HAZOP分析在聚酯裝置設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

梅兵波

(中國(guó)昆侖工程公司，北京100037)

隨著聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)裝置單線生產(chǎn)能力日趨增大，近年來越來越多的企業(yè)投入到PET行業(yè)。但隨著PET生產(chǎn)能力急劇增加的同時(shí)，生產(chǎn)線的控制設(shè)計(jì)日趨復(fù)雜，存在潛在的事故隱患，企業(yè)對(duì)生產(chǎn)裝置的運(yùn)行安全性和對(duì)人的安全保護(hù)要求越來越高。作者以PET工藝流程為例，采用危險(xiǎn)及可操作性(HAZOP)分析方法對(duì)設(shè)計(jì)過程中的潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，并提出了相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)控制方案。

1 HAZOP分析方法概述

HAZOP分析方法是對(duì)工藝裝置的安全性及可操作性進(jìn)行系統(tǒng)分析的一種方法。該技術(shù)作為健康、安全和環(huán)境管理系統(tǒng)的重要組成部分，廣泛運(yùn)用于國(guó)內(nèi)外的石油化工工程設(shè)計(jì)過程。

HAZOP分析方法是實(shí)現(xiàn)PET生產(chǎn)裝置的本質(zhì)安全設(shè)計(jì)的重要方法之一。PET生產(chǎn)裝置的本質(zhì)安全設(shè)計(jì)是致力于使生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)中各專業(yè)設(shè)計(jì)人員、工藝、系統(tǒng)、動(dòng)靜設(shè)備、配管、結(jié)構(gòu)、建筑、自控、電氣、水道電信暖通輔助設(shè)施等因素的安全性和可靠性的完全結(jié)合［1］，控制好各種潛在的不安全因素，使其發(fā)生概率控制在可以接受的范圍內(nèi)，從而達(dá)到生產(chǎn)裝置的長(zhǎng)期本質(zhì)安全，使裝置能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

HAZOP分析方法是利用假定的各種變動(dòng)對(duì)系統(tǒng)操作和工藝過程進(jìn)行檢查，從而尋找出這些變動(dòng)造成裝置的危害程度，并進(jìn)一步制定安全措施避免這些危險(xiǎn)變動(dòng)的發(fā)生，從而保證裝置的長(zhǎng)期安全平穩(wěn)運(yùn)行。該過程主要分為兩步，即劃分節(jié)點(diǎn)及分析節(jié)點(diǎn)變動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響。

1.1 節(jié)點(diǎn)劃分

節(jié)點(diǎn)是指工藝或操作中的特殊點(diǎn)，是由HAZOP分析小組按一定的單元操作原則將工藝過程分為若干個(gè)節(jié)點(diǎn)。常見的節(jié)點(diǎn)類型如管線、容器、反應(yīng)器、換熱器、泵、壓縮機(jī)等。

1.2 節(jié)點(diǎn)變動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響分析

針對(duì)劃分的每一節(jié)點(diǎn)，依據(jù)專業(yè)經(jīng)驗(yàn)，分析裝置各階段如試運(yùn)行、生產(chǎn)、開停車等階段時(shí)某些工藝參數(shù)偏離正常的設(shè)計(jì)值后而產(chǎn)生的后果。一般通過引導(dǎo)詞法來定義這種偏差，采用引導(dǎo)詞及工藝參數(shù)的方式［2］。引導(dǎo)詞的作用是幫助和引導(dǎo)各專業(yè)人員分析各種危險(xiǎn)因素和導(dǎo)致其發(fā)生的原因，常用的引導(dǎo)詞見表1。

表1 常用的引導(dǎo)詞及其意義Tab.1 Common guide words and meaning

工藝參數(shù)選取操作中有可能發(fā)生變動(dòng)的各種工藝參數(shù)，主要包括:液位、流量、溫度、壓力、物料組成、物料相態(tài)、時(shí)間、焓值、速度、黏度等?？筛鶕?jù)本裝置的工藝特點(diǎn)選取有代表性或可產(chǎn)生重大危害的參數(shù)進(jìn)行分析。

常見的HAZOP分析過程見圖1。

圖1 HAZOP分析步驟示意Fig.1 Schematic of HAZOP analysis procedures

2 HAZOP分析方法在PET裝置中的應(yīng)用

2.1 PET裝置工藝簡(jiǎn)介

PET生產(chǎn)主要由酯化和縮聚兩部分組成:酯化是以對(duì)苯二甲酸和乙二醇為原料，在一定的壓力和溫度條件下，生成對(duì)苯二甲酸雙羥乙酯和水;縮聚是對(duì)苯二甲酸雙羥乙酯的端羥基間進(jìn)行縮聚反應(yīng)，該過程是可逆平衡反應(yīng)，只有把反應(yīng)生成的小分子脫除掉，反應(yīng)才能向提高聚合度方向進(jìn)行，因此該過程需在高溫高真空條件下進(jìn)行。溫度是決定縮聚反應(yīng)速率的關(guān)鍵參數(shù)，提高溫度則大大加快過程速率，但溫度過高會(huì)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量(如色相)產(chǎn)生不利影響。壓力是決定縮聚反應(yīng)平衡物料特性黏數(shù)的關(guān)鍵參數(shù)之一，決定了反應(yīng)的過程推力的大小。通常設(shè)計(jì)的終縮聚反應(yīng)溫度為282℃，壓力為100 Pa。

2.2 HAZOP分析方法的目標(biāo)及范圍

依據(jù)HAZOP分析方法，對(duì)PET主裝置終縮聚工藝流程進(jìn)行HAZOP分析。根據(jù)PET裝置終縮聚反應(yīng)系統(tǒng)的工藝流程特點(diǎn)，找出各種可能影響裝置安全的潛在危險(xiǎn)因素，同時(shí)分析該因素發(fā)生時(shí)可能產(chǎn)生的重大危害，找出PET裝置危險(xiǎn)區(qū)域，從而為從事裝置設(shè)計(jì)時(shí)各專業(yè)安全設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

結(jié)合PET裝置自身的工藝流程的特點(diǎn)和HAZOP分析的步驟，各專業(yè)人員將系統(tǒng)分成多個(gè)分析節(jié)點(diǎn)，同時(shí)工藝人員提供各節(jié)點(diǎn)的正常生產(chǎn)時(shí)的參數(shù)，并找出有代表性或危害性較大的工藝參數(shù)，以表格形式記錄下來。然后由分析組各專業(yè)人員對(duì)每個(gè)分析節(jié)點(diǎn)，分析工藝參數(shù)偏離設(shè)計(jì)規(guī)定的基準(zhǔn)狀態(tài)，會(huì)發(fā)生哪些危害，分析產(chǎn)生這些危害的原因，并提出相應(yīng)的危險(xiǎn)控制措施，從而將危險(xiǎn)發(fā)生概率降低在可以接受的范圍內(nèi)。

以終縮聚反應(yīng)系統(tǒng)為一節(jié)點(diǎn)進(jìn)行HAZOP分析說明，其流程如圖2所示。

圖2 終縮聚反應(yīng)器系統(tǒng)流程示意Fig.2 Flow chart of final polycondensation reactor system

2.3 HAZOP分析結(jié)果

根據(jù)終縮聚反應(yīng)器系統(tǒng)的操作特點(diǎn)，依據(jù)HAZOP分析方法，以終縮聚系統(tǒng)為一節(jié)點(diǎn)，由工藝、設(shè)備、電儀等各專業(yè)人士組成分析小組，對(duì)溫度、壓力、液位、密封等工藝參數(shù)發(fā)生變動(dòng)時(shí)對(duì)系統(tǒng)的影響進(jìn)行分析，分析結(jié)果如表2所示。由于終縮聚反應(yīng)器是PET裝置的最重要的反應(yīng)器之一，操作條件是高溫、高真空，參與反應(yīng)的介質(zhì)有高溫乙二醇、乙醛屬于危險(xiǎn)品。此外，系統(tǒng)中還有一些低聚物，空氣一旦泄漏進(jìn)反應(yīng)器系統(tǒng)，達(dá)到一定的含量會(huì)有發(fā)生爆炸的可能，將造成反應(yīng)器及裝置的嚴(yán)重傷害。對(duì)于此類影響裝置的安全運(yùn)行及產(chǎn)品質(zhì)量等方面的問題，運(yùn)用HAZOP技術(shù)進(jìn)行工藝過程危險(xiǎn)性分析，對(duì)工藝管線、閥門設(shè)置、設(shè)備的材質(zhì)選擇、儀表聯(lián)鎖、儀表設(shè)置等內(nèi)容進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)設(shè)計(jì)。在裝置的操作上，要定期檢查。對(duì)裝置試壓、試漏、真空檢查等各項(xiàng)開車前操作，要嚴(yán)格按照操作規(guī)程操作。對(duì)于中控室，要時(shí)刻監(jiān)控，及時(shí)調(diào)整各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，確保裝置的平穩(wěn)運(yùn)行。對(duì)于可能出現(xiàn)的特別嚴(yán)重后果的特殊工段，要制定應(yīng)急預(yù)案。

表2 PET裝置終縮聚反應(yīng)器系統(tǒng)HAZOP分析結(jié)果Tab.2 HAZOP analysis result of final polycondensation reactor system of PET p lant

3 結(jié)論

a.HAZOP分析方法是一個(gè)系統(tǒng)詳細(xì)的安全分析方法，通過對(duì)聚酯裝置設(shè)計(jì)中各節(jié)點(diǎn)分析，可以預(yù)防事故的發(fā)生、控制和減少事故損失、保障整個(gè)生產(chǎn)安全。

b.通過HAZOP分析在裝置試車、運(yùn)行及開停車等過程中，可以識(shí)別出設(shè)計(jì)中潛在的缺陷和失誤，及時(shí)修改，提高PET裝置的本質(zhì)安全性，確保PET裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

［1］ 王磊.PTA生產(chǎn)工藝風(fēng)險(xiǎn)分析及控制［J］.聚酯工業(yè)，2012，25(1):7－10.

［2］ 張宇航，李利軍.危險(xiǎn)及可操作分析技術(shù)在PET裝置設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［J］.聚酯工業(yè)，2010，23(6):18－21.