浅析精细化工装置HAZOP 技术和工艺危害控制技术的应用

魏月琴

上海谊超化工咨询有限公司 （上海 200233）

精细化工是以基础化学工业生产的初级或次级化学品、生物质材料等为起始原料，进行深加工而制取具有特定功能、特定用途、小批量、多品种、附加值高和技术密集的产品的行业。精细化工行业的发展受到世界各国的重视，目前已成为我国化工产业发展的重要方向之一；但是，与发达国家相比，我国大部分精细化工企业规模比较小，整体技术水平偏低，生产过程控制技术落后，自动化和智能化程度低，安全可靠性不高，生产过程往往承载着很大的安全生产风险。近年来，我国发生了多起精细化工企业的安全生产事故，造成了严重的人员伤亡和经济损失。

在设计、建设和运行阶段，采用合适的工艺危害分析技术对精细化工装置进行分析，并根据结果采取有效的控制措施，同时利用自动化、智能化设备监测生产过程，对预防事故发生，确保工艺安全、生产安全尤为重要，也越来越得到重视和认可。

1 精细化工行业HAZOP 技术的应用

1.1 HAZOP 技术简介

危险与可操作性分析（HAZOP）技术主要研究生产装置的工艺部分或操作步骤，分析过程以引导词为引导，对过程中工艺状态的变化（偏差）加以确定，找出生产装置及过程中存在的危害，分析产生偏差的原因，评估风险等级，提出可接受风险标准的安全控制措施。常用于HAZOP 分析的工艺参数包括温度、压力、流量、液位、搅拌速率等，常用的引导词有无、多、少、高、低等；精细化工生产装置有间歇、半间歇式生产方式，遇到这种情况时需要考虑操作步骤的影响，相关的引导词有早、晚、先、后等。

HAZOP 技术是在我国尤其是化工行业得到广泛推广和应用的一种工艺危害分析技术，对于识别、分析和消除精细化工生产过程潜在危险，降低安全风险水平，保证安全生产起到了非常重要的作用。国家相关部门多次发文，要求化工企业要定期采用包括HAZOP 在内的工艺危害分析技术进行风险辨识分析，对涉及重点监管危险化学品、重点监管危险化工工艺和危险化学品重大危险源（以下统称“两重点一重大”）的生产装置，要采用HAZOP 技术每3 年进行一次工艺危害分析。

1.2 HAZOP 技术在精细化工生产中的应用

HAZOP 技术在精细化工生产装置的设计、试生产、运行、工艺变更、退役等各阶段都可以使用，尤其适用于识别系统缺陷。

1.2.1 HAZOP 分析准备工作

在采用HAZOP 技术对精细化工生产装置实施工艺危害分析前，需要进行充分的准备工作，主要包括以下几方面。

（1）组建HAZOP 分析小组，明确小组成员的分工和职责。分析小组要选择一位训练有素、富有经验的组长，小组成员应具有HAZOP 技术运用经验。

（2）收集HAZOP 分析所需资料。基本资料包括：带控制点工艺流程图（P&ID），装置设备和管道布置图，操作规程，设备说明书。

（3）确定分析范围和目标，划分分析节点。对于连续的工艺操作过程，HAZOP 分析节点为工艺单元；而对于间歇操作过程，HAZOP 分析节点为操作步骤。首先研究分析出带有危险因素的工艺单元或操作步骤，再将它们划分为若干个便于分析的节点。

1.2.2 HAZOP 技术实践应用

以某精细化工装置的氧化单元为例来介绍HAZOP 技术在实践中的应用。该精细化工装置连续性生产，主要工艺单元分为原料预处理、氧化反应、吸收精制等。通过分析设计意图，将氧化单元作为1个节点进行HAZOP 分析。

氧化单元主要工艺流程为：反应气A（易燃气体）、空气和循环尾气混合后进入氧化反应器，反应后气体（易燃、具有腐蚀性）经冷却后进入下一工艺单元。氧化反应器中发生氧化反应，反应放热，该工艺属于重点监管危险化工工艺“氧化工艺”。

氧化单元的主要生产设备包括反应气A 缓冲罐、反应气A 蒸发器、空气预热器、循环气预热器、热媒盐罐、反应物料混合器、氧化反应器、热媒盐循环泵、热媒盐冷却器，以及设备之间的连接管线、阀门等。

确定需要考虑的参数，包括压力、温度、液位、流量，概念性参数包括腐蚀、泄漏、异常等。将每一个参数与引导词组合形成可能的偏差，如“氧化反应器温度高”。识别事故发生的原因，以氧化反应器为例，其温度高的原因包括：热媒盐温度控制回路故障，导致热媒盐管线阀门关闭或关小；热媒盐冷却器液位仪表故障，导致循环冷却水管线阀门关闭或关小；热媒盐循环泵故障；反应器温度监测仪表故障等。分析可导致的事故后果：氧化反应器温度上升，严重时，反应飞温，反应器压力迅速上升，反应器爆炸。经评估，事故风险程度为“高”。需要指出的是，考虑事故风险等级（包括事故后果和发生频率）时，应先评估未采取任何安全控制措施的固有风险等级，再考虑采取安全控制措施后的剩余风险等级。

针对氧化反应器温度控制，已采取的安全措施包括：设置温度高、低限报警；温度监测与热媒盐管线阀门开度联锁；设置温度超高、超低限联锁停车；温度监测仪表的冗余设置。为了进一步降低该风险，提高温度监测和控制的准确度，建议缩短仪表校准和控制、联锁回路的调试周期。

针对氧化反应器温度的HAZOP 分析结果如表1 所示。

2 精细化工行业工艺危害控制技术

随着计算机技术的不断进步，为了提高精细化工生产的本质安全水平，实现对生产过程的精准化控制，使生产过程实现自动化、智能化，通过自动检测和控制，监测生产过程的运行，消除、减少工艺危害，设置生产工艺过程的自动化控制系统已经成为最可靠和有效的工艺危害控制技术。

自动化控制系统是指用一些自动控制装置对生产中某些关键参数进行自动控制，使它们在因受到外界干扰(扰动)的影响而偏离正常状态时，能够自动地调节而回到工艺所要求的数值范围内。目前，精细化工行业主要使用的自动化控制系统从功能上可以分为两大类。

（1）过程控制系统，如分散控制系统（DCS）、可编程逻辑控制器（PLC）、数据采集与监视控制系统（SCADA），主要用于对生产过程的测量和控制，也可实现部分安全联锁保护功能。

（2）过程安全保护系统，如紧急停车系统（ESD）、安全仪表系统（SIS）。当生产过程出现异常时，可迅速进行干预，降低事故发生的可能性，保障生产安全。过程安全保护系统的安全等级比过程控制系统要高。

近年来，国家越来越重视精细化工装置工艺安全控制，多个文件中规定精细化工生产装置应配置自动化控制系统，对工艺复杂、危险性大、可能造成严重危害的生产装置还应设置SIS、ESD 等。如中华人民共和国应急管理部（原国家安全生产监督管理总局）公布了18 种重点监管危险化工工艺，在《首批重点监管的危险化工工艺安全控制要求、重点监控参数及推荐的控制方案》（2009 年）、《第二批重点监管的危险化工工艺安全控制要求、重点监控参数及推荐的控制方案》（2013 年）中对工艺安全控制作出了明确要求。

表1 氧化反应器温度HAZOP 分析记录表

在自动化控制系统设计和实际运行中，应注意以下几方面：

（1）采用危险化工工艺的新建生产装置要由甲级资质化工设计单位进行设计。

（2）要明确控制系统过程安全要求、设计意图和依据。根据工艺特点和工艺危害分析结果，确定重点监控的工艺参数、控制回路。控制系统需要采用容错和冗余设计。

（3）ESD 系统、SIS 系统应独立于过程控制系统（如 DCS、PIC）。

（4）对工艺过程所需安全仪表系统的功能性和完整性进行评估，根据评估结果选择相应等级的仪表、元件等。

（5）加强过程报警管理，制定企业报警管理制度并严格执行。

（6）制定控制系统的管理方案和定期检验测试计划，并严格执行。

另外，在确定装置自动化程序的高低时，原则上应由装置的运行要求及其技术经济性、可行性确定，如使装置安全平稳、经济运行，生产质量合格的产品，产量满足装置负荷要求。

3 结语

对于精细化工生产过程来说，加强工艺过程危害的识别、评估与控制，是实现安全生产的关键因素。采用HAZOP 技术对工艺流程和操作步骤可能出现的偏差及其原因进行分析，并根据分析结果采取有效的工艺控制方案，促进精细化工生产装置自动化、智能化建设，是切实提高精细化工生产过程安全水平的有效途径。