計、安裝、調(diào)試及正常生產(chǎn)一年多的檢驗，該項目實現(xiàn)了甲基化工序自動控制、遠程控制和安全聯(lián)鎖的目的。

1 HAZOP分析簡介

HAZOP分析即危險與可操作性分析，是一種用于辨識設(shè)計缺陷、工藝過程危害及操作性問題的結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化的定性危險評價方法，用于探明生產(chǎn)裝置和工藝過程中的危險及其原因，尋求必要對策。通過分析生產(chǎn)運行過程中工藝狀態(tài)參數(shù)的變動、操作控制中可能出現(xiàn)的偏差以及這些變動與偏差對系統(tǒng)的影響及可能導(dǎo)致的后果，找出出現(xiàn)變動與偏差的原因，明確裝置或系統(tǒng)內(nèi)及生產(chǎn)過程中存在的主要危險、危害因素，并針對變動與偏差的后果提出相應(yīng)的控制措施。

2 甲基化工藝的HAZOP分析

2.1 工藝流程分析

甲基化工藝以碳酸二甲酯與間氰甲基苯甲酸甲酯來制備3-(1-氰乙基)苯甲酸甲酯，副產(chǎn)二氧化碳和甲醇。該反應(yīng)過程為放熱反應(yīng)，反應(yīng)開始時溫度和壓力上升較快，而反應(yīng)溫度與反應(yīng)速度是成正比的，反應(yīng)溫度越高反應(yīng)速度就越快，產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w就越多，反應(yīng)釜內(nèi)的壓力就越大，若不能將二氧化碳?xì)怏w及時排出，有可能造成反應(yīng)釜內(nèi)壓力超壓發(fā)生爆炸。因此，要嚴(yán)格控制反應(yīng)釜內(nèi)的溫度和壓力，防止發(fā)生安全事故。

甲基化工序原來采用單回路電源供電方式，若該回路電源發(fā)生突然停電事故，就會危及到生產(chǎn)安全，有可能發(fā)生爆炸事故。

2.2 HAZOP分析

對甲基化反應(yīng)單元的工藝、設(shè)備、運行情況、存在的隱患及安全保障措施進行了反復(fù)分析、討論，總結(jié)甲基化反應(yīng)系統(tǒng)事故原因主要有：

(1)夾套溫度升溫過快。釜內(nèi)溫度快速上升，反應(yīng)劇烈，釜內(nèi)超溫、超壓，可能發(fā)生爆炸。

(2)反應(yīng)釜內(nèi)溫度過高。反應(yīng)劇烈，釜內(nèi)超壓，可能發(fā)生爆炸。

(3)反應(yīng)釜內(nèi)溫度過低。不進行反應(yīng)，溫度、壓力下降。

(4)反應(yīng)釜內(nèi)壓力過高?？赡馨l(fā)生沖料或爆炸。

(5)反應(yīng)釜內(nèi)壓力過低。反應(yīng)釜的閥門或管道發(fā)生泄漏,現(xiàn)場報警器報警。

(6)放空管內(nèi)發(fā)生火災(zāi)或爆炸。

(7)放空時損壞機電和密封系統(tǒng)，無法正常運行。

(8)突然停電,反應(yīng)系統(tǒng)失去控制?？赡馨l(fā)生沖料或爆炸事故。

將甲基化反應(yīng)單元的工藝參數(shù)“溫度、壓力、反應(yīng)”與引導(dǎo)詞“過量、減量、異?！边M行結(jié)合，得出6個有意義的偏差，進而分析導(dǎo)致偏差的原因、偏差可能導(dǎo)致的不利后果、現(xiàn)有的保護措施，并提出相應(yīng)的建議措施，見表1。

表1 甲基化反應(yīng)單元HAZOP分析表

2.3 分析結(jié)果整理

從甲基化反應(yīng)單元HAZOP分析結(jié)果可以看出，HAZOP分析能夠系統(tǒng)地對甲基化反應(yīng)單元進行工藝危害分析，并能提出“采用DCS控制系統(tǒng)，分別按3個階段設(shè)定的溫度值控制電加熱器根數(shù)；在反應(yīng)釜上設(shè)置溫度、壓力監(jiān)控聯(lián)鎖裝置和緊急泄壓裝置；嚴(yán)格控制放空速度及放空時間；控制攪拌與放空不能同時進行；采用雙回路供電,以滿足緊急情況的用電需求”等必要的建議措施，以減輕和消除危害可能導(dǎo)致的事故后果。

2.4 甲基化工藝采用DCS控制系統(tǒng)簡述

甲基化反應(yīng)有二氧化碳?xì)怏w產(chǎn)生，需嚴(yán)格控制反應(yīng)溫度及壓力，在甲基化反應(yīng)釜上安裝溫度監(jiān)控單元和壓力監(jiān)控單元,并與緊急泄壓和緊急冷卻系統(tǒng)進行聯(lián)鎖。在導(dǎo)熱油供油管上設(shè)置流量調(diào)節(jié),并與溫度聯(lián)鎖。當(dāng)反應(yīng)溫度過高時，開啟導(dǎo)熱油降溫；若溫度超過高高限,除開啟導(dǎo)熱油降溫外,還要緊急切斷電加熱器電源,并發(fā)出聲光報警。在泄壓管道上設(shè)置正常放空調(diào)節(jié)閥、緊急泄壓及遠程手動泄壓閥門。當(dāng)反應(yīng)壓力過高時,人工遠程開啟泄壓閥門泄壓,必須停止攪拌后方可進行，排出氣體降低釜內(nèi)壓力；若壓力超過高高限時,開啟緊急泄壓,排出氣體降壓,并發(fā)出聲光報警；若壓力繼續(xù)升高,安全閥起跳,釋放釜內(nèi)壓力,實現(xiàn)緊急停車。

在攪拌電機上設(shè)置電流監(jiān)控單元并與報警進行聯(lián)鎖，當(dāng)攪拌電機出現(xiàn)故障時,發(fā)出聲光報警。

在導(dǎo)熱油油泵出口處設(shè)置溫度和壓力遠傳單元,當(dāng)導(dǎo)熱油溫度過高或斷流時,發(fā)出聲光報警。

3 結(jié)語

采用HAZOP分析方法分析了甲基化工藝導(dǎo)致偏差的原因及偏差可能導(dǎo)致的不利后果，提出控制措施及采用DCS控制系統(tǒng)的參數(shù)，達到自動、遠程控制和安全聯(lián)鎖的目的。表明應(yīng)用HAZOP分析能充分識別危險，并在此基礎(chǔ)上提出控制措施，對預(yù)防和減少事故具有重要意義，HAZOP分析方法非常適用于化工生產(chǎn)裝置的危險性分析。

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