精細(xì)化工裝置HAZOP技術(shù)及工藝危害控制技術(shù)

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(chǎn)業(yè)是促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)快速、穩(wěn)定發(fā)展的支撐性產(chǎn)業(yè)，近些年該產(chǎn)業(yè)發(fā)展腳步加速，特別是新化合物類型與數(shù)目增多、結(jié)構(gòu)更替、工藝復(fù)雜性提升等，使其運(yùn)營過程更具高風(fēng)險(xiǎn)性。精細(xì)化學(xué)制造工藝繁雜、多變，危險(xiǎn)事故頻發(fā)、能耗高、污染嚴(yán)重對(duì)本行業(yè)發(fā)展形成了制約作用。HAZOP是20世紀(jì)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(shí)會(huì)羅列出引起偏差的成因、形成的后果及可采用的相關(guān)安保措施等，將該法用于分析模擬生產(chǎn)裝置多項(xiàng)工藝指標(biāo)可能出現(xiàn)的偏離問題時(shí)，和FMEA、FTA相比較，其更適用于辨別裝置工藝級(jí)操作全程的各種危害，查找風(fēng)險(xiǎn)因素并探究相應(yīng)的防控措施，最終維持與公共裝置安穩(wěn)運(yùn)行過程。

1 HAZOP技術(shù)概述

1.1 原理

HAZOP分析可以被看成是一個(gè)細(xì)致辨識(shí)危險(xiǎn)源與可操作性問題的過程，基本是依賴一個(gè)分析團(tuán)隊(duì)去落實(shí)具體是系統(tǒng)的使用多種引導(dǎo)性詞匯去辨識(shí)設(shè)計(jì)意圖存在的潛在性偏離，并將這些偏離設(shè)定為“觸發(fā)器”，鼓勵(lì)團(tuán)隊(duì)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(jìn)，可以吧系統(tǒng)細(xì)化成數(shù)個(gè)節(jié)點(diǎn)，對(duì)各節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)意圖作出確切定義、在HAZOP分析內(nèi)，“節(jié)點(diǎn)”為所選定的一個(gè)或數(shù)個(gè)設(shè)備作為目標(biāo)研究對(duì)象，可以小至一段管線，大到整個(gè)工藝流程。

1.2 分析流程

從宏觀層面上，可把HAZOP測評(píng)執(zhí)行過程細(xì)化為如下四個(gè)階段[1]：

階段I—啟動(dòng)：確定分析范疇與目標(biāo)，設(shè)定分析小組并確定組員及相應(yīng)職責(zé)。

階段II—準(zhǔn)備：擬定分析規(guī)劃，采集數(shù)據(jù)，協(xié)商記錄形式，制定工作日程計(jì)劃。

階段III—分析：將系統(tǒng)肢解為數(shù)個(gè)節(jié)點(diǎn)；選定某個(gè)節(jié)點(diǎn)并設(shè)定設(shè)計(jì)意圖；采用引導(dǎo)詞辨識(shí)各要物的偏離情況，探析偏離成因，預(yù)測可能出現(xiàn)的后富哦；辨識(shí)維護(hù)、檢測方法；作出可采用的補(bǔ)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(bào)告，追蹤建議方法的執(zhí)行實(shí)況，特殊情況下對(duì)系統(tǒng)的部分節(jié)點(diǎn)進(jìn)行再分析，形成最后的輸出報(bào)告。

2 HAZOP技術(shù)在精細(xì)化工裝置中的應(yīng)用

2.1 分析加工數(shù)個(gè)相似不同產(chǎn)品裝置

精細(xì)化工裝置生產(chǎn)制造流程較為漫長，依照工藝流程；歷時(shí)長短于同一套裝置上能制造出數(shù)個(gè)相似度高的產(chǎn)品或者中間品，不同產(chǎn)品的制造工藝流程盡管長短有別，但在單元反應(yīng)種類、操作方法上維持統(tǒng)一性、材料理化性質(zhì)、危險(xiǎn)源屬性以及安全性質(zhì)3方面存在較高相似度。采用HAZOP技術(shù)分析時(shí)可選用各生產(chǎn)流程最長的產(chǎn)品作為目標(biāo)對(duì)象，其囊括了整個(gè)生產(chǎn)裝置，為精確辨識(shí)其安全風(fēng)險(xiǎn)因素創(chuàng)造了便利條件[2]。

2.2 分析數(shù)個(gè)等同工藝單元構(gòu)成的裝置

縱觀精細(xì)化工裝置的運(yùn)作情況，不難發(fā)現(xiàn)數(shù)套等同的生產(chǎn)裝置通過并聯(lián)方式構(gòu)成了局部生產(chǎn)工藝，這些裝置采用的設(shè)備、管道(件)、控制儀表及工藝操作參數(shù)及操作規(guī)程均別無二致，運(yùn)作階段投用類型相同的原材料、中間產(chǎn)物及成品。這就預(yù)示著HAZOP分析階段可選用其內(nèi)任何一套作為代表進(jìn)行測評(píng)，落實(shí)辨識(shí)化工裝置工藝風(fēng)險(xiǎn)的任務(wù)。

2.3 科學(xué)辨識(shí)節(jié)點(diǎn)

基于精細(xì)化理念運(yùn)行的很多化工裝置操作以間歇式過程為主，在節(jié)點(diǎn)劃分實(shí)踐中應(yīng)確立各單元內(nèi)操控主體設(shè)備的主導(dǎo)作用，節(jié)點(diǎn)中的分析對(duì)象有主體即附屬設(shè)備、管道(件)及控制儀表。

2.4 確定偏差

HAZOP技術(shù)分析階段，利用引導(dǎo)詞結(jié)合參數(shù)設(shè)定研究對(duì)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(shù)應(yīng)用階段常用的引導(dǎo)詞，對(duì)應(yīng)的偏差類別分別是“否定”“數(shù)量、程度的變化”“替換”“性質(zhì)的改變”[3]。

在化工生產(chǎn)實(shí)踐中結(jié)合其特性設(shè)定的主要工藝參數(shù)(要素)有壓力、溫度、液位、酸堿度、真空度、流動(dòng)速度及操作等。在使用部分引導(dǎo)詞去設(shè)定化工裝置工藝狀態(tài)以及參數(shù)可能出現(xiàn)的偏差之外，還需分析現(xiàn)實(shí)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(xì)化工裝置的HAZOP技術(shù)分析時(shí)間，分析歷程中綜合主客觀多種因素后，設(shè)定了研究對(duì)象—偏差對(duì)應(yīng)表，其內(nèi)囊括但不整體是所羅列出的偏差。HAZOP分析團(tuán)隊(duì)成員結(jié)合化工生產(chǎn)項(xiàng)目實(shí)際狀況，集體進(jìn)行“頭腦風(fēng)暴”專研探究，將引導(dǎo)詞作為導(dǎo)向，最后確定了對(duì)項(xiàng)目安全運(yùn)行有現(xiàn)實(shí)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(shù)的高風(fēng)險(xiǎn)性、設(shè)計(jì)偏差、設(shè)備運(yùn)行時(shí)突發(fā)故障、安全設(shè)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(shè)計(jì)偏差的主要因素。以最認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度正事引起偏差問題的現(xiàn)實(shí)原因，并將其設(shè)定為檢測驗(yàn)證已有安全防護(hù)措施實(shí)用性的重要憑據(jù)。

某精細(xì)化工合成反應(yīng)裝置主要用于生產(chǎn)香精，酮化合物的酰化為該裝置生產(chǎn)的首個(gè)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(chǎn)品內(nèi)雜質(zhì)、提升純凈度，最后獲得質(zhì)量達(dá)標(biāo)的固態(tài)產(chǎn)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(shí)間要求，于單體設(shè)備內(nèi)完成相應(yīng)操作后再轉(zhuǎn)入下道工序內(nèi)，后期工序中通過投用水相/油相分層實(shí)現(xiàn)對(duì)觸媒的分離、提取，而后基于脫溶工序回收到溶劑再進(jìn)行套用，生產(chǎn)全程會(huì)應(yīng)用多類物料，其中是重點(diǎn)監(jiān)管危險(xiǎn)化學(xué)品范疇的物料占比很高。HAZOP技術(shù)分析時(shí)將本裝置的裝置酰化單元作為節(jié)點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)其偏差類型及成因主要有如下五種[4]：

(1)高壓：酰化反應(yīng)單位時(shí)間生成過量氣體，冷凝器不能及時(shí)將其處理掉；

(2)高溫：酰化反應(yīng)快速進(jìn)行，單位時(shí)間內(nèi)放熱量大，酰化釜夾套處低溫水量稀少或出現(xiàn)斷流情況；

(3)低溫：物料滴入速率偏低，酰化反應(yīng)遲緩，單位時(shí)間內(nèi)熱量釋放得少，酰化釜夾套低溫水通量較大，未能及時(shí)調(diào)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(dǎo)致轉(zhuǎn)速降低或停運(yùn)，工人應(yīng)操作不規(guī)范二沒有及時(shí)啟用攪拌槳；

(5)維修風(fēng)險(xiǎn)：在正式檢修前，沒有嚴(yán)格依照相關(guān)規(guī)范對(duì)酰化釜進(jìn)行排凝與通風(fēng)處理。

2.6 由偏差問題導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)

若某精細(xì)化工裝置存在設(shè)計(jì)偏差，那么其運(yùn)行階段很可能突發(fā)爆炸或火災(zāi)事故，對(duì)現(xiàn)場生產(chǎn)工人生命安全構(gòu)成威脅，使企業(yè)承受巨大的經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失；若出現(xiàn)物料泄漏情況，則會(huì)污染環(huán)境，折損企業(yè)的社會(huì)形象；還可能損傷設(shè)備裝置性能及引起停車事故，降低化工產(chǎn)品質(zhì)量及增加報(bào)廢率，物料耗用量明顯增多，生產(chǎn)費(fèi)用以及時(shí)間成本均增長等[5]。化工企業(yè)上至高層領(lǐng)導(dǎo)，下至基層員工，均要從思想上認(rèn)識(shí)到偏差引起的惡劣后果，和安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)矩陣、可接受風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)級(jí)現(xiàn)行安全保障措施進(jìn)行測評(píng)對(duì)比，掌握化工裝置風(fēng)險(xiǎn)對(duì)應(yīng)級(jí)別，并將其作為是否提出建議措施及措施實(shí)施優(yōu)先次序設(shè)定的憑據(jù)。

3 工藝危害控制技術(shù)

近些年，計(jì)算機(jī)技術(shù)持續(xù)發(fā)展進(jìn)步，為進(jìn)一步提升精細(xì)化工生產(chǎn)安全水平，檢測化工產(chǎn)品生產(chǎn)全過程，早期察覺到工藝危害因素并及時(shí)排出，將生產(chǎn)事故發(fā)生概率降至最低，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程控制的精準(zhǔn)化。為達(dá)成如上目標(biāo)，研發(fā)并增設(shè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)是當(dāng)下國內(nèi)化工領(lǐng)域有效控制工藝危害的主要技術(shù)手段[6]。

針對(duì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)，等同于采用部分智能控制裝備自動(dòng)調(diào)控化工生產(chǎn)實(shí)踐中的一些重要參數(shù)，這樣其在遭受客觀因素干擾二出現(xiàn)偏離常態(tài)時(shí)，能夠及時(shí)、自動(dòng)調(diào)整并返回到工藝設(shè)定的的數(shù)值區(qū)間內(nèi)。當(dāng)下該系統(tǒng)在國內(nèi)精細(xì)化工產(chǎn)業(yè)中已經(jīng)有較廣泛應(yīng)用，從功能層面上可以將其細(xì)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(chǎn)品的生產(chǎn)過程為主，也能實(shí)現(xiàn)局部安全聯(lián)鎖維護(hù)。

(2)過程安保系統(tǒng)：ESD、SIS是典型代表。若化工裝置生產(chǎn)階段突發(fā)異常狀況，其能及時(shí)作出有效干預(yù)，降低事故發(fā)生的概率，使生產(chǎn)活動(dòng)安全推進(jìn)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(jí)別更高。

最近幾年中，國家相關(guān)部門給予精細(xì)化工裝置生產(chǎn)工藝安全控制情況較高重視，下發(fā)的很多文件內(nèi)都規(guī)定要為化工裝置配備自動(dòng)化控制系統(tǒng)，針對(duì)工藝流程繁雜、危險(xiǎn)性高、可能誘發(fā)嚴(yán)重危害后果的化工設(shè)備裝置，還需要增設(shè)SIS、ESD等。自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及現(xiàn)實(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)階段，應(yīng)給予如下五點(diǎn)問題一定重視[7]：

(1)針對(duì)新建成的生產(chǎn)裝置，若其基于危險(xiǎn)化工工藝運(yùn)行，則要由具備甲級(jí)資質(zhì)化化工設(shè)計(jì)單位承擔(dān)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)。

(2)明確系統(tǒng)運(yùn)行過程對(duì)安全提出的具體要求、主要設(shè)計(jì)意圖及憑據(jù)。結(jié)合工藝運(yùn)行特征級(jí)工藝危害性分析及結(jié)合，設(shè)定重點(diǎn)監(jiān)測、控制的工藝參數(shù)與控制回路。基于容錯(cuò)與冗余理念設(shè)計(jì)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(dú)立的運(yùn)行狀態(tài)。

(4)嚴(yán)格測評(píng)工藝實(shí)施階段所需安全儀表的功能，結(jié)合評(píng)估結(jié)果選用對(duì)應(yīng)級(jí)別的儀表、元器件等。

(5)加強(qiáng)對(duì)過程的預(yù)警、管理，企業(yè)內(nèi)部預(yù)警管理制度并嚴(yán)格實(shí)施。

4 結(jié)語

為確保精細(xì)化工生產(chǎn)工序安全、穩(wěn)定、高效率推進(jìn)，加大對(duì)工藝實(shí)施階段危害因素的辨識(shí)、測評(píng)和管控具有很大現(xiàn)實(shí)意義。利用 HAZOP技術(shù)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(jié)合分析結(jié)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(shè)水平，為化工產(chǎn)品生產(chǎn)作業(yè)安穩(wěn)推進(jìn)提供更強(qiáng)大的支撐。