HAZOP分析在吩噻嗪生產裝置中的應用

張苛(湖北景深安全技術有限公司，湖北 宜昌 443000)

0 引言

吩噻嗪又稱硫化二苯胺，是一種重要的精細化工中間體，也是目前國際、國內緊缺的精細化工產品。吩噻嗪主要作為烯基單體的優良阻聚劑應用于丙烯酸、丙烯酸酯、醋酸乙烯酯、甲基丙烯酸酯及酯類單體的生產中。文章主要介紹了HAZOP分析在吩噻嗪生產裝置設計階段的應用。

1 分析方法介紹

危險與可操作性分析(Hazard and Operability Studies, HAZOP)，是通過全面、系統地分析工藝過程和操作規程，以確定和評估由于偏離設計目的、錯誤操作或錯誤執行所引起的潛在危險和后果，識別出那些具有潛在危險的偏差，并提出改進措施和建議，以提高工藝過程的安全性和可操作性。作為一種系統的、結構化的危險分析工具，HAZOP分析技術可以在項目生命周期的任何階段應用，最適用于在裝置詳細設計階段后期對生產工藝、操作設施進行檢查或者在在役裝置做出變更時進行分析[1]。

2 風險準則

本次分析按照AQT 3049—2013《危險與可操作性分析(HAZOP分析)應用導則》和TCCSAS 001—2018《危險與可操作性分析質量控制和審查導則》(TCCSAS001-2018)進行，使用的風險矩陣借鑒被普遍接受的5×7矩陣，利用事故的后果嚴重性等級和事故發生概率等級在風險矩陣圖中預測事故的風險等級。事故風險等級分為低風險L、中風險M、高風險H、很高風險E四個等級[2]。

3 HAZOP分析方法在吩噻嗪裝置的應用

3.1 工藝流程

3.1.1 反應原理

以二苯胺和硫磺為原料，以碘作催化劑合成吩噻嗪，合成反應生成的硫化氫尾氣通過氫氧化鈉進行吸收。具體反應原理如下：

3.1.2 工藝流程簡述

吩噻嗪的生產工藝過程主要包括合成工序、轉料工序、蒸餾工序和尾氣吸收工序，本次分析僅對合成工序進行分析，工藝流程如下：向合成釜中投入二苯胺、硫磺，同時向吸收釜泵入液堿至相應的液位。合成釜投料完成后升溫至物料溶解，啟動攪拌，然后通過投料口向釜內加入碘，關閉加料閥繼續升溫反應。當反應物料升溫至一定溫度后，繼續保溫反應一段時間至硫化氫完全停止產生。

3.2 準備工作

收集整理吩噻嗪裝置設計階段所有與HAZOP分析相關的資料，并對資料進行了前期分析，確定分析范圍和分析人員。

合成工序功能明確，設備主要為二苯胺計量罐、合成釜、硫磺接收罐，相對單一，將該工序作為一個節點進行分析。

3.3 半定量HAZOP分析過程

分析小組全面分析了合成工序工藝系統可能產生的所有偏差、偏差產生的原因、可能導致的后果及已采取的措施，同時通過半定量分析對現有措施是否足夠進行了評價，并在此基礎提出了補充建議和措施，針對設計上存在的缺陷提出了相應的建議。

針對合成工序重點分析了比例、液位、溫度、壓力、特殊操作、機械完整性6個工藝參數，將引導詞和工藝參數進行組合，共針對20個偏差進行了分析。針對可能造成嚴重后果的偏差分析列舉如表1所示。

表1 半定量HAZOP分析記錄表格

3.4 建議及措施

通過分析，發現了裝置工藝設計、設備、造作等方面存在的問題，并給出了以下建議措施：

(1) 二苯胺計量罐液位過高。原因進料量過大，建議二苯胺儲罐新增放空管、建議新增溢流管。

(2) 合成釜液位過高。原因二苯胺/硫磺加入量過多，建議取消合成釜和硫磺接收罐防爆膜/安全閥至二級吸收釜的閥門或者打上鉛封保證閥門為開的狀態。

(3)合成釜溫度過低。原因供熱量過小，建議加大蘇打人員戴好防毒面具。

(4)合成釜壓力過高。原因至硫磺接收罐氣相管線堵塞/氣相閥門關閉或后系統堵塞或水力噴射泵抽力不足，建議取消至硫磺接收罐閥門或在真空緩沖罐上增設1塊遠傳壓力表，帶高報警；將旁路的手動閥改為調節閥，聯鎖調節。

(5)合成釜壓力過低。原因氮氣壓力過低或壓力低報故障，建議氮氣置換后，用干燥空氣置換系統或在氮氣管線安裝壓力表，帶低報警和氮氣管線進合成釜前安裝止回閥。

(6)硫磺接受罐壓力過高。原因后工序真空泵抽力不足，建議將安全閥改為防爆膜，以防結晶卡住安全閥。

(7)緩沖罐真空度過低。原因噴射泵抽力不足或停電，建議前工序設有防爆膜和安全閥和泵失電變三級吸收為鼓泡吸收。

為了量化HAZOP分析的結果，分析小組利用LOPA方法對上述HAZOP分析結果及采取改進措施后的風險程度進行了半定量分析，得出了建議措施采納前和建議措施采納后每項偏差所導致危險結果的風險等級。經過半定量分析，采納HAZOP分析的建議措施后，高風險個數降為0，中風險個數有33減少為32，低風險個數由5增加為7。可見，通過采納HAZOP分析提出的建議措施，可顯著提高吩噻嗪裝置的本質安全程度[3]。

3.5 分析結果與討論

本次分析提出由業主單位答復和落實的建議措施7條，發現少數H和E級安全風險，但在目前的措施下已削減至中風險及以下風險，所有建議業主均予以采納。

4 結語

該裝置主要設計缺陷體現在以下三個方面：

(1)由于對工藝認識不足，原設計沒有對反應釜的壓力偏離引起足夠重視，導致安全設施的缺失；

(2)由于對物料流向、物料性質認識不足，原工藝部分閥門設計、安全設施的選擇不能滿足安全泄放要求；

(3)由于對法律、法規、標準規范認識不深，原工藝設計不能完全滿足國家法律法規中對重點監管的危險化學品的安全措施要求。

通過對吩噻嗪裝置的半定量HAZOP分析，驗證了HAZOP分析方法是設計階段的有效安全評價方法。同時，在HAZOP分析階段引入LOPA分析，避免了HAZOP分析和LOPA分析過程分開討論時需要重新梳理事故場景，提高了分析團隊的分析效率和質量。

分析小組提出了進一步提高系統安全水平及可操作性的建議措施，完善了設計上的安全性，得到了業主的認可。HAZOP分析提出的建議措施得到落實、實施后，裝置的本質安全水平及可操作性會得到進一步的提高。