HAZOP分析在聚酯裝置設計中的應用

梅兵波

(中國昆侖工程公司，北京100037)

隨著聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)裝置單線生產能力日趨增大，近年來越來越多的企業投入到PET行業。但隨著PET生產能力急劇增加的同時，生產線的控制設計日趨復雜，存在潛在的事故隱患，企業對生產裝置的運行安全性和對人的安全保護要求越來越高。作者以PET工藝流程為例，采用危險及可操作性(HAZOP)分析方法對設計過程中的潛在風險進行分析，并提出了相應的風險控制方案。

1 HAZOP分析方法概述

HAZOP分析方法是對工藝裝置的安全性及可操作性進行系統分析的一種方法。該技術作為健康、安全和環境管理系統的重要組成部分，廣泛運用于國內外的石油化工工程設計過程。

HAZOP分析方法是實現PET生產裝置的本質安全設計的重要方法之一。PET生產裝置的本質安全設計是致力于使生產裝置設計中各專業設計人員、工藝、系統、動靜設備、配管、結構、建筑、自控、電氣、水道電信暖通輔助設施等因素的安全性和可靠性的完全結合［1］，控制好各種潛在的不安全因素，使其發生概率控制在可以接受的范圍內，從而達到生產裝置的長期本質安全，使裝置能夠長期穩定運行。

HAZOP分析方法是利用假定的各種變動對系統操作和工藝過程進行檢查，從而尋找出這些變動造成裝置的危害程度，并進一步制定安全措施避免這些危險變動的發生，從而保證裝置的長期安全平穩運行。該過程主要分為兩步，即劃分節點及分析節點變動對系統的影響。

1.1 節點劃分

節點是指工藝或操作中的特殊點，是由HAZOP分析小組按一定的單元操作原則將工藝過程分為若干個節點。常見的節點類型如管線、容器、反應器、換熱器、泵、壓縮機等。

1.2 節點變動對系統的影響分析

針對劃分的每一節點，依據專業經驗，分析裝置各階段如試運行、生產、開停車等階段時某些工藝參數偏離正常的設計值后而產生的后果。一般通過引導詞法來定義這種偏差，采用引導詞及工藝參數的方式［2］。引導詞的作用是幫助和引導各專業人員分析各種危險因素和導致其發生的原因，常用的引導詞見表1。

表1 常用的引導詞及其意義Tab.1 Common guide words and meaning

工藝參數選取操作中有可能發生變動的各種工藝參數，主要包括:液位、流量、溫度、壓力、物料組成、物料相態、時間、焓值、速度、黏度等。可根據本裝置的工藝特點選取有代表性或可產生重大危害的參數進行分析。

常見的HAZOP分析過程見圖1。

圖1 HAZOP分析步驟示意Fig.1 Schematic of HAZOP analysis procedures

2 HAZOP分析方法在PET裝置中的應用

2.1 PET裝置工藝簡介

PET生產主要由酯化和縮聚兩部分組成:酯化是以對苯二甲酸和乙二醇為原料，在一定的壓力和溫度條件下，生成對苯二甲酸雙羥乙酯和水;縮聚是對苯二甲酸雙羥乙酯的端羥基間進行縮聚反應，該過程是可逆平衡反應，只有把反應生成的小分子脫除掉，反應才能向提高聚合度方向進行，因此該過程需在高溫高真空條件下進行。溫度是決定縮聚反應速率的關鍵參數，提高溫度則大大加快過程速率，但溫度過高會對產品質量(如色相)產生不利影響。壓力是決定縮聚反應平衡物料特性黏數的關鍵參數之一，決定了反應的過程推力的大小。通常設計的終縮聚反應溫度為282℃，壓力為100 Pa。

2.2 HAZOP分析方法的目標及范圍

依據HAZOP分析方法，對PET主裝置終縮聚工藝流程進行HAZOP分析。根據PET裝置終縮聚反應系統的工藝流程特點，找出各種可能影響裝置安全的潛在危險因素，同時分析該因素發生時可能產生的重大危害，找出PET裝置危險區域，從而為從事裝置設計時各專業安全設計提供依據。

結合PET裝置自身的工藝流程的特點和HAZOP分析的步驟，各專業人員將系統分成多個分析節點，同時工藝人員提供各節點的正常生產時的參數，并找出有代表性或危害性較大的工藝參數，以表格形式記錄下來。然后由分析組各專業人員對每個分析節點，分析工藝參數偏離設計規定的基準狀態，會發生哪些危害，分析產生這些危害的原因，并提出相應的危險控制措施，從而將危險發生概率降低在可以接受的范圍內。

以終縮聚反應系統為一節點進行HAZOP分析說明，其流程如圖2所示。

圖2 終縮聚反應器系統流程示意Fig.2 Flow chart of final polycondensation reactor system

2.3 HAZOP分析結果

根據終縮聚反應器系統的操作特點，依據HAZOP分析方法，以終縮聚系統為一節點，由工藝、設備、電儀等各專業人士組成分析小組，對溫度、壓力、液位、密封等工藝參數發生變動時對系統的影響進行分析，分析結果如表2所示。由于終縮聚反應器是PET裝置的最重要的反應器之一，操作條件是高溫、高真空，參與反應的介質有高溫乙二醇、乙醛屬于危險品。此外，系統中還有一些低聚物，空氣一旦泄漏進反應器系統，達到一定的含量會有發生爆炸的可能，將造成反應器及裝置的嚴重傷害。對于此類影響裝置的安全運行及產品質量等方面的問題，運用HAZOP技術進行工藝過程危險性分析，對工藝管線、閥門設置、設備的材質選擇、儀表聯鎖、儀表設置等內容進行進一步的詳細設計。在裝置的操作上，要定期檢查。對裝置試壓、試漏、真空檢查等各項開車前操作，要嚴格按照操作規程操作。對于中控室，要時刻監控，及時調整各項運行參數，確保裝置的平穩運行。對于可能出現的特別嚴重后果的特殊工段，要制定應急預案。

表2 PET裝置終縮聚反應器系統HAZOP分析結果Tab.2 HAZOP analysis result of final polycondensation reactor system of PET p lant

3 結論

a.HAZOP分析方法是一個系統詳細的安全分析方法，通過對聚酯裝置設計中各節點分析，可以預防事故的發生、控制和減少事故損失、保障整個生產安全。

b.通過HAZOP分析在裝置試車、運行及開停車等過程中，可以識別出設計中潛在的缺陷和失誤，及時修改，提高PET裝置的本質安全性，確保PET裝置的安全穩定運行。

［1］ 王磊.PTA生產工藝風險分析及控制［J］.聚酯工業，2012，25(1):7－10.

［2］ 張宇航，李利軍.危險及可操作分析技術在PET裝置設計中的應用［J］.聚酯工業，2010，23(6):18－21.