淺談Hazop分析在高壓加氫裝置中的應(yīng)用

王 燕，孫戰(zhàn)清

(蒲城陜煤技術(shù)研究院工業(yè)化示范基地有限公司，陜西 蒲城 715500)

HAZOP(Hazard and operability analysis)方法是英國帝國化學(xué)公司為解決除草劑制造過程中的危害于1960年提出的一種系統(tǒng)危險分析方法[1]。是一種用于辨識設(shè)計缺陷、工藝過程危害及操作性問題的結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化分析方法[2]，經(jīng)過不斷的改進和完善，已經(jīng)發(fā)展成為一種成熟風(fēng)險分析方法，目前被廣泛應(yīng)用于各類工藝過程和項目的風(fēng)險評估工作中[3]。

BYD高壓加氫裝置是炔醛法生產(chǎn)1,4-丁二醇工藝中最主要的工序之一，它對1,4-丁二醇的產(chǎn)品質(zhì)量以及制造成本的控制過程中起著非常重要的作用，而且其操作壓力高，物料介質(zhì)易燃易爆，危險性也很大，在生產(chǎn)運營過程中操作相對較復(fù)雜，通過HAZOP分析對優(yōu)化該系統(tǒng)的操作，降低風(fēng)險能夠起到非常重要的作用[4]。

1 BYD高壓加氫工藝流程描述

BYD高壓加氫裝置是前工序送來的精制BYD與高純度氫氣(其中H2純度>99.5%，CO+CO2≤10 ppm，無H2S)在30.4 MPa的壓力、雷尼鎳催化劑的催化作用下反應(yīng)生產(chǎn)粗BDO產(chǎn)品。主要設(shè)備包括加氫反應(yīng)器、氫氣壓縮機、氫氣循環(huán)機、BYD進料泵以及BDO料液循環(huán)泵。

加氫反應(yīng)器是固定床反應(yīng)器，主要使用雷尼鎳催化劑進行催化加氫；氫氣壓縮機是將高純度氫氣從約5.0 MPa通過三級壓縮提壓至30.4 MPa壓力送至加氫反應(yīng)器；氫氣循環(huán)機將加氫反應(yīng)器出口未反應(yīng)的氫氣經(jīng)冷卻、氣液分離后加壓送回反應(yīng)器，控制一定的氫氣循環(huán)量保證催化劑床層所需的空速，并通過定量的惰氣排放保持反應(yīng)器內(nèi)氫氣純度；BYD進料(五級高壓柱塞泵)將精制BYD由常壓提至30.4 MPa以上送至加氫反應(yīng)器；BDO料液循環(huán)泵是通過將反應(yīng)器內(nèi)料液大部分返回、少量采出的方式循環(huán)運行，達到反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)效果。

該裝置使用的氫氣、精制BYD均為專線供給，產(chǎn)出的1,4-丁二醇粗產(chǎn)品送至精餾裝置提純。

2 HAZOP分析過程實施

2.1 分析前的準備

本次HAZOP分析的側(cè)重點是工藝部分或操作步驟的各種具體值，其基本過程是以引導(dǎo)詞為引導(dǎo)，對過程中工藝狀態(tài)(參數(shù))可能出現(xiàn)的變化(偏差)加以分析，找出其可能導(dǎo)致的危害。

準備階段主要包括成立分析小組、確定分析目標、對象和范圍、收集必要的資料、安排會議分析討論。分析范圍包括我廠BYD加氫裝置的加氫反應(yīng)器、氫氣增壓機、循環(huán)機、BDO減壓緩沖罐以及料液循環(huán)泵。在分析過程中，成立了包括工藝、設(shè)備、安全、環(huán)保、儀表、電氣等專業(yè)人員在內(nèi)的小組。收集了包括裝置工藝管道儀表流程圖(P&ID)、工藝流程圖(PFD)、工藝操作規(guī)程、主要設(shè)備操作規(guī)程、儀表聯(lián)鎖邏輯圖、公用工程部分流程圖等相關(guān)技術(shù)資料，并對圖紙、資料進行分析，從中確定滿足HAZOP分析的圖紙及資料。

2.2 HAZOP分析過程

HAZOP分析小組針對分析范圍內(nèi)各參數(shù)偏差產(chǎn)生的原因、偏差導(dǎo)致的后果、設(shè)計中已采取的工程控制措施進行了詳細的分析。我廠加氫裝置HAZOP分析，共劃分了以加氫反應(yīng)器、二級加氫反應(yīng)器、BDO減壓緩沖罐、氫氣壓縮機與循環(huán)機等4個節(jié)點，供使用參數(shù)20個、偏離31個，內(nèi)容涵蓋7張P&ID圖紙，偏離的全面使用能夠充分的識別出系統(tǒng)中存在的潛在危險。在節(jié)點劃分的基礎(chǔ)上，HAZOP分析小組對工藝操作及工藝設(shè)計、儀表、設(shè)備、工藝安全信息等方面的問題進行了詳細分析。

例如在二級反應(yīng)器液位與BDO緩沖罐的壓力控制問題上，存在高壓氫氣串入低壓設(shè)備中造成設(shè)備刺漏、損壞、著火甚至爆炸的危險，也存在氫氣循環(huán)機帶液造成循環(huán)機液擊損壞設(shè)備的可能。經(jīng)過小組人員的分析討論，其主要原因是二級反應(yīng)器與BDO緩沖罐之間壓差特別高，由30.4 MPa減至0.3 MPa ，對儀表減壓裝置的要求也很高，為防止以上問題出現(xiàn)，我們主要制訂了以下幾方面的預(yù)防措施。一是增加設(shè)置二級反應(yīng)器液位與BDO緩沖罐壓力的報警與聯(lián)鎖；二是對緩沖罐現(xiàn)有的安全閥、防爆板等安全設(shè)施進行定期的檢查、效驗；三是加強對儀表減壓設(shè)施的定期檢查維護，分析記錄表如圖1所示。

圖1 高壓加氫反應(yīng)裝置分析記錄表

2.3 評估風(fēng)險等級并提出建議措施

針對每個節(jié)點，選取符合節(jié)點要求的所有偏差，并根據(jù)偏差所產(chǎn)生的后果嚴重程度、采取現(xiàn)有措施后的發(fā)生概率，對其進行風(fēng)險等級劃分。對風(fēng)險程度為Ⅲ級的風(fēng)險(無Ⅳ級的風(fēng)險)提出了進一步的消減措施。對于風(fēng)險等級為Ⅰ、Ⅱ的風(fēng)險，提出了供參考的建議措施。如節(jié)點2中二級反應(yīng)器液位控制中建議增加液位高低報警聯(lián)鎖；節(jié)點4中氫氣純度的控制上，我們建議增加氫氣純度在線分析儀以及報警設(shè)施，以保證反應(yīng)器的氫氣純度與反應(yīng)效果。

3 結(jié) 語

本裝置為高溫、高壓、易燃、易爆裝置，溫度一般在135 ℃左右，壓力最高可達30.4 MPa以上。設(shè)備超壓損壞，介質(zhì)泄漏，發(fā)生爆炸著火等后果；管道法蘭連接較多，而且操作條件變動或氣溫變化，不論哪個環(huán)節(jié)有問題，都有可能造成泄漏，發(fā)生高壓氫氣串出，導(dǎo)致著火爆炸、人員傷亡、設(shè)備損壞等后果[5]。HAZOP有助于系統(tǒng)的識別和評估工藝危害風(fēng)險，查找生產(chǎn)裝置事故隱患，并將分析結(jié)果作為詳細設(shè)計、設(shè)計變更、隱患治理、員工培訓(xùn)、操作規(guī)程和應(yīng)急預(yù)案制修訂等工作的重要依據(jù)，這些對提高裝置自控率、安全水平、操作穩(wěn)定等方面具有很大意義。將HAZOP分析所發(fā)現(xiàn)的分析出的問題進行歸檔整理，并通過隱患治理、技術(shù)攻關(guān)、技措項目、檢維修等方式確保所有的建議措施在生產(chǎn)運行過程中得到落實，才能更有效的保證裝置的安全穩(wěn)定運行。