精細化工裝置HAZOP技術及工藝危害控制技術

陳小峰(麗水市安建檢測科技有限公司，浙江 麗水 323000)

0 引言

化工產業(yè)是促進國民經濟快速、穩(wěn)定發(fā)展的支撐性產業(yè)，近些年該產業(yè)發(fā)展腳步加速，特別是新化合物類型與數目增多、結構更替、工藝復雜性提升等，使其運營過程更具高風險性。精細化學制造工藝繁雜、多變，危險事故頻發(fā)、能耗高、污染嚴重對本行業(yè)發(fā)展形成了制約作用。HAZOP是20世紀60年代發(fā)展起來的一套分析“偏差”的危害分析法，具體分析時會羅列出引起偏差的成因、形成的后果及可采用的相關安保措施等，將該法用于分析模擬生產裝置多項工藝指標可能出現的偏離問題時，和FMEA、FTA相比較，其更適用于辨別裝置工藝級操作全程的各種危害，查找風險因素并探究相應的防控措施，最終維持與公共裝置安穩(wěn)運行過程。

1 HAZOP技術概述

1.1 原理

HAZOP分析可以被看成是一個細致辨識危險源與可操作性問題的過程，基本是依賴一個分析團隊去落實具體是系統(tǒng)的使用多種引導性詞匯去辨識設計意圖存在的潛在性偏離，并將這些偏離設定為“觸發(fā)器”，鼓勵團隊成員去思索偏離問題的成因以及可能引起的不良后果。

為使分析過程更便利的推進，可以吧系統(tǒng)細化成數個節(jié)點，對各節(jié)點的設計意圖作出確切定義、在HAZOP分析內，“節(jié)點”為所選定的一個或數個設備作為目標研究對象，可以小至一段管線，大到整個工藝流程。

1.2 分析流程

從宏觀層面上，可把HAZOP測評執(zhí)行過程細化為如下四個階段[1]：

階段I—啟動：確定分析范疇與目標，設定分析小組并確定組員及相應職責。

階段II—準備：擬定分析規(guī)劃，采集數據，協(xié)商記錄形式，制定工作日程計劃。

階段III—分析：將系統(tǒng)肢解為數個節(jié)點；選定某個節(jié)點并設定設計意圖；采用引導詞辨識各要物的偏離情況，探析偏離成因，預測可能出現的后富哦；辨識維護、檢測方法；作出可采用的補救/緩解方法等。

階段IV—文檔與追蹤：錄入具體分析狀況，簽訂分析文檔，書寫分析報告，追蹤建議方法的執(zhí)行實況，特殊情況下對系統(tǒng)的部分節(jié)點進行再分析，形成最后的輸出報告。

2 HAZOP技術在精細化工裝置中的應用

2.1 分析加工數個相似不同產品裝置

精細化工裝置生產制造流程較為漫長，依照工藝流程；歷時長短于同一套裝置上能制造出數個相似度高的產品或者中間品，不同產品的制造工藝流程盡管長短有別，但在單元反應種類、操作方法上維持統(tǒng)一性、材料理化性質、危險源屬性以及安全性質3方面存在較高相似度。采用HAZOP技術分析時可選用各生產流程最長的產品作為目標對象，其囊括了整個生產裝置，為精確辨識其安全風險因素創(chuàng)造了便利條件[2]。

2.2 分析數個等同工藝單元構成的裝置

縱觀精細化工裝置的運作情況，不難發(fā)現數套等同的生產裝置通過并聯方式構成了局部生產工藝，這些裝置采用的設備、管道(件)、控制儀表及工藝操作參數及操作規(guī)程均別無二致，運作階段投用類型相同的原材料、中間產物及成品。這就預示著HAZOP分析階段可選用其內任何一套作為代表進行測評，落實辨識化工裝置工藝風險的任務。

2.3 科學辨識節(jié)點

基于精細化理念運行的很多化工裝置操作以間歇式過程為主，在節(jié)點劃分實踐中應確立各單元內操控主體設備的主導作用，節(jié)點中的分析對象有主體即附屬設備、管道(件)及控制儀表。

2.4 確定偏差

HAZOP技術分析階段，利用引導詞結合參數設定研究對象的偏差，“無”“更少、低于”“更多、更高”“反向/逆向”“部分”等均是HAZOP技術應用階段常用的引導詞，對應的偏差類別分別是“否定”“數量、程度的變化”“替換”“性質的改變”[3]。

在化工生產實踐中結合其特性設定的主要工藝參數(要素)有壓力、溫度、液位、酸堿度、真空度、流動速度及操作等。在使用部分引導詞去設定化工裝置工藝狀態(tài)以及參數可能出現的偏差之外，還需分析現實操作次序等因素可能滋生出的偏差問題(操作反常)。筆者近些年參與了一些精細化工裝置的HAZOP技術分析時間，分析歷程中綜合主客觀多種因素后，設定了研究對象—偏差對應表，其內囊括但不整體是所羅列出的偏差。HAZOP分析團隊成員結合化工生產項目實際狀況，集體進行“頭腦風暴”專研探究，將引導詞作為導向，最后確定了對項目安全運行有現實意義的偏差。

2.5 解讀偏差的形成原因

化工裝置自身持有的特性決定了物料與工藝技術的高風險性、設計偏差、設備運行時突發(fā)故障、安全設施效能喪失、裝備銹蝕、工人操作行為不規(guī)范以及上到工序的作用等均是引起設計偏差的主要因素。以最認真嚴謹的態(tài)度正事引起偏差問題的現實原因，并將其設定為檢測驗證已有安全防護措施實用性的重要憑據。

某精細化工合成反應裝置主要用于生產香精，酮化合物的?；癁樵撗b置生產的首個步驟，后期還牽連著堿解、水洗、脫溶、離心以及烘干等諸多工序，其宗旨是去除產品內雜質、提升純凈度，最后獲得質量達標的固態(tài)產品與回收溶劑。以上操作均是基于間歇式批次操作完成的，各單元依照不同時間要求，于單體設備內完成相應操作后再轉入下道工序內，后期工序中通過投用水相/油相分層實現對觸媒的分離、提取，而后基于脫溶工序回收到溶劑再進行套用，生產全程會應用多類物料，其中是重點監(jiān)管危險化學品范疇的物料占比很高。HAZOP技術分析時將本裝置的裝置酰化單元作為節(jié)點，發(fā)現其偏差類型及成因主要有如下五種[4]：

(1)高壓：酰化反應單位時間生成過量氣體，冷凝器不能及時將其處理掉；

(2)高溫：酰化反應快速進行，單位時間內放熱量大，?；獖A套處低溫水量稀少或出現斷流情況；

(3)低溫：物料滴入速率偏低，酰化反應遲緩，單位時間內熱量釋放得少，?；獖A套低溫水通量較大，未能及時調換熱水保溫模式或熱水流量不足；

(4)低攪拌：攪拌槳突發(fā)故障導致轉速降低或停運，工人應操作不規(guī)范二沒有及時啟用攪拌槳；

(5)維修風險：在正式檢修前，沒有嚴格依照相關規(guī)范對酰化釜進行排凝與通風處理。

2.6 由偏差問題導致的風險

若某精細化工裝置存在設計偏差，那么其運行階段很可能突發(fā)爆炸或火災事故，對現場生產工人生命安全構成威脅，使企業(yè)承受巨大的經濟財產損失；若出現物料泄漏情況，則會污染環(huán)境，折損企業(yè)的社會形象；還可能損傷設備裝置性能及引起停車事故，降低化工產品質量及增加報廢率，物料耗用量明顯增多，生產費用以及時間成本均增長等[5]?；て髽I(yè)上至高層領導，下至基層員工，均要從思想上認識到偏差引起的惡劣后果，和安全生產風險矩陣、可接受風險標準級現行安全保障措施進行測評對比，掌握化工裝置風險對應級別，并將其作為是否提出建議措施及措施實施優(yōu)先次序設定的憑據。

3 工藝危害控制技術

近些年，計算機技術持續(xù)發(fā)展進步，為進一步提升精細化工生產安全水平，檢測化工產品生產全過程，早期察覺到工藝危害因素并及時排出，將生產事故發(fā)生概率降至最低，實現生產過程控制的精準化。為達成如上目標，研發(fā)并增設自動化控制系統(tǒng)是當下國內化工領域有效控制工藝危害的主要技術手段[6]。

針對自動化控制系統(tǒng)，等同于采用部分智能控制裝備自動調控化工生產實踐中的一些重要參數，這樣其在遭受客觀因素干擾二出現偏離常態(tài)時，能夠及時、自動調整并返回到工藝設定的的數值區(qū)間內。當下該系統(tǒng)在國內精細化工產業(yè)中已經有較廣泛應用，從功能層面上可以將其細化為如下兩種類型：

(1)過程控制系統(tǒng)：比如DCS、PLC、SCADA等，功能以測量、控制化工產品的生產過程為主，也能實現局部安全聯鎖維護。

(2)過程安保系統(tǒng)：ESD、SIS是典型代表。若化工裝置生產階段突發(fā)異常狀況，其能及時作出有效干預，降低事故發(fā)生的概率，使生產活動安全推進得到一定保障。和過程控制系統(tǒng)相比較，過程安保系統(tǒng)的安全級別更高。

最近幾年中，國家相關部門給予精細化工裝置生產工藝安全控制情況較高重視，下發(fā)的很多文件內都規(guī)定要為化工裝置配備自動化控制系統(tǒng)，針對工藝流程繁雜、危險性高、可能誘發(fā)嚴重危害后果的化工設備裝置，還需要增設SIS、ESD等。自動化控制系統(tǒng)設計及現實運轉階段，應給予如下五點問題一定重視[7]：

(1)針對新建成的生產裝置，若其基于危險化工工藝運行，則要由具備甲級資質化化工設計單位承擔系統(tǒng)的設計任務。

(2)明確系統(tǒng)運行過程對安全提出的具體要求、主要設計意圖及憑據。結合工藝運行特征級工藝危害性分析及結合，設定重點監(jiān)測、控制的工藝參數與控制回路?；谌蒎e與冗余理念設計系統(tǒng)。

(3)SIS、ESD等系統(tǒng)要和DCS、PIS等過程式控制系統(tǒng)維持相互獨立的運行狀態(tài)。

(4)嚴格測評工藝實施階段所需安全儀表的功能，結合評估結果選用對應級別的儀表、元器件等。

(5)加強對過程的預警、管理，企業(yè)內部預警管理制度并嚴格實施。

4 結語

為確保精細化工生產工序安全、穩(wěn)定、高效率推進，加大對工藝實施階段危害因素的辨識、測評和管控具有很大現實意義。利用 HAZOP技術分析工藝流程及操作執(zhí)行階段形成的偏差，剖析偏差原因，結合分析結果采用行之有效的工藝管控措施，提升化工裝置智能化建設水平，為化工產品生產作業(yè)安穩(wěn)推進提供更強大的支撐。