在役精细化工装置HAZOP分析应用探讨

孙越，潘忠宏

（1.南京英凯工程设计有限公司，南京 210009；2.江苏省化工设计院有限公司，南京 210024）

化工产业是国民经济的支柱性产业，属于高风险制造业。随着化工产业的高速发展，尤其是新化合物的增加、结构优化的变更、工艺复杂程度的提高，以及危险化学品的频繁使用等，进一步增加了化工危险事故发生的可能性。精细化学品制造工艺复杂、多变，以间歇或半间歇操作为主，事故多、消耗高、污染重成为行业可持续发展的瓶颈[1]。

针对精细化工生产过程中存在的危险因素，只有对其有充分辨识的基础上才能采取相应的对策措施，而采用安全风险评估和工艺危害分析（PHA）的方法是识别装置发生事故的可能性和预判事故带来的风险后果的有效工具。

危险和可操作性研究（HAZOP）方法是工艺危害分析方法之一，近年来被广泛应用于石化、化工、天然气和核工业等工艺过程的危害分析，作为一种定性和简单半定量的分析工具，HAZOP分析方法可以用来识别和评估工艺过程、设备缺陷或故障和人为操作失误的危害风险，给出建议性的安全预防措施并优化工艺，同时可以在新建设计、装置技改中采用和装置运行过程中定期运用，以确保精细化工装置生产安全。

1 在役精细化工装置进行HAZOP分析的必要性

1.1 精细化工生产特点及危险性

（1）精细化工生产采用的原料绝大部分都是易燃、易爆和具有腐蚀性、毒性甚至剧毒性的危险化学品，部分原料甚至是重点监控危险化学品，在原料的储存和使用过程中具有爆炸、燃烧、污染环境和人身危害的危险性。

（2）精细化工生产产品涉及硝基化合物（如硝基苯、二硝基苯、硝酸铵）、环氧化合物（如环氧乙烷、环氧丙烷、环氧氯丙烷）、过氧化物（如双氧水、金属过氧化物、有机过氧化物）、偶氮化合物（偶氮二异丁腈）等自身具有爆炸性的化学品，其生产和储存都具有爆炸危险性，其他产品也大多属于危险化学品，在生产和储存中具有发生火灾、污染环境和人身危害的危险性。

（3）精细化工生产流程长，大多以间歇方式小批量生产，可通过一个生产工序由多个完全相同工艺单元并联组成并同时操作运行的方式扩大生产规模。其工艺单元操作主要为化学反应、换热、搅拌、水（液）洗、萃取、溶剂脱溶、蒸馏、蒸发、结晶、过滤、离心分离和干燥。上述各单元操作由于物料、中间产物及成品的危险性、工艺技术和设备可能存在的缺陷或选用不当造成的危害致使生产具有发生爆炸、火灾、泄漏污染环境和人身危害的危险性。

（4）精细化工生产涉及的部分化学工艺为重点监控危化工艺，监控措施、安全设施及自控安全仪表缺失和不匹配，致使工艺过程本身具有一定的危险性。

（5）生产原料、中间产品和成品储存的精细化工装置在中转时可能涉及重大危险源，致使精细化工的生产装置和仓储设施具有一定危险性。

（6）精细化工装置的设备布置基于精细化工生产的危险特点，对装置之间和设备布置的防火间距具有严格要求，布置间距不满足防火要求会带来一定的危险性。

（7）精细化工装置的运转一般在高温、高压、真空和低冷甚至深冷的环境中进行，在生产操作中要严格按照所制定的安全生产制度和操作规范进行，需配备必要的自控仪表和安全泄放设施，以防范操作过程中的失误和降低失误导致的危害后果。

从上述精细化工生产的特点可知，大部分生产所需原料、中间产物、产品和副产品涉及重点监管危险化学品；采用的生产工艺涉及重点监管危险化工工艺；基于生产使用的化学品特性和存量在装置现场构成危险化学品重大危险源，由此可确定精细化工生产具备较大的危险性风险，针对这种状况，国家安监总局文件[2]要求“涉及‘两重点一重大’和首次工业化设计的建设项目，必须在基础设计阶段开展HAZOP分析”。

精细化工装置基于自身装载的物料及操作工艺的特点在生产运行中具有一定的危险性，对于此类项目在项目基础工程设计阶段和项目投产一段时间后开展必要的危险和可操作性研究（HAZOP）分析，找出装置与设计要求的实际偏差及引发的后果，分析后果带来的风险等级，判断现有安全措施是否能够满足安全要求，并提出相应建议措施，对精细化工装置的运行提供必要的安全保证。

1.2 在役化工装置进行HAZOP分析的需求

1.2.1 现行国家安全监管和安全管理法规的要求

（1）国家安监总局文件[3]提出“逐步推行化工生产装置定期（每3～5年一次）开展危险与可操作性分析（HAZOP）工作”的要求。

（2）国家安监总局文件[4]还要求“企业要建立生产工艺装置危险有害因素辨识和风险评估制度，定期开展全面的危险有害因素辨识，采用相应的安全评价方法进行风险评估，提出针对性的对策措施。企业要积极利用危险与可操作性分析（HAZOP）等先进科学的风险评估方法，全面排查本单位的事故隐患，提高安全生产水平”。

1.2.2 掌握运行装置现行安全状况的需要

大部分在役化工装置自项目设计阶段和投产后从未进行过任何工艺危害分析，对装置中可能存在的设计偏差和安全漏项不清楚、不了解，存有事故安全隐患，需开展一次HAZOP分析工作，对装置安全状况进行深入了解，并制定相应的安全对策。

1.2.3 长期运行装置安全检查的需要

在化工装置长期运行后，其设备、管道、仪表和电气设施可能存在腐蚀、老化和疲劳的状况，部分安全设施甚至丧失使用功能，由于未出现突发状况，未引起足够重视，存在事故安全隐患，需开展一次HAZOP分析工作，找出长期运行后化工装置已存在的事故点。

1.2.4 了解装置组成及功能发生变化对安全的影响

部分在役化工装置在进行技术改造或大修后有可能更改了原装置的设计意图，或遗漏了新设施的安全措施，降低了装置整体安全系数，大大增加了装置安全运行的风险，对技改后的装置进行一次HAZOP分析工作可以降低技改装置投产后的安全风险。

1.2.5 对装置现行安全标准规范合规性的要求

大部分在役化工装置已建成投产多年，近年来国家更新了大量的标准规范，出台了一批新安全法规，这些新的标准规范都是在近年来已发生的安全事故的经验教训基础上总结完善后更新出台的，对化工安全生产提出了新要求。早已投产的在役化工装置已不完全符合现行安全规范的要求，严格来说是存在一定的安全隐患，应按照现行安全标准规范的要求完成自检，采用HAZOP分析这一工具对化工装置进行工艺危害分析和评估，可认识新的危险因素，完善补充相应的安全措施，确保安全生产。

1.2.6 总结评估事故装置的需要

对已发生过安全事故的化工装置进行HAZOP分析工作，找出事故发生的原因，总结经验教训，为同类装置的安全体系设计提供经验，提高安全设计水平。

2 在役精细化工装置HAZOP分析特点

2.1 HAZOP分析方法的应用过程

2.1.1 分析工作流程

HAZOP分析工作流程见图1。

在接受项目委托后，由HAZOP分析研究服务商牵头建立HAZOP分析小组，按照合同要求明确拟研究装置的分析范围，对小组中业主方成员进行HAZOP培训，收集相关资料，对在役装置需踏勘装置现场，掌握第一手资料和实际状况，分析图纸和资料，提出初步研究方案。

图1 HAZOP分析工作流程图Fig.1 HAZOP analysis workflow chart

由HAZOP分析小组主席主持召开HAZOP分析会议，分析小组成员工艺工程师和操作代表先行介绍拟分析对象情况，说明其设计意图和操作过程，随后与会小组成员在主持人的引导下，对研究范围内的分析对象划分节点、拟定引导词、识别并列出参数偏差、采用提问的方式找出设计意图的偏差原因和后果，并对装置工艺和操作过程进行全面、深入的分析和研究，对分析结果进行风险辨识，对已采取相关措施后仍存在的剩余风险提出相应的安全措施建议，记录员完成相关记录并记录在HAZOP分析记录表上。

分析小组商讨最终确定建议的补充措施，根据HAZOP分析会议记录和资料研究分析获得的结论，完成HAZOP分析报告文稿和图集后，报政府或企业相关主管部门审批。获批后按报告要求落实补充措施的实施。

2.1.2 HAZOP分析方法应用规定及要求

HAZOP分析方法应用过程中针对HAZOP的适用范围、分析原则、HAZOP应用时间段、HAZOP分析小组组成人员要求和职责、分析过程程序、分析报告要求、后续跟踪落实、评审等方面的技术要求在AQ/T 3049—2013《危险与可操作性分析（HAZOP分析）应用导则》[5]做了详细的规定，对HAZOP分析技术应用进行了明确的说明，为正确、规范地运用HAZOP技术提供了指导性意见。

在HAZOP分析具体操作时可按TCCSAS 001—2018《危险与可操作性分析质量控制与审查导则》[6]的明确要求对分析中节点划分、偏差的确定、造成后果的原因确定、后果的分析结果、依据风险矩阵评估等级的确定、对已实施的安全措施评价的结论、是否提出建议的补充措施等进行实施操作，完成符合该标准审查要求的HAZOP分析报告。

同时该标准附录中也列出了HAZOP主席简历模板、HAZOP分析文件清单（输入资料）、间歇过程偏差表、风险矩阵图表及说明、HAZOP分析报告内容模板和HAZOP分析工作记录表，可供HAZOP分析时参考使用。

HAZOP分析应依据风险管理规定开展，风险矩阵、可接受风险标准及相应说明等风险管理文件由业主提供，风险管理文件由业主根据企业生产操作安全状况和企业可接受风险程度自已制定，也可以委托安全评估服务商制作完成。没有自已风险管理规定的企业，可参考外部同类的规定，但需得到业主的确认。在制定风险管理文件时可参考相同或相似工艺技术的事故案例。

HAZOP分析形成的结论在HAZOP分析报告里体现，报告提交时须经小组成员一致同意后方能提交，并在报告中注明。若HAZOP小组不能达成一致意见，存有分歧，应在报告中记录原因并给予说明后提交。

对于HAZOP分析会上不能明确界定后果、剩余风险的高风险事件，可进一步进行LOPA分析、SIL验证、QRA分析等量化工艺危害分析工作。

2.2 精细化工装置HAZOP的分析应用

2.2.1 生产多个类似不同产品装置的分析

精细化工装置生产流程长，在一套装置上按工艺流程的长短有可能生产多个相似产品或中间品，各产品的流程长度虽然有差别，但单元反应类型、单元操作一致，物料物化性质、危险特性和安全性质类似，HAZOP分析时可选择各生产流程最长的产品进行分析，涵盖整个生产装置，以便识别整个生产装置的安全风险。

2.2.2 多个相同工艺单元组成装置的分析

精细化工装置部分生产工序由多套同样的生产装置并联组成，这些装置使用同样的设备、管道及管件、控制仪表和相同的工艺操作参数及操作规程，采用同样的原料、中间产物和生成品，HAZOP分析时可选择其中一套作为代表进行分析，完成装置的工艺风险辨识。

2.2.3 节点的划分

精细化工装置操作多为间歇过程，节点划分应以每个单元操作的主体设备为主，节点内分析对象包括主体设备、附属设备、管道、管件和自控仪表。

2.2.4 偏差的确定

装置工艺HAZOP分析中采用引导词结合参数（要素）确定研究对象的偏差，分析中使用的引导词见表1[7]。

表1 基本引导词及其含义Tab.1 Basic guide words and their meanings

操作规程的HAZOP分析中还增加了“缺失（MISSING）”这一引导词，含义为规程中操作被疏忽。

精细化工装置生产操作的特性确定其工艺参数或要素主要为：压力、温度、液位、反应速率、搅拌速率、pH值、真空度、流速、组分/污染、密封、腐蚀/磨损、破裂/泄漏、检维修、开停车、操作等。

同时在利用引导词来确定工艺状态及参数可能产生的偏差外，还要考虑操作顺序等因素可能引起的偏差（操作异常）。

笔者近年来参加一些精细化工项目生产装置的HAZOP分析，在分析工作中考虑各方因素后确定相关偏差见表2、表3研究对象-偏差对应表，其包含但不完全为所列出的偏差。HAZOP分析小组应根据所分析的项目情况，通过团队集体“头脑风暴”研究讨论、以引导词为指引确定对项目有实际意义的偏差。

表2 研究对象-偏差对应表（1）Tab.2 Object of study-deviation corresponding table（1）

表3 研究对象-偏差对应表（2）Tab.3 Object of study-deviation corresponding table（2）

2.2.5 产生偏差的原因

精细化工装置本身的特性决定了其设计偏差的主要原因为物料和工艺技术的危险性、设计失误、设备及设施故障、安全设施的缺陷和失效、装置设施的腐蚀及失修、人员操作失误及上道工序的影响等。找出并正视造成偏差的真实原因，作为验证已有安全措施有效性的可靠依据。

2.2.6 偏差引发的风险

精细化工装置因设计偏差造成的主要后果为爆炸及火灾事故、人身伤亡及财产损失事故、物料泄漏污染环境事故、企业声誉影响、设备损坏及停车事故、产品质量受影响和报废、消耗增加提高生产经济和时间成本。重视偏差引起的严重后果，与风险矩阵、可接受风险标准和已有安全措施进行评估比较，获得装置风险等级，用于是否提出建议措施的依据和采取措施的优先次序。

2.3 精细化工装置HAZOP分析实例说明

2.3.1 装置和流程特点

这是一种精细化学品-香精（酮化合物）的合成反应装置，主要设备为酰化反应釜（带搅拌桨和加热冷却夹套）、酰化尾气冷凝器及尾气凝液罐、高位计量罐（3台）、物料中间罐（3台/配氮封、单呼阀）和物料输送泵（3台/离心泵）。

生产工艺流程为将溶剂自中间罐用泵打入高位计量罐计量后一次性放入已含有触媒的酰化釜内，分别开启釜搅拌和夹套低温水，将两种反应原料分别自中间罐用泵打入高位计量罐计量，将第一种物料在酰化釜低温环境下滴加入釜，随后将第二种物料在通过调控夹套低温水量控制合适反应温度下，缓慢滴加入釜进行酰化反应，滴加结束后酰化釜夹套低温水切换为蒸汽维持反应温度合成产品，反应结束保温一段时间后将釜液放入下一道工序处理，反应过程中放出有害气体经酰化冷凝器冷凝回收物料存于尾气凝液罐，尾气排送至环保设施处理达标排放。

酮化合物的酰化反应合成只是精细化学品-香精（酮化合物）生产的第一步，后续还有碱解、水洗、脱溶、蒸馏、溶化、结晶、离心分离和烘干工序，其目的是对产品去除杂质、提纯、获得合格固态产品和回收溶剂、触媒。整个生产流程都是间歇批次操作，各单元操作在单体设备中按不同时间要求完成后再转下一工序，即一个单元操作完成转下一个单元，周而复始完成一个个周期，整个生产运行由多个生产周期构成，单位时间产品产量是由完成一个周期时间的长短和生产装置的数量决定的。

由于整个生产流程是由多个间歇批次单元操作组成，加入触媒、开泵上料、冷热媒开停、开停搅拌机和放净釜料都是现场人工操作完成，且每次周期上述同样操作都要重复进行一次。

本次酰化反应虽然是两种反应物料进行反应，但是要在有溶剂存在的环境下并在触媒的作用下完成，在后期的工序中利用水相/油相分层分离取出触媒，再通过脱溶回收溶剂再套用，蒸馏后再用溶剂Ⅱ溶化半成品澄清提纯，在整个生产过程中使用到多种物料，大部分属于重点监管危险化学品。

为配合生产，需要现场设有3台物料中间罐分别存放溶剂和2种反应物料，均为重点监管危险化学品，因量小未构成重大危险源，但本项目全厂甲类罐区按安评报告确认已构成重大危险源。

2.3.2 偏差-原因分析

取精细化学品-香精（酮化合物）生产装置酰化单元作为节点（节点名称：酰化釜）进行HAZOP分析，其偏差-原因如表4所示。

表4 偏差-原因表Tab.4 Deviation-cause table

（续表4）

2.4 在役装置HAZOP的分析应用要点

（1）精细化工装置流程长、工艺复杂程度大、设备操作单元多，且建成多年整体变化大，装置中可能存在不属于拟分析对象的设施或分析对象缺失，在明确现有工艺流程和设计意图的条件下确定分析对象和范围是在役装置HAZOP分析中的首要问题。

（2）在役装置建成并运行多年，基本工艺及安全信息存在不完全、缺失甚至错误，HAZOP分析小组在分析前需通过收集相关资料和现场调研明确相关信息。

针对在役装置的资料主要着重于装置的历次技改措施变更和检维修记录、有效版操作规程和运行记录、装置最近的安全评价报告和工艺危害分析报告，装置曾经发生的事故和设备故障、操作失误的调研报告等。在业主提供上述资料后需要求其出具承诺函，承诺其提供的资料所叙述状况与在役装置实际情况完全一致，确保所提资料的正确性、准确性和完整性。同时也要关注现行法律法规和标准规范对装置的新要求。

现场调研主要踏勘装置运行现场，了解装置现场运行状况和设备布置情况，核实资料与实际状况的一致性，掌握设备实际操作过程，为分析做好准备。

（3）在役装置已运行多年，HAZOP分析小组各专业工程师和操作代表主要来自业主方，装置流程的设计意图和节点操作描述由他们进行解释和说明。业主方专业技术人员的专业技能和操作经验以及对HAZOP分析的认识和理解对HAZOP分析工作至关重要，因此进行HAZOP分析培训学习，提高HAZOP分析小组对HAZOP分析的实践水平是必要的。

（4）对于在役装置HAZOP分析会议地址可选择在装置附近（装置所在工厂会议室），以方便获得相关资料，会议期间如有需要可随时踏勘现场。

（5）由于标准规范的更新和在役装置技改措施的执行，现装置的工艺流程、设备布置、自控报警和安全设施已不符合现有安全要求或存在事故隐患，同时设备操作规程和工艺操作程序也可能存在类似问题，分析中要重点关注，在系统性评估后需要时，提出符合要求的补充建议措施。

（6）为不影响在役装置的生产，可安排在大修前6个月进行HAZOP分析工作，在获得分析结论后可在大修期间落实实施补充的安全措施。

3 在役装置HAZOP分析对装置安全运行的积极作用

通过对在役装置的HAZOP分析，业主方可以全面深入识别和分析在役生产装置系统潜在的危险因素，明确潜在危险的重点部位，确定生产装置日常维护的重点目标和对象，进而完善针对重大事故隐患的预防性安全措施。同时评估生产装置现有控制风险的安全措施是否足够，需要时提出新的控制风险的补充建议措施。依据评估实际情况，更新生产装置系统过程安全信息，为修改完善操作规程提供依据，为操作人员的培训提供更为结合实际的教材。

另一方面，可获得在役装置最新的工艺安全信息，掌握装置运行安全状况，采取对应的安全措施和操作规范，确保精细化工生产安全。

4 结束语

在役精细化工装置通过HAZOP分析工作，可以全面查找和及时消除安全隐患，提高装置本质安全水平，是化工生产执行“安全第一，预防为主，综合治理”安全生产管理方针的最好体现。随着国家对安全生产工作的日益重视、安全监管要求的提高和一批相关法规、标准规范的发布，作为国际公认的工艺危害分析主要方法之一，HAZOP分析因其全面、系统、深入等突出优势，在我国化工行业的推广应用已成为必然趋势。