魏月琴

上海誼超化工咨詢有限公司 （上海 200233）

精細(xì)化工是以基礎(chǔ)化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)的初級(jí)或次級(jí)化學(xué)品、生物質(zhì)材料等為起始原料，進(jìn)行深加工而制取具有特定功能、特定用途、小批量、多品種、附加值高和技術(shù)密集的產(chǎn)品的行業(yè)。精細(xì)化工行業(yè)的發(fā)展受到世界各國的重視，目前已成為我國化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向之一；但是，與發(fā)達(dá)國家相比，我國大部分精細(xì)化工企業(yè)規(guī)模比較小，整體技術(shù)水平偏低，生產(chǎn)過程控制技術(shù)落后，自動(dòng)化和智能化程度低，安全可靠性不高，生產(chǎn)過程往往承載著很大的安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。近年來，我國發(fā)生了多起精細(xì)化工企業(yè)的安全生產(chǎn)事故，造成了嚴(yán)重的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。

在設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)行階段，采用合適的工藝危害分析技術(shù)對(duì)精細(xì)化工裝置進(jìn)行分析，并根據(jù)結(jié)果采取有效的控制措施，同時(shí)利用自動(dòng)化、智能化設(shè)備監(jiān)測(cè)生產(chǎn)過程，對(duì)預(yù)防事故發(fā)生，確保工藝安全、生產(chǎn)安全尤為重要，也越來越得到重視和認(rèn)可。

1 精細(xì)化工行業(yè)HAZOP 技術(shù)的應(yīng)用

1.1 HAZOP 技術(shù)簡介

危險(xiǎn)與可操作性分析（HAZOP）技術(shù)主要研究生產(chǎn)裝置的工藝部分或操作步驟，分析過程以引導(dǎo)詞為引導(dǎo)，對(duì)過程中工藝狀態(tài)的變化（偏差）加以確定，找出生產(chǎn)裝置及過程中存在的危害，分析產(chǎn)生偏差的原因，評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，提出可接受風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)的安全控制措施。常用于HAZOP 分析的工藝參數(shù)包括溫度、壓力、流量、液位、攪拌速率等，常用的引導(dǎo)詞有無、多、少、高、低等；精細(xì)化工生產(chǎn)裝置有間歇、半間歇式生產(chǎn)方式，遇到這種情況時(shí)需要考慮操作步驟的影響，相關(guān)的引導(dǎo)詞有早、晚、先、后等。

HAZOP 技術(shù)是在我國尤其是化工行業(yè)得到廣泛推廣和應(yīng)用的一種工藝危害分析技術(shù)，對(duì)于識(shí)別、分析和消除精細(xì)化工生產(chǎn)過程潛在危險(xiǎn)，降低安全風(fēng)險(xiǎn)水平，保證安全生產(chǎn)起到了非常重要的作用。國家相關(guān)部門多次發(fā)文，要求化工企業(yè)要定期采用包括HAZOP 在內(nèi)的工藝危害分析技術(shù)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)分析，對(duì)涉及重點(diǎn)監(jiān)管危險(xiǎn)化學(xué)品、重點(diǎn)監(jiān)管危險(xiǎn)化工工藝和危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源（以下統(tǒng)稱“兩重點(diǎn)一重大”）的生產(chǎn)裝置，要采用HAZOP 技術(shù)每3 年進(jìn)行一次工藝危害分析。

1.2 HAZOP 技術(shù)在精細(xì)化工生產(chǎn)中的應(yīng)用

HAZOP 技術(shù)在精細(xì)化工生產(chǎn)裝置的設(shè)計(jì)、試生產(chǎn)、運(yùn)行、工藝變更、退役等各階段都可以使用，尤其適用于識(shí)別系統(tǒng)缺陷。

1.2.1 HAZOP 分析準(zhǔn)備工作

在采用HAZOP 技術(shù)對(duì)精細(xì)化工生產(chǎn)裝置實(shí)施工藝危害分析前，需要進(jìn)行充分的準(zhǔn)備工作，主要包括以下幾方面。

（1）組建HAZOP 分析小組，明確小組成員的分工和職責(zé)。分析小組要選擇一位訓(xùn)練有素、富有經(jīng)驗(yàn)的組長，小組成員應(yīng)具有HAZOP 技術(shù)運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)。

（2）收集HAZOP 分析所需資料?；举Y料包括：帶控制點(diǎn)工藝流程圖（P&ID），裝置設(shè)備和管道布置圖，操作規(guī)程，設(shè)備說明書。

（3）確定分析范圍和目標(biāo)，劃分分析節(jié)點(diǎn)。對(duì)于連續(xù)的工藝操作過程，HAZOP 分析節(jié)點(diǎn)為工藝單元；而對(duì)于間歇操作過程，HAZOP 分析節(jié)點(diǎn)為操作步驟。首先研究分析出帶有危險(xiǎn)因素的工藝單元或操作步驟，再將它們劃分為若干個(gè)便于分析的節(jié)點(diǎn)。

1.2.2 HAZOP 技術(shù)實(shí)踐應(yīng)用

以某精細(xì)化工裝置的氧化單元為例來介紹HAZOP 技術(shù)在實(shí)踐中的應(yīng)用。該精細(xì)化工裝置連續(xù)性生產(chǎn)，主要工藝單元分為原料預(yù)處理、氧化反應(yīng)、吸收精制等。通過分析設(shè)計(jì)意圖，將氧化單元作為1個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行HAZOP 分析。

氧化單元主要工藝流程為：反應(yīng)氣A（易燃?xì)怏w）、空氣和循環(huán)尾氣混合后進(jìn)入氧化反應(yīng)器，反應(yīng)后氣體（易燃、具有腐蝕性）經(jīng)冷卻后進(jìn)入下一工藝單元。氧化反應(yīng)器中發(fā)生氧化反應(yīng)，反應(yīng)放熱，該工藝屬于重點(diǎn)監(jiān)管危險(xiǎn)化工工藝“氧化工藝”。

氧化單元的主要生產(chǎn)設(shè)備包括反應(yīng)氣A 緩沖罐、反應(yīng)氣A 蒸發(fā)器、空氣預(yù)熱器、循環(huán)氣預(yù)熱器、熱媒鹽罐、反應(yīng)物料混合器、氧化反應(yīng)器、熱媒鹽循環(huán)泵、熱媒鹽冷卻器，以及設(shè)備之間的連接管線、閥門等。

確定需要考慮的參數(shù)，包括壓力、溫度、液位、流量，概念性參數(shù)包括腐蝕、泄漏、異常等。將每一個(gè)參數(shù)與引導(dǎo)詞組合形成可能的偏差，如“氧化反應(yīng)器溫度高”。識(shí)別事故發(fā)生的原因，以氧化反應(yīng)器為例，其溫度高的原因包括：熱媒鹽溫度控制回路故障，導(dǎo)致熱媒鹽管線閥門關(guān)閉或關(guān)??；熱媒鹽冷卻器液位儀表故障，導(dǎo)致循環(huán)冷卻水管線閥門關(guān)閉或關(guān)小；熱媒鹽循環(huán)泵故障；反應(yīng)器溫度監(jiān)測(cè)儀表故障等。分析可導(dǎo)致的事故后果：氧化反應(yīng)器溫度上升，嚴(yán)重時(shí)，反應(yīng)飛溫，反應(yīng)器壓力迅速上升，反應(yīng)器爆炸。經(jīng)評(píng)估，事故風(fēng)險(xiǎn)程度為“高”。需要指出的是，考慮事故風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)（包括事故后果和發(fā)生頻率）時(shí)，應(yīng)先評(píng)估未采取任何安全控制措施的固有風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，再考慮采取安全控制措施后的剩余風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

針對(duì)氧化反應(yīng)器溫度控制，已采取的安全措施包括：設(shè)置溫度高、低限報(bào)警；溫度監(jiān)測(cè)與熱媒鹽管線閥門開度聯(lián)鎖；設(shè)置溫度超高、超低限聯(lián)鎖停車；溫度監(jiān)測(cè)儀表的冗余設(shè)置。為了進(jìn)一步降低該風(fēng)險(xiǎn)，提高溫度監(jiān)測(cè)和控制的準(zhǔn)確度，建議縮短儀表校準(zhǔn)和控制、聯(lián)鎖回路的調(diào)試周期。

針對(duì)氧化反應(yīng)器溫度的HAZOP 分析結(jié)果如表1 所示。

2 精細(xì)化工行業(yè)工藝危害控制技術(shù)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，為了提高精細(xì)化工生產(chǎn)的本質(zhì)安全水平，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的精準(zhǔn)化控制，使生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化，通過自動(dòng)檢測(cè)和控制，監(jiān)測(cè)生產(chǎn)過程的運(yùn)行，消除、減少工藝危害，設(shè)置生產(chǎn)工藝過程的自動(dòng)化控制系統(tǒng)已經(jīng)成為最可靠和有效的工藝危害控制技術(shù)。

自動(dòng)化控制系統(tǒng)是指用一些自動(dòng)控制裝置對(duì)生產(chǎn)中某些關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)控制，使它們?cè)谝蚴艿酵饨绺蓴_(擾動(dòng))的影響而偏離正常狀態(tài)時(shí)，能夠自動(dòng)地調(diào)節(jié)而回到工藝所要求的數(shù)值范圍內(nèi)。目前，精細(xì)化工行業(yè)主要使用的自動(dòng)化控制系統(tǒng)從功能上可以分為兩大類。

（1）過程控制系統(tǒng)，如分散控制系統(tǒng)（DCS）、可編程邏輯控制器（PLC）、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)（SCADA），主要用于對(duì)生產(chǎn)過程的測(cè)量和控制，也可實(shí)現(xiàn)部分安全聯(lián)鎖保護(hù)功能。

（2）過程安全保護(hù)系統(tǒng)，如緊急停車系統(tǒng)（ESD）、安全儀表系統(tǒng)（SIS）。當(dāng)生產(chǎn)過程出現(xiàn)異常時(shí)，可迅速進(jìn)行干預(yù)，降低事故發(fā)生的可能性，保障生產(chǎn)安全。過程安全保護(hù)系統(tǒng)的安全等級(jí)比過程控制系統(tǒng)要高。

近年來，國家越來越重視精細(xì)化工裝置工藝安全控制，多個(gè)文件中規(guī)定精細(xì)化工生產(chǎn)裝置應(yīng)配置自動(dòng)化控制系統(tǒng)，對(duì)工藝復(fù)雜、危險(xiǎn)性大、可能造成嚴(yán)重危害的生產(chǎn)裝置還應(yīng)設(shè)置SIS、ESD 等。如中華人民共和國應(yīng)急管理部（原國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局）公布了18 種重點(diǎn)監(jiān)管危險(xiǎn)化工工藝，在《首批重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化工工藝安全控制要求、重點(diǎn)監(jiān)控參數(shù)及推薦的控制方案》（2009 年）、《第二批重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化工工藝安全控制要求、重點(diǎn)監(jiān)控參數(shù)及推薦的控制方案》（2013 年）中對(duì)工藝安全控制作出了明確要求。

表1 氧化反應(yīng)器溫度HAZOP 分析記錄表

在自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)際運(yùn)行中，應(yīng)注意以下幾方面：

（1）采用危險(xiǎn)化工工藝的新建生產(chǎn)裝置要由甲級(jí)資質(zhì)化工設(shè)計(jì)單位進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（2）要明確控制系統(tǒng)過程安全要求、設(shè)計(jì)意圖和依據(jù)。根據(jù)工藝特點(diǎn)和工藝危害分析結(jié)果，確定重點(diǎn)監(jiān)控的工藝參數(shù)、控制回路?？刂葡到y(tǒng)需要采用容錯(cuò)和冗余設(shè)計(jì)。

（3）ESD 系統(tǒng)、SIS 系統(tǒng)應(yīng)獨(dú)立于過程控制系統(tǒng)（如 DCS、PIC）。

（4）對(duì)工藝過程所需安全儀表系統(tǒng)的功能性和完整性進(jìn)行評(píng)估，根據(jù)評(píng)估結(jié)果選擇相應(yīng)等級(jí)的儀表、元件等。

（5）加強(qiáng)過程報(bào)警管理，制定企業(yè)報(bào)警管理制度并嚴(yán)格執(zhí)行。

（6）制定控制系統(tǒng)的管理方案和定期檢驗(yàn)測(cè)試計(jì)劃，并嚴(yán)格執(zhí)行。

另外，在確定裝置自動(dòng)化程序的高低時(shí)，原則上應(yīng)由裝置的運(yùn)行要求及其技術(shù)經(jīng)濟(jì)性、可行性確定，如使裝置安全平穩(wěn)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，生產(chǎn)質(zhì)量合格的產(chǎn)品，產(chǎn)量滿足裝置負(fù)荷要求。

3 結(jié)語

對(duì)于精細(xì)化工生產(chǎn)過程來說，加強(qiáng)工藝過程危害的識(shí)別、評(píng)估與控制，是實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的關(guān)鍵因素。采用HAZOP 技術(shù)對(duì)工藝流程和操作步驟可能出現(xiàn)的偏差及其原因進(jìn)行分析，并根據(jù)分析結(jié)果采取有效的工藝控制方案，促進(jìn)精細(xì)化工生產(chǎn)裝置自動(dòng)化、智能化建設(shè)，是切實(shí)提高精細(xì)化工生產(chǎn)過程安全水平的有效途徑。