HAZOP在氯化聚氯乙烯装置安全分析中的应用

何照龙 俞文光 范争争 杨继华

（浙江中控技术股份有限公司，杭州310053）

HAZOP是一种通过分析生产过程中可能存在的偏差，确定潜在危险和可操作性问题的安全分析方法。HZAOP分析的目的是识别出装置在设计、安装、操作和维护工作中可能存在的危险和已有的安全措施，对装置的设计、安装、操作和维护提出建议，以提高生产过程的安全性和可操作性。HAZOP分析包括项目定义、会议准备、会议组织、报告编制、建议的落实与跟踪等流程。

HAZOP会议的组织程序一般如下：由HAZOP主席选择一个节点，工艺人员对该节点的设计意图进行描述；根据描述，HAZOP主席选择一个要素和一个关键字搭配，形成一个偏差；针对HAZOP主席提出的偏差，全体组员分析形成偏差的原因和偏差可能造成的后果，并考虑目前是否已有安全措施；如果没有，那么需要提出建议并落实相关的负责人；如此往复将该节点内所有的偏差都分析完，继续选择后续节点，直至该项目所有节点都完成。

化工生产可分为全间歇、半间歇、连续、半连续等方式，可将半连续、半间歇及全间歇统称为间歇生产过程，其共同特点是物料状态随时间不断变化[1]。

间歇生产过程是动态的，不能直接利用HAZOP进行安全分析。但是由于间歇单元一般由进料、加工、等待倒空、倒空、清洗和等待进料6个步骤组成，如果将间歇单元分解为以上步骤的组合，那么按照操作流程，间歇生产过程就可分解为若干状态确定的步骤。所以只要在HAZOP分析之前，详细分析整个间歇生产过程，根据操作顺序，将整个操作过程分解为若干状态确定的步骤，就可以利用HAZOP进行安全分析。为明确在每一步需要分析的工艺片段，需要将操作步骤和生产过程组合成一个分析矩阵，如表1所示。

表1 间歇式反应器分析矩阵Tab 1 Analysismatrix of batch reactor

以氯化聚氯乙烯（CPVC）装置为例说明HAZOP的分析过程。

1 配料单元的HAZOP分析

1.1 工艺过程

CPVC是聚氯乙烯（PVC）的氯化产物，经氯化改性后，具有许多优越的特性，软化点比PVC高20～40℃，拉伸强度比PVC提高50%左右，耐腐蚀性能比PVC大大提高，具有较低的热传导率[2]。

CPVC的生产工艺可以分为配料单元、氯化单元、中和单元、物料离心单元、气体干燥单元和产品包装单元。其中物料离心、气体干燥和产品包装为连续生产过程；配料单元、氯化单元、中和单元为间歇生产过程。选取配料单元进行分析，其他间歇单元的分析类似。配料单元工艺流程如图1所示。

图1 CPVC生产配料单元Fig 1 Batching unitof CPVC production

配料的具体操作步骤如下：

1)启动稀酸泵，打开酸切断阀；等待加酸量到达设定值时，关闭酸切断阀，停止稀酸泵。

2)启动配料釜的搅拌器。

3)打开PVC进料阀，通过PVC加料斗加入一定的PVC粉末；加料完成之后，关闭PVC进料阀。

4)打开氮气吹扫切断阀，利用低压蒸汽调节配料釜温度。当配料釜温度达到设定值之后，等待30 s后，关闭低压蒸汽，同时关闭氮气吹扫切断阀，等待出料。

5)选择好出料对象之后，打开氯化釜顶上的PVC加料阀，打开配料釜的底阀，打开氮气进口切断阀往配料釜中通入氮气，提高釜内压力。

刚开始时压力上升，迫使配料釜内物料进入氯化釜。当压力上升到一定程度之后，配料釜内大量的物料进入氯化釜，导致压力下降。最后当配料釜内物料都输送完毕之后，釜内压力降到最低。5 s后打开热水切断阀，加入热水对配料釜进行清洗，10 s之后关闭热水切断阀。

6)关闭氮气进口切断阀，关闭配料釜的底阀，关闭氯化釜顶上的PVC加料阀。

7)打开废气放空切断阀。

1.2 HAZOP分析矩阵

从整个过程来看，配料单元主要的步骤为配料和出料。对配料单元进行工艺片段分析，得到表2。在配料工序，需要分析的部分有输酸线、加PVC线，氮气吹扫线，低压蒸汽线和配料罐；在出料工序，需要分析的部分有氮气加压线，热水线，出料线，废气线和配料罐[3]。

表2 配料单元分析矩阵Tab 2 Analysismatrix of batching unit

1.3 HAZOP分析实践

从以上的分析可知，在配料单元，与配料工序相关的部分有输酸线、加PVC线、氮气吹扫线、低压蒸汽线和配料罐。在这些需要分析的部分中，需要分析的工艺参数有淡酸流量、配料罐温度和配料罐压力。

淡酸流量形成的偏差主要有流量过高和流量过低。形成流量过高的原因主要有上游来量过高和流量计损坏。上游来量过高造成的后果为配料时间缩短，无不良影响。目前没有任何安全措施，也不需要安全措施。流量计损坏造成的后果为配料釜中酸含量变小，影响质量。目前没有安全措施，但是存在潜在的危险，所以需要考虑增加相关的安全措施。建议在配料釜中增加液位测量，通过观察液位变化判断流量计是否故障。责任方为设计院。

形成流量过低的原因主要有上游来量过低、流量计损坏和酸切断阀损坏等。上游来量过低造成的后果为配料时间变长，影响生产效率。目前已有安全措施为流量低报警。通过流量低报警可以发现流量过低的偏差，提醒操作人员检查生产状况，没有必要增加其他安全措施。流量计损坏造成的后果为配料釜中酸含量变多，影响质量。目前没有安全措施，但是存在潜在的危险，所以需要考虑增加相关的安全措施。建议在配料釜中增加液位测量，通过观察液位变化判断流量计是否故障。责任方为设计院。酸切断阀坏造成的后果为配料时间过长，影响生产效率。目前已有安全措施为流量低报警。

接着需要分析配料罐温度和压力等过程参数，同时还要分析加酸总量和加PVC总量等操作参数，分析它们可能存在的偏差，造成这种偏差的原因以及可能导致的后果。分析完过程参数和操作参数之后，需要分析操作步骤。将过程参数、操作参数和操作步骤分析之后，整理如表3所示。

2 改进与效果

从表3可以看出，人工操作具有很强的不确定性。在操作过程中可能存在的一些偏差为：在关闭底阀前进料、加PVC时打开氮气吹扫阀。在关闭底

阀前进料会使物料直接进入氯化釜，影响后续生产。目前没有安全措施，靠操作员手动操作。

表3 配料单元配料步骤HAZOP分析Tab 3 HAZOP analysis of batching steps in batching unit

为了减少操作失误，提高生产过程的安全性，将整个操作过程设计为自动配料，如图2所示。

图2中，备注栏为需要设定的操作参数，在选择好需要配料的配料釜之后，根据实际需要填写这些操作参数；第2列为需要达到的初始化状态；第3列为初始化条件是否满足的显示，如果条件未满足，点击初始化按钮之后，程序会进行初始化操作使条件满足。如果条件满足，直接点击第4列的启动按钮，程序将从第5～14步顺序完成启动稀酸泵、打开酸切断阀、计量酸到设定值、关闭酸切断阀、停止稀酸泵、启动搅拌器、打开PVC加料阀、设定人工加料时间完成后关闭PVC加料阀、打开氮气吹扫切断阀并对配料釜进行加热、当配料釜温度加热到设定值后，延时一段时间停止加热并关闭氮气吹扫切断阀。在第14步完成之后，结束确认按钮会亮起，操作员只需要点击确认即完成了对配料釜的配料。

通过改进，操作员只需要在开始配料时点击启动按钮，在配料完成后点击结束确认按钮即可，降低了人工干预的程度，提高了操作的可靠性，同时减少了操作员的操作强度。

3 结语

此次HAZOP分析，在采用了分析矩阵这一工具后，对装置的危险与可操作性的分析，有了比以往更为深入与细致的效果，为提升CPVC整个装置的安全本质水平做出了积极的贡献。这种工具是否在其他同类装置中也能起到良好作用，仍然需要实践与反思。

图2 CPVC生产配料单元配料步骤操作画面Fig 2 Operation interface of batching steps in batching unitof CPVC production

[1]杨志才.化工生产中的间歇过程——原理、工艺及设备[M].北京:化学工业出版社,2001:14-15.

[2]冉亮.水相悬浮法氯化聚氯乙烯生产工艺[J].氯碱工业,2003(9):32-33.

[3]吴重光.危险与可操作性分析（HAZOP）应用指南[M].北京:中国石化出版社,2012.