HAZOP分析在吩噻嗪生產(chǎn)裝置中的應用

張苛(湖北景深安全技術(shù)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(nèi)緊缺的精細化工產(chǎn)品。吩噻嗪主要作為烯基單體的優(yōu)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(chǎn)中。文章主要介紹了HAZOP分析在吩噻嗪生產(chǎn)裝置設(shè)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(tǒng)地分析工藝過程和操作規(guī)程，以確定和評估由于偏離設(shè)計目的、錯誤操作或錯誤執(zhí)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(tǒng)的、結(jié)構(gòu)化的危險分析工具，HAZOP分析技術(shù)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(shè)計階段后期對生產(chǎn)工藝、操作設(shè)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(zhì)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(fā)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(chǎn)工藝過程主要包括合成工序、轉(zhuǎn)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(nèi)加入碘，關(guān)閉加料閥繼續(xù)升溫反應。當反應物料升溫至一定溫度后，繼續(xù)保溫反應一段時間至硫化氫完全停止產(chǎn)生。

3.2 準備工作

收集整理吩噻嗪裝置設(shè)計階段所有與HAZOP分析相關(guān)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(shè)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(jié)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(tǒng)可能產(chǎn)生的所有偏差、偏差產(chǎn)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(xiàn)有措施是否足夠進行了評價，并在此基礎(chǔ)提出了補充建議和措施，針對設(shè)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(shù)，將引導詞和工藝參數(shù)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(fā)現(xiàn)了裝置工藝設(shè)計、設(shè)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(tài)。

(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(guān)閉或后系統(tǒng)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(shè)1塊遠傳壓力表，帶高報警；將旁路的手動閥改為調(diào)節(jié)閥，聯(lián)鎖調(diào)節(jié)。

(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(tǒng)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(jié)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(shè)有防爆膜和安全閥和泵失電變?nèi)壩諡楣呐菸铡?/p>

為了量化HAZOP分析的結(jié)果，分析小組利用LOPA方法對上述HAZOP分析結(jié)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(jié)果的風險等級。經(jīng)過半定量分析，采納HAZOP分析的建議措施后，高風險個數(shù)降為0，中風險個數(shù)有33減少為32，低風險個數(shù)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(zhì)安全程度[3]。

3.5 分析結(jié)果與討論

本次分析提出由業(yè)主單位答復和落實的建議措施7條，發(fā)現(xiàn)少數(shù)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(yè)主均予以采納。

4 結(jié)語

該裝置主要設(shè)計缺陷體現(xiàn)在以下三個方面：

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

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

(3)由于對法律、法規(guī)、標準規(guī)范認識不深，原工藝設(shè)計不能完全滿足國家法律法規(guī)中對重點監(jiān)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(shè)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(zhì)量。

分析小組提出了進一步提高系統(tǒng)安全水平及可操作性的建議措施，完善了設(shè)計上的安全性，得到了業(yè)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(zhì)安全水平及可操作性會得到進一步的提高。