HAZOP分析在聚酯装置设计中的应用

梅兵波

(中国昆仑工程公司，北京100037)

随着聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)装置单线生产能力日趋增大，近年来越来越多的企业投入到PET行业。但随着PET生产能力急剧增加的同时，生产线的控制设计日趋复杂，存在潜在的事故隐患，企业对生产装置的运行安全性和对人的安全保护要求越来越高。作者以PET工艺流程为例，采用危险及可操作性(HAZOP)分析方法对设计过程中的潜在风险进行分析，并提出了相应的风险控制方案。

1 HAZOP分析方法概述

HAZOP分析方法是对工艺装置的安全性及可操作性进行系统分析的一种方法。该技术作为健康、安全和环境管理系统的重要组成部分，广泛运用于国内外的石油化工工程设计过程。

HAZOP分析方法是实现PET生产装置的本质安全设计的重要方法之一。PET生产装置的本质安全设计是致力于使生产装置设计中各专业设计人员、工艺、系统、动静设备、配管、结构、建筑、自控、电气、水道电信暖通辅助设施等因素的安全性和可靠性的完全结合［1］，控制好各种潜在的不安全因素，使其发生概率控制在可以接受的范围内，从而达到生产装置的长期本质安全，使装置能够长期稳定运行。

HAZOP分析方法是利用假定的各种变动对系统操作和工艺过程进行检查，从而寻找出这些变动造成装置的危害程度，并进一步制定安全措施避免这些危险变动的发生，从而保证装置的长期安全平稳运行。该过程主要分为两步，即划分节点及分析节点变动对系统的影响。

1.1 节点划分

节点是指工艺或操作中的特殊点，是由HAZOP分析小组按一定的单元操作原则将工艺过程分为若干个节点。常见的节点类型如管线、容器、反应器、换热器、泵、压缩机等。

1.2 节点变动对系统的影响分析

针对划分的每一节点，依据专业经验，分析装置各阶段如试运行、生产、开停车等阶段时某些工艺参数偏离正常的设计值后而产生的后果。一般通过引导词法来定义这种偏差，采用引导词及工艺参数的方式［2］。引导词的作用是帮助和引导各专业人员分析各种危险因素和导致其发生的原因，常用的引导词见表1。

表1 常用的引导词及其意义Tab.1 Common guide words and meaning

工艺参数选取操作中有可能发生变动的各种工艺参数，主要包括:液位、流量、温度、压力、物料组成、物料相态、时间、焓值、速度、黏度等。可根据本装置的工艺特点选取有代表性或可产生重大危害的参数进行分析。

常见的HAZOP分析过程见图1。

图1 HAZOP分析步骤示意Fig.1 Schematic of HAZOP analysis procedures

2 HAZOP分析方法在PET装置中的应用

2.1 PET装置工艺简介

PET生产主要由酯化和缩聚两部分组成:酯化是以对苯二甲酸和乙二醇为原料，在一定的压力和温度条件下，生成对苯二甲酸双羟乙酯和水;缩聚是对苯二甲酸双羟乙酯的端羟基间进行缩聚反应，该过程是可逆平衡反应，只有把反应生成的小分子脱除掉，反应才能向提高聚合度方向进行，因此该过程需在高温高真空条件下进行。温度是决定缩聚反应速率的关键参数，提高温度则大大加快过程速率，但温度过高会对产品质量(如色相)产生不利影响。压力是决定缩聚反应平衡物料特性黏数的关键参数之一，决定了反应的过程推力的大小。通常设计的终缩聚反应温度为282℃，压力为100 Pa。

2.2 HAZOP分析方法的目标及范围

依据HAZOP分析方法，对PET主装置终缩聚工艺流程进行HAZOP分析。根据PET装置终缩聚反应系统的工艺流程特点，找出各种可能影响装置安全的潜在危险因素，同时分析该因素发生时可能产生的重大危害，找出PET装置危险区域，从而为从事装置设计时各专业安全设计提供依据。

结合PET装置自身的工艺流程的特点和HAZOP分析的步骤，各专业人员将系统分成多个分析节点，同时工艺人员提供各节点的正常生产时的参数，并找出有代表性或危害性较大的工艺参数，以表格形式记录下来。然后由分析组各专业人员对每个分析节点，分析工艺参数偏离设计规定的基准状态，会发生哪些危害，分析产生这些危害的原因，并提出相应的危险控制措施，从而将危险发生概率降低在可以接受的范围内。

以终缩聚反应系统为一节点进行HAZOP分析说明，其流程如图2所示。

图2 终缩聚反应器系统流程示意Fig.2 Flow chart of final polycondensation reactor system

2.3 HAZOP分析结果

根据终缩聚反应器系统的操作特点，依据HAZOP分析方法，以终缩聚系统为一节点，由工艺、设备、电仪等各专业人士组成分析小组，对温度、压力、液位、密封等工艺参数发生变动时对系统的影响进行分析，分析结果如表2所示。由于终缩聚反应器是PET装置的最重要的反应器之一，操作条件是高温、高真空，参与反应的介质有高温乙二醇、乙醛属于危险品。此外，系统中还有一些低聚物，空气一旦泄漏进反应器系统，达到一定的含量会有发生爆炸的可能，将造成反应器及装置的严重伤害。对于此类影响装置的安全运行及产品质量等方面的问题，运用HAZOP技术进行工艺过程危险性分析，对工艺管线、阀门设置、设备的材质选择、仪表联锁、仪表设置等内容进行进一步的详细设计。在装置的操作上，要定期检查。对装置试压、试漏、真空检查等各项开车前操作，要严格按照操作规程操作。对于中控室，要时刻监控，及时调整各项运行参数，确保装置的平稳运行。对于可能出现的特别严重后果的特殊工段，要制定应急预案。

表2 PET装置终缩聚反应器系统HAZOP分析结果Tab.2 HAZOP analysis result of final polycondensation reactor system of PET p lant

3 结论

a.HAZOP分析方法是一个系统详细的安全分析方法，通过对聚酯装置设计中各节点分析，可以预防事故的发生、控制和减少事故损失、保障整个生产安全。

b.通过HAZOP分析在装置试车、运行及开停车等过程中，可以识别出设计中潜在的缺陷和失误，及时修改，提高PET装置的本质安全性，确保PET装置的安全稳定运行。

［1］ 王磊.PTA生产工艺风险分析及控制［J］.聚酯工业，2012，25(1):7－10.

［2］ 张宇航，李利军.危险及可操作分析技术在PET装置设计中的应用［J］.聚酯工业，2010，23(6):18－21.