鄰氯苯甲腈化工中間體裝置的HAZOP分析

李鳳強

(中石油吉林化工工程有限公司，吉林 吉林 132001)

由于氯苯甲腈化工中間體生產過程原料液氨屬有毒氣體，鄰氯甲苯屬易燃液體，反應條件存高溫、高壓，存在著易燃液體、有毒氣體擴散、以及液氨管殼程內漏、羅茨風機調頻故障等危險工況。因此，為了防止重大安全事故發生的概率以及減輕事故影響的危害程度，在鄰氯苯甲腈反應工藝單元設計改造過程中應用了危險與可操作性(HZAOP)分析方法，進行風險分析，查找涉及缺陷，并根據分析結果提出建議措施，降低裝置的的風險等級，完善設計、使裝置運行更加安全平穩。氨氧化生產鄰氯苯腈過程是裝置的核心工段，重要程度不言而喻。然而，針對該裝置的 HAZOP 分析研究未見報道。為此，以某公司7000t/a鄰氯苯甲腈化工中間裝置為例，研究了 HAZOP 分析方法在設計階段的應用并提出了改進措施。

1 HAZOP 分析技術

HAZOP分析方法是一種用于辯識設計缺陷、工藝過程危害及操作性問題的結構化分析方法。方法的本質是由工藝、設備、電器等單元的專業人員組成HAZOP分析小組按照相關規定對系統內部劃分的分析節點，并對節點內的每一個工藝設計以及操作步驟進行系統地分析與研究，分析導致該節點內部那些具有潛在的危險偏差，這些偏差通過引導詞引出，分析產生偏差的可能帶來的危險，根據該偏差的特點提出改進措施[1]。HAZOP分析方法是以系統工程為基礎的一種可用于定性分析或定量評價的危險性評價方法[2]，在防止及減少工藝裝置事故的發生、減輕事故危害程度等方面，HAZOP分析方法起到鄭重重要的作用，被化工行業認為是可極大增強裝置生產安全性、運行可靠性，實際應用效果顯著的的一種安全評價方法[3]。

HAZOP分析需要結合工藝的帶控制點流程圖、物料平衡表、流程圖、設備圖紙、施工圖紙等設計資料以及操作卡作為基礎資料，對裝置進行結點劃分。根據引導詞，小組成員研究發現系統可能出現的危險，得到的分析結果為偏差產生的原因，偏差可能導致的后果，產生后果的風險等級，安全措施、后續改進的指導建議[4]，HAZOP分析的流程圖見圖1。

圖1 VHAZOP分析流程圖

2 HAZOP 分析及應用

2.1 工藝流程

來自液氨儲罐的液氨進入液氨氣化器氣化，與計量的鄰氯甲苯和水一同進入原料氣化后進入流化床。空氣經簡單過濾及電加熱器預熱，由羅茨風機送至流化床。

來自原料氣化器的物料進入流化床氣體分布板上方，來自羅茨風機的空氣進入流化床下部的氣體分布板下方。在加熱條件和催化劑作用下，發生氨氧化反應，生產鄰氯苯腈，氣體物料在流化床內停留時間約50S。

旋風分離器將催化劑和氣體物料分離，催化劑通過旋風料退回到流化床，循環使用。反應氣出流化床后進入凝華塔急冷捕集。流化床下部的反應溫度控制在390±5℃，流化床出口溫度控制在0±5℃。

氨氧化反應為放熱反應，流化床內部設上下兩段冷卻系統，在不調整物料流量的前提下通過冷卻水調節流化床上下部溫度，防止熱聚合。

2.2 HAZOP分析節點劃分

據HAZOP分析的要求，應將分析對象劃分為HAZOP分析節點以便于分析小組進行系統分析。依據該項目鄰氯苯甲腈反應工段的實際情況，劃分為3個節點。HAZOP分析節點及節點描述見表1。

表1 HAZOP分析節點

2.3 確定偏差

對于每一個分析節點，分析小組以該裝置實際運行正常工藝參數為標準值，分析工藝參數出現偏差的具體原因，這些偏差由引導詞與工藝參數引出。如液氨汽化器管殼程內漏導致的液氨竄入循環水管線，污染循環水，人員接觸造成人員傷亡事故，或者由于液氨汽化器出口流量控制回路流量控制器故障，或者執行器開度過小或關閉等，造成的氨汽化器液氨減少或中斷，影響下游反應等。

在原料預處理、反應、產品處理、均存在對現場操作人員身體生理健康、心里健康、裝置運行安全和生態環境等不同形式的，不同程度的影響和危害。由于，裝置內部各個分析節點的特性不盡相同，其偏差引起的主要危險及有害因素也會相應發生變化，在進行HAZOP分析時結合其實際情況，調整分析的重點。本裝置反應工段在進行 HAZOP 分析時，需要重點關注壓力管道因低壓竄氣、壓力容器因機械故障造成的滿罐以及腐蝕泄漏引發的潛在危險。此外，純水輸送泵、羅茨風機等設備存在噪聲危害，高溫反應釜存在燙傷危害，在分析時也應進行考慮。

2.4 安全風險矩陣

安全風險矩陣法是風險可視化工具，能夠把危險發生的可能性和傷害的嚴重程度綜合評估風險大小的定性的風險評估分析方法。風險標準采用具體見表2。

表2 安全風險矩陣

傷害后果需要考慮健康與安全影響、財產損失影響、非財務與社會影響、環境影響四類，按嚴重性從輕微到特別重大分為5個等級，依次A、B、C、D、E，傷害后果發生的可能性從低到高分為7個等級，依次為1，2，3，4，5，6和7。

對于某風險的具體風險等級，應取四種后果中最高的風險等級，采用后果嚴重性等級的代表字母和可能性等級數字組合表示。例如：當后果等級為A，可能性等級為7時，其對應的風險等級為A7。

風險級別分為重大風險(紅色)、較大風險(橙色)、一般風險(黃色)和低風險(藍色)4個級別。

風險等級說明：

(1)低：不需要采取行動；

(2)中：可選擇性的采取行動。

(3)高：選擇合適的時機采取行動。

(4)很高：立即采取行動。

3 HAZOP 分析結果

根據HAZOP 分析方法的要求，其分析結果應該以分析記錄表的形式總結，主要包括節點編號、偏差、詳細偏差、原因、頻率、后果、后果等級、初始風險等級、現有保護措施、剩余風險等級、建議措施、最終風險等級。本文以汽化器換熱器管殼程內漏為例，詳細闡述“泄露”該偏差，是如何進行分析的。假設汽化器換熱器管殼程內漏，則可能的原因汽化器換熱器管殼程內漏，所造成的后果為換熱器管殼程內漏，蒸汽泄漏至液氨管線，導致液氨管線溫度、壓力升高，影響反應，嚴重時氨氣緩沖罐超壓，薄弱環節泄漏，氨氣泄漏至外界，污染環境，導致人員中毒，遇點火源發生爆炸火災，初始風險等級為D5。已有的保護措施包括：

(1)氨氣緩沖罐溫度指示報警及人員響應；

(2)氨氣緩沖罐壓力指示報警及人員響應；

(3)氨氣緩沖罐安裝安全閥。

經計算分析，保護措施作用下，最終的風險等級由D5降至D2。

本次鄰氯苯甲腈化工中間體裝置HAZOP 分析，著重對工藝流程安全、裝置運行安全、財產損失影響、非財務與社會影響、環境影響等方面進行討論，劃分3個工藝節點，系統分析了72條偏差，提出改進意見12條。表3列舉了部分典型的分析結果。

表3 鄰氯苯甲腈化工中間體裝置HAZOP分析結果表

3 結論

通過對鄰氯苯甲腈化工中間體裝置進行HAZOP 分析，系統識別了識設計存在缺陷、工藝過程危害及操作性問題漏洞，并通過提出相應的建議措施，削減了風險等級，為增強整個中間體生產裝置的安全性和可靠性提供了系統性幫助。

在本次HAZOP分析所得到了的72條偏差中，初始風險等級為D類風險14條，C類風險22條，其余36條為B類風險。出現D類與C類風險主要原因為：(1)因溫度過高、流量過大引起的超壓非正常工況，造成管道與設備的超壓泄露；(2)因控制器或者執行器失效引起的反應器超溫、超壓工作，造成反應器費非正常工況運轉，造成產品不達標、反應器因高溫、高壓泄露；(3)因溫度過高，影響液氨氣化量，影響下游反應正常運行。因此在對鄰氯苯甲腈化工中間體裝置進行HAZOP 分析時，應特別注意系統溫度與壓力的檢測、控制與執行，避免造成裝置處于非正常工況的運轉。