工業(yè)雙氧水裝置中HAZOP應(yīng)用分析

薛曉渝，劉銳利，姜愛華，程 鼐

（黎明化工研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，河南洛陽 471000）

過氧化氫是一種常見的氫過氧化物，又稱雙氧水，廣泛應(yīng)用于造紙、紡織、電子、化工、軍工、環(huán)保、醫(yī)藥、食品等行業(yè)。受生產(chǎn)流程、技術(shù)水平等因素的限制，在雙氧水生產(chǎn)裝置中必然存在一定的風(fēng)險(xiǎn)和隱患。近年來為提高化工產(chǎn)業(yè)安全，HAZOP技術(shù)被廣泛應(yīng)用于化工生產(chǎn)行業(yè)。雙氧水行業(yè)相關(guān)技術(shù)人員亦應(yīng)當(dāng)積極關(guān)注HAZOP技術(shù)以期提升工業(yè)雙氧水的生產(chǎn)效能以及生產(chǎn)安全性。

1 HAZOP技術(shù)的概述和基本原則

1.1 概述

HAZOP技術(shù)是應(yīng)用廣泛的系統(tǒng)性安全分析方法之一，亦稱危險(xiǎn)與可操作性分析。通過HAZOP可對(duì)流程工業(yè)系統(tǒng)的過程安全進(jìn)行分析并給出風(fēng)險(xiǎn)解決措施，將影響工業(yè)生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)因素徹底排除，保障工業(yè)生產(chǎn)過程流程安全。

1.2 基本原則

HAZOP技術(shù)進(jìn)行分析和研討時(shí)通常涵蓋以下基本原則，首先是標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一性原則，為強(qiáng)化技術(shù)人員對(duì)風(fēng)險(xiǎn)因素的辨識(shí)能力，采用標(biāo)準(zhǔn)化引導(dǎo)詞對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行描述和研判，使風(fēng)險(xiǎn)判定流程規(guī)范有序。其次是節(jié)點(diǎn)分解性原則，受環(huán)境、生產(chǎn)流程、技術(shù)水平等因素的影響，過程風(fēng)險(xiǎn)各不相同，系統(tǒng)化分析生產(chǎn)流程存在難度，因此在利用HAZOP進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析時(shí)應(yīng)當(dāng)按照生產(chǎn)流程與環(huán)節(jié)對(duì)不同節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分解，降低風(fēng)險(xiǎn)分析難度，從而提升風(fēng)險(xiǎn)消除建議措施的針對(duì)性與有效性。再次是目標(biāo)導(dǎo)向性原則，分析人員采取的措施和手段都應(yīng)跟隨引導(dǎo)目標(biāo)變化，并針對(duì)后續(xù)解決方案進(jìn)行跟蹤與記錄。最后是數(shù)據(jù)信息完整性原則，在調(diào)整和優(yōu)化過程中，需要結(jié)合相關(guān)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行研判，使風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警更加精準(zhǔn)，并確保HAZOP分析過程中所應(yīng)用數(shù)據(jù)信息資料的有效性[1]。

2 工業(yè)雙氧水生產(chǎn)的基本流程

2.1 原材料選擇

現(xiàn)階段國內(nèi)制備工業(yè)雙氧水的過程當(dāng)中，由黎明化工研究院開發(fā)的蒽醌法雙氧水裝置占市場(chǎng)主導(dǎo)地位，其采用相關(guān)混合溶劑作為工作液，使用四氫2-乙基蒽醌和2-乙基蒽醌作為載體，經(jīng)過催化劑氫化、氧化、萃取、濃縮、純化等工序，最終制成工業(yè)雙氧水成品，涉及到的生產(chǎn)原材料包括氫氣、空氣、純水、2-乙基蒽醌、磷酸三辛酯、溶劑油等，輔助原料為催化劑、活性氧化鋁、磷酸、碳酸鉀等。

2.2 氫化環(huán)節(jié)

氫化工序流程：用氮?dú)鈱錃庀到y(tǒng)當(dāng)中的空氣進(jìn)行全面置換，直至系統(tǒng)內(nèi)氧含量低于0.5%（4/4）。氫化反應(yīng)需要在催化劑的催化作用下進(jìn)行，氫氣與進(jìn)入氫化塔的工作液反應(yīng)生成氫蒽醌溶解在工作液中，按氫化反應(yīng)控制指標(biāo)對(duì)相應(yīng)溫度、壓力參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。氫化反應(yīng)過程中，工作液的氫化效果以及氫化速率需實(shí)時(shí)分析并控制，使氫化效果達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。經(jīng)過氫化工序氫化液可能夾帶有催化劑粉末及雜質(zhì)，在進(jìn)入氮封狀態(tài)的氫化液儲(chǔ)槽前需通過過濾器消除，以免影響后續(xù)流程安全。蒽醌法固定床雙氧水裝置氫化塔氫化溫度、催化劑床的噴淋密度以及氫化塔頂氧含量在裝置運(yùn)行時(shí)需實(shí)時(shí)監(jiān)控以保證氫化過程的安全，控制方法為調(diào)節(jié)進(jìn)塔氫氣、氮?dú)饬坎⒈３忠欢ǖ臍浠貉h(huán)量。此外，在氫化液泵入口處定量加入磷酸確保氫化液酸度可防止雙氧水在后續(xù)的氧化塔內(nèi)遇堿分解。

2.3 氧化環(huán)節(jié)

攜帶氫蒽醌的氫化液由氫化液泵輸送進(jìn)入氧化塔頂部開始氧化工序，壓縮空氣進(jìn)入氧化塔與氫化液充分反應(yīng)形成雙氧水、工作液的混合液，之后進(jìn)入氣液分離器，氣相與液相有效分離，此過程中需確保工作液與空氣的接觸時(shí)間以及接觸面積，確保氧化反應(yīng)完全，另一方面應(yīng)控制氧化反應(yīng)速率，避免因氧化反應(yīng)過于劇烈產(chǎn)生安全隱患。此外，氧化工序控制不當(dāng)可能會(huì)產(chǎn)生大量環(huán)氧降解物降低有效蒽醌在工作液中的含量，進(jìn)而影響裝置產(chǎn)能。

2.4 萃取凈化環(huán)節(jié)

萃取工序的任務(wù)是將來自氧化工序工作液中的雙氧水在萃取塔內(nèi)用酸性純水作萃取劑萃取得到粗雙氧水溶液。需嚴(yán)格控制萃取塔進(jìn)純水量與進(jìn)工作液量之比（萃取比），若進(jìn)水量過小，工作液萃取不完全，萃余液中雙氧水含量將升高，甚至萃取塔內(nèi)發(fā)生液泛，嚴(yán)重影響生產(chǎn)安全；若進(jìn)水量過大，產(chǎn)品濃度降低，萃取后的工作液水相不易分離，影響正常生產(chǎn)。凈化塔為填料塔，初級(jí)雙氧水產(chǎn)品在凈化塔內(nèi)經(jīng)填料分散后被重芳烴充分洗滌可起到脫色、脫碳、除有機(jī)物的作用，其后利用分離器將芳烴分離即得到稀品雙氧水。凈化環(huán)節(jié)控制的關(guān)鍵在于雙氧水與芳烴的界面相，界面過高、過低都會(huì)嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量，導(dǎo)致雙氧水產(chǎn)品夾帶芳烴抑或影響凈化效果，若界面失控，甚至?xí)?dǎo)致雙氧水外溢引發(fā)事故。

2.5 濃縮環(huán)節(jié)

濃縮工序可將稀品工段生產(chǎn)的雙氧水進(jìn)行提濃，得到含量超過50%濃度的雙氧水滿足各種市場(chǎng)需求。常見的濃縮技術(shù)有兩段升膜蒸發(fā)工藝、一段降膜蒸發(fā)工藝、精餾工藝等。濃縮工序雙氧水濃度較高，為避免雙氧水分解產(chǎn)生危險(xiǎn)，設(shè)備應(yīng)特別純凈，與介質(zhì)接觸的設(shè)備、管道、儀表應(yīng)選用低碳不銹鋼材質(zhì)，設(shè)備內(nèi)表面必須光滑無毛刺，在使用前應(yīng)酸洗鈍化、脫脂處理以去除污垢。

2.6 配制環(huán)節(jié)

配制工序：一是配制原始開車時(shí)的工作液，二是配制正常生產(chǎn)循環(huán)時(shí)的補(bǔ)加工作液。將重芳烴、磷酸三辛酯、2-乙基蒽醌等原料按照一定比例加入配制釜加熱攪拌混合均勻制成工作液。配制釜需經(jīng)真空、常壓切換操作，其夾套亦需通蒸汽、循環(huán)水切換加熱或降溫，且配制釜外接管道較多，送料方向不同，操作時(shí)需嚴(yán)格按操作規(guī)程作業(yè)，以防物料外泄引發(fā)事故，降低風(fēng)險(xiǎn)概率。

3 工業(yè)雙氧水裝置生產(chǎn)過程風(fēng)險(xiǎn)分析

3.1 火災(zāi)與爆炸風(fēng)險(xiǎn)

工業(yè)雙氧水生產(chǎn)裝置的首要風(fēng)險(xiǎn)為火災(zāi)與爆炸風(fēng)險(xiǎn)。雙氧水會(huì)緩慢分解成水和氧氣，其自身并不可燃，但在高溫、催化劑、堿性、金屬雜質(zhì)污染等條件下會(huì)發(fā)生劇烈分解產(chǎn)生物理爆炸，高濃度的過氧化氫屬于危險(xiǎn)化學(xué)品。生產(chǎn)過程涉及的氫氣、重芳烴、甲醇等均屬于易燃易爆化學(xué)品，一旦發(fā)生泄漏極易引起火災(zāi)與爆炸。

3.2 中毒或窒息風(fēng)險(xiǎn)

工業(yè)雙氧水裝置中使用的高純氮?dú)馊羰褂貌划?dāng)會(huì)產(chǎn)生窒息風(fēng)險(xiǎn)。此外，芳烴、甲醇、蒽醌等物質(zhì)會(huì)對(duì)人體乃至周邊環(huán)境形成嚴(yán)重危害，導(dǎo)致人員中毒，因此關(guān)注生產(chǎn)過程的安全防護(hù)也是減少生產(chǎn)過程中風(fēng)險(xiǎn)損害的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

3.3 腐蝕與灼燙風(fēng)險(xiǎn)

雙氧水的物理腐蝕性隨著其濃度的升高而迅速上升，若在無防護(hù)的條件下接觸高濃度雙氧水，會(huì)灼燙腐蝕皮膚黏膜。此外，在高溫蒸汽的應(yīng)用過程當(dāng)中，一旦未按照生產(chǎn)安全規(guī)范與要求做好防護(hù)，則很有可能會(huì)受到高溫蒸汽的傷害。

3.4 機(jī)械傷害風(fēng)險(xiǎn)

工業(yè)雙氧水的制備流程較為復(fù)雜，對(duì)技術(shù)設(shè)備的依賴也較為顯著，需要有針對(duì)性地對(duì)各類運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行操作防護(hù)，一旦防護(hù)措施失效，則可能導(dǎo)致生產(chǎn)人員受到傷害。

4 工業(yè)雙氧水生產(chǎn)過程中HAZOP技術(shù)的應(yīng)用路徑

4.1 選擇合適的工藝流程

HAZOP技術(shù)具有標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一性、節(jié)點(diǎn)分解性、目標(biāo)導(dǎo)向性以及數(shù)據(jù)信息完整性等幾方面的原則和特點(diǎn)，是工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域風(fēng)險(xiǎn)分析并指導(dǎo)規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)的常用技術(shù)手段之一。其具有兩大優(yōu)勢(shì)，一，能將所分析風(fēng)險(xiǎn)的根本原因找出并提出規(guī)避策略[2]。對(duì)生產(chǎn)流程中可能存在風(fēng)險(xiǎn)與隱患的相應(yīng)流程環(huán)節(jié)進(jìn)行全方位分析，將可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)扼殺在搖籃當(dāng)中。二，生產(chǎn)企業(yè)可依據(jù)半定量化的分析結(jié)果和建議完善裝置安全生產(chǎn)措施。HAZOP使風(fēng)險(xiǎn)隱患的解決過程有理有據(jù)，同時(shí)對(duì)后續(xù)的安全生產(chǎn)策略也指明了方向。

在現(xiàn)階段的工業(yè)雙氧水的生產(chǎn)裝置中，常見的工藝生產(chǎn)方法包括蒽醌法、電解法、異丙醇法等。針對(duì)不同的工業(yè)雙氧水生產(chǎn)裝置，應(yīng)當(dāng)采用HAZOP技術(shù)對(duì)生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析之前對(duì)生產(chǎn)模式進(jìn)行研究，選擇適宜的制備流程，為后續(xù)的風(fēng)險(xiǎn)治理與隱患解決工作奠定基礎(chǔ)[3]。

4.2 確定工業(yè)雙氧水生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)分析目標(biāo)

采用HAZOP技術(shù)對(duì)工業(yè)雙氧水的生產(chǎn)流程進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析之前，需要明確分析目標(biāo)，使風(fēng)險(xiǎn)分析過程具有針對(duì)性與有效性，采取合理適當(dāng)?shù)拇胧?，識(shí)別和探究工業(yè)雙氧水生產(chǎn)過程以及制備操作過程當(dāng)中存在的各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)因素、隱患因素，并對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行細(xì)化分解，從而使后續(xù)的風(fēng)險(xiǎn)化解方案更加全面[4]。

現(xiàn)階段雙氧水生產(chǎn)大多采用蒽醌法，主要生產(chǎn)工序包括原料準(zhǔn)備、配制、氫化、氧化、萃取、凈化、濃縮等，在依托HAZOP技術(shù)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)隱患進(jìn)行分析時(shí)，應(yīng)重視目標(biāo)分解工作，對(duì)相應(yīng)的工序進(jìn)行跟蹤性地全面核查，提出更加合理科學(xué)可行的安全保障措施，規(guī)范制備流程、防護(hù)措施，避免因人為因素或技術(shù)因素產(chǎn)生的安全隱患。

4.3 對(duì)風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)資料信息進(jìn)行匯集與整合

HAZOP技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)分析工作的關(guān)鍵在于雙氧水裝置流程中資料信息的全面性和準(zhǔn)確性，數(shù)據(jù)信息的完整性需有保障[5]。分析過程中需要進(jìn)行匯集與整合的資料信息包括生產(chǎn)設(shè)施的使用情況、基本制備流程、安全操作規(guī)范、設(shè)備維修保養(yǎng)狀態(tài)以及MSDS數(shù)據(jù)等。通過分析可以使風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避與化解工作更加有效，為后續(xù)的方案制訂提供參考與幫助。

4.4 針對(duì)各個(gè)流程與環(huán)節(jié)當(dāng)中的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析

通過全面的梳理和探究，分析人員能夠針對(duì)多個(gè)不同流程當(dāng)中存在的風(fēng)險(xiǎn)做出評(píng)判，使當(dāng)中涵蓋的風(fēng)險(xiǎn)更加具體，最終的解決措施能夠更具針對(duì)性，具體內(nèi)容見表1。

表1 工業(yè)雙氧水制備HAZOP技術(shù)分析內(nèi)容

通過針對(duì)工業(yè)雙氧水裝置中不同工序以及流程節(jié)點(diǎn)當(dāng)中的設(shè)備操作、原材料選擇、制備流程、人為影響因素、環(huán)境影響因素、防護(hù)措施不到位等幾種不同類型風(fēng)險(xiǎn)的全方位分析，并針對(duì)工業(yè)雙氧水裝置流程提出合理有效的解決措施，可以有效地優(yōu)化生產(chǎn)過程，推動(dòng)工業(yè)雙氧水裝置生產(chǎn)安全系數(shù)穩(wěn)步提升[6]。

4.5 相關(guān)建議與解決措施

依托HAZOP技術(shù)針對(duì)不同環(huán)節(jié)、不同流程當(dāng)中的工業(yè)雙氧水制備與生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行全面梳理和分類后，可按照節(jié)點(diǎn)分解的特征構(gòu)建相應(yīng)的優(yōu)化體系，使生產(chǎn)過程與當(dāng)下HAZOP技術(shù)的分析結(jié)論相適應(yīng)，提升雙氧水裝置安全系數(shù)。

針對(duì)雙氧水生產(chǎn)過程當(dāng)中pH發(fā)生偏差的情況，應(yīng)當(dāng)在向工作液當(dāng)中加入酸堿之前檢測(cè)分析并制訂方案，對(duì)酸堿進(jìn)料速率、進(jìn)料量進(jìn)行精確控制，避免偏差。在酸堿加入工作液之后，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、調(diào)節(jié)pH。同時(shí)利用壓力控制設(shè)施，有效提升pH總體穩(wěn)定性。

針對(duì)工業(yè)雙氧水裝置萃取塔內(nèi)部有雜質(zhì)出現(xiàn)的現(xiàn)象，分析系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生雜質(zhì)的源頭在于氫化塔和白土床，因此可在工作液經(jīng)過此處后，采用合適的過濾器進(jìn)行過濾，同時(shí)在萃取塔關(guān)鍵部位增設(shè)視鏡實(shí)時(shí)監(jiān)控塔內(nèi)工作液的純凈程度，一旦發(fā)現(xiàn)工作液異常，及時(shí)采取相應(yīng)處理措施。

針對(duì)生產(chǎn)過程溫度不易穩(wěn)定控制的現(xiàn)象，在設(shè)計(jì)階段應(yīng)當(dāng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，對(duì)制備設(shè)施周圍合理布置溫度監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，利用自控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)雙氧水制備溫度的實(shí)時(shí)合理化調(diào)控。此外，還可以針對(duì)性設(shè)置冗余的溫度檢測(cè)方式，在超出溫度閾值時(shí)立即報(bào)警并觸發(fā)聯(lián)鎖動(dòng)作，減少高溫高壓現(xiàn)象對(duì)雙氧水生產(chǎn)過程產(chǎn)生的威脅[7]。

針對(duì)降解物水含量超標(biāo)的現(xiàn)象，需密切關(guān)注界面數(shù)據(jù)，對(duì)制備流程細(xì)化控制，避免因水含量過多對(duì)生產(chǎn)質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面作用。

5 結(jié)論

隨著工業(yè)雙氧水裝置產(chǎn)能的擴(kuò)大，化工企業(yè)對(duì)裝置自動(dòng)化要求的不斷提高，亦受到人為操作因素、環(huán)境因素、流程設(shè)計(jì)等多方面因素的影響，雙氧水裝置自設(shè)計(jì)階段到生產(chǎn)階段乃至整個(gè)裝置的全生命周期中，其安全風(fēng)險(xiǎn)以及隱患不僅會(huì)給企業(yè)帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失、人員傷害，還可能對(duì)生態(tài)環(huán)境、社會(huì)聲譽(yù)、雙氧水生產(chǎn)行業(yè)產(chǎn)生巨大影響。因此，利用HAZOP技術(shù)對(duì)雙氧水裝置風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析與研究勢(shì)在必行，將其應(yīng)用到工業(yè)雙氧水生產(chǎn)流程的優(yōu)化工作中，可極大提升雙氧水裝置的運(yùn)行安全。