HAZOP分析在甲基化工藝危險辨識中的應用

向 武,劉仁國,張克躍

(華爍科技股份有限公司,湖北 武漢 430074)

甲基化工藝是國家安全生產監督管理總局公布的首批重點監管的危險化工工藝之一。酮基布洛芬中間體3-(1-氰乙基)苯甲酸甲酯的生產中要采用甲基化工藝，將碳酸二甲酯滴加到間氰甲基苯甲酸甲酯、溶劑和催化劑的混合液中，控制溫度在200 ℃、2 MPa下反應3 h，蒸去溶劑，得到3-(1-氰乙基)苯甲酸甲酯。溶劑回收套用。

作者采用HAZOP分析(Hazard and operability analysis)方法[1～6],對3-(1-氰乙基)苯甲酸甲酯甲基化工藝進行分析、查找偏差，針對偏差找出原因，分析后果，并提出了在甲基化工序采用DCS控制系統。經過設計、安裝、調試及正常生產一年多的檢驗，該項目實現了甲基化工序自動控制、遠程控制和安全聯鎖的目的。

1 HAZOP分析簡介

HAZOP分析即危險與可操作性分析，是一種用于辨識設計缺陷、工藝過程危害及操作性問題的結構化、系統化的定性危險評價方法，用于探明生產裝置和工藝過程中的危險及其原因，尋求必要對策。通過分析生產運行過程中工藝狀態參數的變動、操作控制中可能出現的偏差以及這些變動與偏差對系統的影響及可能導致的后果，找出出現變動與偏差的原因，明確裝置或系統內及生產過程中存在的主要危險、危害因素，并針對變動與偏差的后果提出相應的控制措施。

2 甲基化工藝的HAZOP分析

2.1 工藝流程分析

甲基化工藝以碳酸二甲酯與間氰甲基苯甲酸甲酯來制備3-(1-氰乙基)苯甲酸甲酯，副產二氧化碳和甲醇。該反應過程為放熱反應，反應開始時溫度和壓力上升較快，而反應溫度與反應速度是成正比的，反應溫度越高反應速度就越快，產生的二氧化碳氣體就越多，反應釜內的壓力就越大，若不能將二氧化碳氣體及時排出，有可能造成反應釜內壓力超壓發生爆炸。因此，要嚴格控制反應釜內的溫度和壓力，防止發生安全事故。

甲基化工序原來采用單回路電源供電方式，若該回路電源發生突然停電事故，就會危及到生產安全，有可能發生爆炸事故。

2.2 HAZOP分析

對甲基化反應單元的工藝、設備、運行情況、存在的隱患及安全保障措施進行了反復分析、討論，總結甲基化反應系統事故原因主要有：

(1)夾套溫度升溫過快。釜內溫度快速上升，反應劇烈，釜內超溫、超壓，可能發生爆炸。

(2)反應釜內溫度過高。反應劇烈，釜內超壓，可能發生爆炸。

(3)反應釜內溫度過低。不進行反應，溫度、壓力下降。

(4)反應釜內壓力過高。可能發生沖料或爆炸。

(5)反應釜內壓力過低。反應釜的閥門或管道發生泄漏,現場報警器報警。

(6)放空管內發生火災或爆炸。

(7)放空時損壞機電和密封系統，無法正常運行。

(8)突然停電,反應系統失去控制。可能發生沖料或爆炸事故。

將甲基化反應單元的工藝參數“溫度、壓力、反應”與引導詞“過量、減量、異常”進行結合，得出6個有意義的偏差，進而分析導致偏差的原因、偏差可能導致的不利后果、現有的保護措施，并提出相應的建議措施，見表1。

表1 甲基化反應單元HAZOP分析表

2.3 分析結果整理

從甲基化反應單元HAZOP分析結果可以看出，HAZOP分析能夠系統地對甲基化反應單元進行工藝危害分析，并能提出“采用DCS控制系統，分別按3個階段設定的溫度值控制電加熱器根數；在反應釜上設置溫度、壓力監控聯鎖裝置和緊急泄壓裝置；嚴格控制放空速度及放空時間；控制攪拌與放空不能同時進行；采用雙回路供電,以滿足緊急情況的用電需求”等必要的建議措施，以減輕和消除危害可能導致的事故后果。

2.4 甲基化工藝采用DCS控制系統簡述

甲基化反應有二氧化碳氣體產生，需嚴格控制反應溫度及壓力，在甲基化反應釜上安裝溫度監控單元和壓力監控單元,并與緊急泄壓和緊急冷卻系統進行聯鎖。在導熱油供油管上設置流量調節,并與溫度聯鎖。當反應溫度過高時，開啟導熱油降溫；若溫度超過高高限,除開啟導熱油降溫外,還要緊急切斷電加熱器電源,并發出聲光報警。在泄壓管道上設置正常放空調節閥、緊急泄壓及遠程手動泄壓閥門。當反應壓力過高時,人工遠程開啟泄壓閥門泄壓,必須停止攪拌后方可進行，排出氣體降低釜內壓力；若壓力超過高高限時,開啟緊急泄壓,排出氣體降壓,并發出聲光報警；若壓力繼續升高,安全閥起跳,釋放釜內壓力,實現緊急停車。

在攪拌電機上設置電流監控單元并與報警進行聯鎖，當攪拌電機出現故障時,發出聲光報警。

在導熱油油泵出口處設置溫度和壓力遠傳單元,當導熱油溫度過高或斷流時,發出聲光報警。

3 結語

采用HAZOP分析方法分析了甲基化工藝導致偏差的原因及偏差可能導致的不利后果，提出控制措施及采用DCS控制系統的參數，達到自動、遠程控制和安全聯鎖的目的。表明應用HAZOP分析能充分識別危險，并在此基礎上提出控制措施，對預防和減少事故具有重要意義，HAZOP分析方法非常適用于化工生產裝置的危險性分析。

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