某原料药生产企业创新药加氢工艺HAZOP风险分析研究

朱保管,殷茂炬,汪建川

(1.江苏联环药业股份有限公司,江苏 扬州 225127;2.江苏联环药业集团有限公司,江苏 扬州 225127)

1 设计背景

1.1 项目背景

1.1.1 新增建构筑物

表1为本项目新增建构筑物情况。

原料药加氢工艺在生产技术上相对成熟,应用广泛,不属于国家法律上禁用危及生产和明令淘汰的工艺,也不存在国家明令淘汰、禁用和危及安全生产的相关生产设备。

本项目采用DCS系统,根据生产工艺的特点和要求,对关键工艺过程的主要参数包括温度、压力、液位、流量、设备运行状态、含氧量、可燃气体浓度等进行在线修改,对显示、记录、调节、累积、控制、联锁、报警、打印、设定参数进行检测和报警;可对现场运行的旋转设备进行停机操作,对可能发生危险的工艺参数(以单参数调节为主的重要工艺参数)进行自动调整、约限报警或联锁,使生产安全得到保障。本项目其他工段采用现场与集中相结合的控制方式,对生产过程中不太重要的工艺参数,如:操作室集中显示、记录、调节报警等,实行现场检测为主,引入温度、压力、流量等重要参数。

本项目针对生产过程中甲苯、乙酸乙酯、甲醇、氯仿等溶剂的蒸馏回收以及贮罐区的自动控制系统选用DCS控制系统,工艺控制过程可得到安全可靠的保证,在国内外同类产品中处于先进水平。

经以上分析可知,本项目的生产工艺比较成熟,拟采取的安全控制措施、工艺控制措施切实可行,所以,本项目生产工艺的安全是比较可靠的。

表1 新建构筑物情况

1.1.2 主要原辅料及产品(含产品及中间产品)名称及涉及项目的量最大储备情况

表2为主要原辅料及制品名称、数量和贮存情况。

1.2 罐区甲醇等储罐工艺流程

1.2.1 罐区甲醇等储罐工艺特点

将车间装置需要的主要液体危化品物料由贮罐通过管道输送至车间,同时根据生产需要通过卸车管线进行汽车槽车卸车作业。本项目罐区不涉及发车作业。

1.2.2 罐区物料存储情况

表3为罐区主要储存物料情况。

表3 罐区主要储存物料情况

1.3 两重点一重大情况

1.3.1 重点监管危险化工工艺

根据原安监总局《关于公布第一批重点监管危险化工工艺目录的通知》和《国家安全监管总局关于公布第二批重点监管危险化工工艺目录和调整第一批重点监管危险化工工艺部分典型工艺的通知》,加氢工艺为重点监管危险工艺。

1.3.2 重点监管危险化学品

根据《国家安全监管总局关于公布首批重点监管的危险化学品名录的通知》(安监总管三〔2011〕95号)、《国家安全监管总局关于公布第二批重点监管危险化学品名录的通知》(安监总管三〔2013〕12号)进行辨识,本项目涉及的重点监管危险化学品有:甲醇、氢气等。

1.3.3 重大危险源

按照《危险化学品重大危险源辨识》(GB 18218—2018)要求进行辨识,无论是该单位的生产线,还是生产原料的罐区,都没有构成危险化学品的重大危险源。

2 加氢工艺危险分析

1)加氢是在有机化合物分子中加入氢原子的反应,其中涉及氢气反应的过程是氢气的加成过程,而具有燃爆危险性的爆炸极限为4%～75%的氢气是加成过程反应物质,其特点是具有较高的燃爆危险性;2)加氢是高温高压下氢气与钢铁接触,钢铁中的碳分子容易与氢气发生化学反应,生成碳氢化合物(COMMON),使钢铁设备强度降低,从而生成氢脆的一种强烈的放热反应;3)在催化剂再生和启动过程中,容易引发爆炸;4)加氢反应尾气中未参与反应的氢气及其他杂质,在排放时容易引起燃烧或爆炸。

3 创新药氢化过程简介

3.1 主要设备一览

表4为创新药设备情况。

表4 创新药设备一览

3.2 加氢反应工艺

涉及加氢环节:将氯化钯、盐酸、工艺用水放入罐内加热至溶解。抽真空换氮气,再换氢气,通氢,保持吸氢5～6 h,最后排出氢气。用氮气压出料液至离心机甩滤。

乙醇打入氢化反应罐搅拌,随后打开氢化罐罐口,加入催化剂,加入脱水土霉素后密闭。氢气置换三次。通氢2～4 h,当吸氢速度变得极其缓慢时取样检验。

打开氢化罐罐口,搅拌抑制,加入脱水土霉素密闭。3次抽真空,3次换氮气,3次换氢气。

反应温度控制在(28±2) ℃,通入氢气,在(0.40±0.02) MPa压力下吸氢反应。通氢2～4 h,当吸氢速度变得极其缓慢时取样检验,以薄层层析法进行终点试验,当反应液几乎无特定原料时显示反应到达终点,停止通氢。用氮气置换三次,将料液压入过滤器中过滤,压滤结束后,滤饼回收。

3.3 自动化控制情况

加氢工艺自动控制加氢反应釜的氧含量、温度、压力、釜内搅拌电流与加氢反应釜的氢气流量、加氢反应釜夹套冷却水进水阀形成联锁关系,并设置紧急停车系统(ESD),使加氢反应釜的氧含量与加氢反应釜的自动停止加氢和热媒进料,在加氢反应釜中氧含量、温度或压力超过标准或搅拌系统出现故障时开启冷媒。

消防报警系统、可燃/毒气探测报警系统、视频监控系统等已在厂区整体配备到位。

4 HAZOP分析方法简介[1-8]

4.1 HAZOP简介

HAZOP(危险和可操作性研究)——Hazard and Operability Studies危险与可操作性研究是以系统环节为最小单位的一种用于定性分析的评价方法。

危险与可操作性分析(HAZOP)目的在于识别隐患、伤害和事故的设计短板,以及不符合国家相关法律法规的各种后果。

4.2 HAZOP分析方法

危险与可操作性分析(HAZOP)是在探明生产装置和工艺过程中的危险及其原因并寻求必要对策的基础上,着眼于设备、工艺危害辨识技术的系统工程,是目前应用最广泛的危险识别技术。HAZOP分析(HAZOPANALYSIS)是以系列会议的形式,通过对装置过程中的危险和操作问题进行分析,由各种专业人士组成的分析小组。HAZOP分析的直接对象是被称为“分析节点”(analysisnode)或工艺单元(processionunit),或操作步骤的工艺或操作的特殊点。对每一个“分析节点”,HAZOP分析组以正常运行的工艺(状态)参数为标准值,分析运行过程中的工艺(状态)参数变化情况(即偏差),同时分析产生偏差故障的原因、后果及应采取的措施,并对其进行分析,对其进行分析,同时对其进行分析,对其进行分析,并对其进行分析,使其在运行过程中的工艺(状态)参数变化情况(即偏差)进行分析。

主要有以下四个阶段的HAZOP分析实施过程。

4.2.1 分析准备

HAZOP分析的准备工作主要有以下几个方面:

1)下列因素考虑确定分析范围:

(1)分析对象的界区范围;

(2)可用的资料及其详细准确程度;

(3)已开展过的工艺危害分析的范围等。

2)下列因素在确定分析对象时加以考虑:

(1)分析目的;

(2)分析对象所处的系统生命周期阶段;

(3)人员伤亡、财产损失、环境影响和信誉影响等企业关注的后果类型;

(4)可操作性问题;

(5)企业的其他相关要求等。

3)组建HAZOP分析小组成员:

HAZOP分析小组由以下人员组成,包括(但不限于):

(1)HAZOP分析主席(组长);

(2)HAZOP分析记录秘书;

(3)工艺工程师;

(4)设备工程师;

(5)仪表控制工程师;

(6)操作专家;

(7)HSE工程师。

4.2.2 分析会议

HAZOP分析会议基本程序主要包括:

1)分析项目概况介绍;

2)划分节点;

3)节点设计目的描述;

4)确定偏差;

5)分析偏差产生的原因;

6)分析偏差导致的后果;

7)分析现有的保护措施;

8)评价风险等级。

4.2.3 分析报告

HAZOP分析工作结束后,HAZOP分析负责人应能够及时对分析记录结果进行整理、汇总,分析、总结形成HAZOP分析报告初稿。

HAZOP分析的报告初稿完成后,各个小组成员应及时反馈建议,HAZOP主席(组长)根据小组成员反馈意见进行汇总修改。修改完毕,经所有小组成员签字确认后,形成HAZOP分析报告,提交给项目委托方、后续行动/建议的负责人及其他相关人员。

HAZOP分析的报告包括以下内容:

1)封面,包括编制人、编制时间、版次等;

2)目录;

3)正文,至少包括以下内容:

(1)项目概述;

(2)工艺描述;

(3)HAZOP分析程序;

(4)HAZOP分析小组人员信息;

(5)分析范围、分析目标和节点划分;

(6)风险可接受标准;

(7)分析结论;

(8)建议措施说明。

4)附件,至少包括以下内容:

(1)技术资料清单;

(2)分析记录表;

(3)分析建议汇总表;

(4)节点划分图;

(5)签字页。

4.2.4 HAZOP分析审查和结果关闭

HAZOP分析项目负责人对HAZOP分析报告中提出的建议措施进行进一步的评价,并做出书面或电子邮件回复,对每条具体建议措施选择可采用完全接受、修改后接受或拒绝接受的形式。

5 分析范围、分析目标、资料清单和节点划分

5.1 分析范围

表5为分析范围明细表。

表5 分析范围明细表

5.2 分析目标

本次委托分析的主要目的是辨识盐酸多西生产线部分工艺过程的危险性和可操作性问题,对设计过程中工艺(状态)参数变化(即偏差)的原因、后果及建议采取的措施等内容进行检查,分析工艺过程中的危险性和可操作性问题。

5.3 技术资料清单

1)拟建设项目总平面布置图及平面图;

2)爆炸危险区域划分图;

3)化学品安全技术说明书(SDS);

4)设备资料清单;

5)安全设施一览表;

6)安全预评价报告;

7)发生过的事故情况。

6 HSE风险矩阵及说明

6.1 HAZOP分析风险等级划分

本次将风险矩阵应用于HAZOP分析,结合风险矩阵,在风险矩阵中利用事故后果严重程度和事故发生频率程度,计算事故风险程度。根据表6(严重程度分类表)从人员、财产和环境三个方面对事故后果严重程度进行评定;企业制定了事故发生频次等级,根据自身实际情况制定。

表7(可能性定义)方面从频发、多发、偶发、极少发、可能性不大五个层次选择定义。

表8、表9是与事故发生频率相对应的横轴和与事故后果严重程度相对应的纵轴风险等级表。

表7 可能性(Likelihood)定义

表8 风险等级表

表9 风险等级行动说明

6.2 HAZOP分析风险可接受标准

根据表6～9,中高风险区域以上的风险表示企业不能接受的风险在低风险区域或中高风险区域。

6.3 HAZOP分析工作表说明

HAZOP分析工作表中:

1)表格中“频率(L)、严重性(S)”为无数字的是没进行风险评估的事故剧情;

2)表格中“建议措施”列为空的情况属于无需新的建议;

3)没有出现在表格中的具体参数形成的偏离,是在会前已经经过筛选的不会有后果的偏离。

7 分析结果

7.1 HAZOP分析发现的主要问题及建议

创新药工艺过程HAZOP分析分详细分析记录表见附件一,建议措施见表10。

表10 江苏联环药业有限公司HAZOP建议措施汇总表

HAZOP分析总体结论:创新药加氢危险工艺方案成熟,基本符合重点监管危险化学品及重点监管危险化工工艺提出的安全监管要求,如采取建议的风险控制措施,整改相关隐患,将有可能进一步降低各生产装置在运行中的安全风险,实现本质安全,提高管理水平。

7.2 关于建议的跟踪和关闭

HAZOP分析的总体结论:创新药加氢的危险工艺方案成熟,将有可能进一步降低各生产装置在运行中的安全风险,实现本质安全,提高管理水平,如采取建议的风险控制措施、整改相关隐患等,基本符合重点监管危险化学品和重点监管危险化工工艺提出的安全监管要求。