四氫呋喃水溶液精餾系統HAZOP分析*

趙福真，肖 楊，金士威

(中南民族大學化學與材料科學學院，湖北 武漢 430074)

四氫呋喃屬于雜環有機化合物，是一種重要的有機合成原料，并且由于其優異的溶解性能也被廣泛應用為溶劑或反應溶劑[1]。四氫呋喃主要用于生產聚四亞基醚二醇及均聚醚、共聚醚、三元共聚醚等，它也可以作為原料生產聚氨酯彈性體、彈性纖維、高彈性橡膠、特殊用途涂料、呋喃系列藥品、硫醇系列香料等。

四氫呋喃無色透明液體，有醚樣氣味，分子量72.11，閃點-14.5 ℃，沸點66 ℃，自燃點321.1 ℃，爆炸極限2%～11.8%(V)，蒸氣密度2.5。四氫呋喃屬于甲B 類火災危險性可燃液體[2]，密度大于空氣，其蒸汽容易在地勢較低處積聚，而且四氫呋喃在儲存時容易變成可爆的過氧化物，遇明火、高溫、氧化劑易燃，并產生刺激性煙霧，具有一定的危險性。

本文利用HAZOP 分析對四氫呋喃和水溶液二元體系的雙塔精餾系統中潛在的危險和操作問題進行了識別，分析和評估其可能造成的安全后果，并對系統保護措施可靠性和有效性進行了論證，并提出了相應的建議措施，對四氫呋喃精餾系統的設計完善有良好的指導作用。

1 HAZOP 分析方法介紹

HAZOP是Hazard and Operability Analysis(危害與可操作性分析)的縮寫，20世紀60年代由ICI(英國帝國化學工業公司)開發，1974年英國化學工業協會(CIA)對外發布，并在全世界范圍內迅速推廣[3]，被認為是最佳分析方法而廣泛用于石油、化工和醫藥等行業[4]。HAZOP分析方法適合石化、化工等行業工藝裝置的開發、設計及改造，幫助設計人員合理設計操作過程，將工藝危害削減在設計階段。

HAZOP分析是由各專業人員組成的分析小組、通過分析會議的形式進行。分析小組成員在組長的引導下，通過使用核心指導詞和標準格式等，對生產過程中可能因偏離正常工況而導致的風險狀況進行分析和識別[5]，發現工藝或操作過程中存在的危害因素，并制定具體的安全防范技術措施，提供故障分析決策支持，最終形成可供審查的安全記錄文件。依據工藝系統危險因素的發展特點，采取增加安全儀表系統、完善工藝設計和落實安全措施等提高工藝裝置的本質安全，有效降低安全事故發生可能性。

2 四氫呋喃雙塔差壓精餾系統HAZOP分析

2.1 四氫呋喃雙塔差壓精餾系統工藝流程介紹

四氫呋喃的雙塔差壓精餾系統是利用在不同壓力下四氫呋喃共沸物組成含量不同的特性，采用常壓塔和加壓塔雙塔差壓精餾的方法分離提純四氫呋喃。該精餾流程如圖1所示，精餾系統主要由水塔T-1001、水塔底部泵P-1001A/B、塔回流罐V-1001、四氫呋喃塔T-1002組成。

圖1 四氫呋喃的雙塔差壓精餾流程圖

原料首先進入水塔T1001，T-1001為常壓塔，采用低壓蒸汽為熱源，通過精餾可從四氫呋喃混合物中分離出大部分水，并從T-1001的塔底排出，通過水塔底部泵P-1001A/B送往界區外集中處理。T-1001的頂部餾出物是四氫呋喃和水的混合物，為共沸物，富含四氫呋喃，在水塔冷凝器E-1005的冷凝，冷凝液被收集至水塔回流罐V-1001。部分塔頂產物回流至T-1001，其余送往四氫呋喃塔T-1002頂部進行一步精制。

四氫呋喃塔T-1002為加壓塔，操作壓力為0.6 MPag，采用中壓蒸汽為熱源。精制后的四氫呋喃產品從T-1002底部送出，送往下一工序。塔頂得到低濃度的四氫呋喃混合物，返回T-1001塔進一步脫水。

2.2 HAZOP分析過程

HAZOP分析作為一種風險辨識方法，根據工藝系統的特點將工藝流程劃分為不同的節點，并采用引核心指導詞引導的方法對工程設計文件進行審查，分析設計中所有可能偏離設計意圖的偏差，并最終形成HAZOP分析報告。HAZOP分析流程圖如圖2所示。

圖2 HAZOP分析流程圖

2.2.1 劃分節點

HAZOP分析基于供HAZOP審查的管道儀表流程圖及相關設計文件進行。節點可以是流程中的一個操作單元或多個設備組成的系統流程。每個節點的劃分，應有助于分析人員集中精力高效討論，從而保證HAZOP審查全面有效。本文中四氫呋喃雙塔差壓精餾系統目的一致且高度相關聯，因而作為一個節點進行分析。

2.2.2 解釋設計意圖

為保證HAZOP 分析及討論富有成效，工藝設計人員應向HAZOP分析小組充分解釋所分析節點(如2.1所述)的設計意圖[6]。分析小組的成員專業多樣化、知識背景也各不相同，只有在充分理解工程設計的情況下，對問題的識別才能更多更全面，提出的解決方案也更加切合實際。本次HAZOP審查分析小組成員包括工藝、儀表、管道等專業設計人員以及化工行業相似領域的專家。

2.2.3 建立偏差

偏差是引導詞和工藝參數的組合。在工藝系統里，工藝參數可能偏離正常值的波動范圍，這會造成偏離設計目的偏差。不同引導詞和工藝參數的組合將得到一系列偏差分析每個節點時，都應將一系列的偏差進行分析和審核。例如引導詞“無”和工藝參數“流量”可組合成偏差“無流量”，其他引導詞“高”、“低”、“逆向”等和“流量”可組合成偏差“流量高”、“流量低”、“逆流”等。在HAZOP 分析中主要用到的引導詞有：無、高、低、逆、并、部分等，常用的工藝參數有溫度、壓力、流量和液位等。

2.2.4 分析導致偏差的原因

分析小組會分析導致偏差的每個原因和可能引起的后果，并記錄有意義的偏差。所謂有意義的偏差是指導致偏差的原因是可能實際發生的，其可能造成的后果會產生危險或帶來操作問題。導致偏差的原因是復雜多樣的，主要因素有：設計、施工、設備、儀表、材料、材料、操作、公用工程故障以及自然災害等，不同的原因造成的偏差及其程度不同，HAZOP分析應盡可能對引起偏差的原因進行分析，這將有助于對偏差造成的后果進行評估。

2.2.5 分析偏差發生后的后果和現有的安全措施

偏差造成的損失包括人員傷亡、財產損失或其他可能的安全后果。分析小組對每個引起偏差的原因及可能引起的后果進行分析和評估，判斷設計中現有保護措施是否能有效減少危害事件發生幾率或減輕危害事件后果，能夠將事故后果降低到可接受范圍內。

2.2.6 記錄和建議措施

建議措施是對設計、操作程序等方面的改進建議，其目的是降低危害事件發生的幾率或后果的嚴重程度，以達到控制風險水平的目的。如果現有保護措施不充分，分析小組討論制定改進措施建議。會議記錄是HAZOP分析的重要組成部分，也是后續建議措施落實工作和變更管理的重要文件，每條偏差記錄應包括偏差、原因、后果、安全措施(若有)、建議措施(若有)。

2.2.7 明確建議措施響應方

HAZOP分析討論制定的建議措施，應具有可操作性，并由分析小組在會議上明確具體的響應方(個人或部門單位)，由響應方負責對建議措施進行響應。

3 結果與討論

3.1 HAZOP分析結果

根據上述的HAZOP分析程序，四氫呋喃的雙塔差壓精餾流程HAZOP分析記錄共計46項，如表1所示。

表1 四氫呋喃的雙塔差壓精餾流程HAZOP分析結果(節選)

3.2 討 論

運用HAZOP 分析方法對四氫呋喃精餾系統進行了分析，通過“工藝參數+引導詞”組合偏差對精餾系統的流量、液位、溫度、壓力等關鍵參數進行了事故劇情描述，并對現有的保護措施進行了審查分析，針對部分項并提出了相應的建議措施，分析結果表明四氫呋喃精餾系統現有的安全措施基本符合設計意圖，對于事故的發生可以起到一定的阻止和減緩作用。

4 結 論

本文通過HAZOP分析對四氫呋喃雙塔差壓精餾系統進行了風險評價，并分析了工藝和操作過程中可能存在的風險和采取的安全保護措施，并提出了相應的建議措施保障裝置的安全運行。HAZOP分析能夠使得工程設計人員和工廠技術人員及操作人員對該工藝系統更加了解，分析成果為設計人員的設計工作和工廠操作人員的運行維行、安全管理提供指導，對于避免發生產品質量問題和安全事故、提高裝置的運營能力有著重要的意義。