淺談Hazop分析在高壓加氫裝置中的應用

王 燕，孫戰清

(蒲城陜煤技術研究院工業化示范基地有限公司，陜西 蒲城 715500)

HAZOP(Hazard and operability analysis)方法是英國帝國化學公司為解決除草劑制造過程中的危害于1960年提出的一種系統危險分析方法[1]。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、系統化分析方法[2]，經過不斷的改進和完善，已經發展成為一種成熟風險分析方法，目前被廣泛應用于各類工藝過程和項目的風險評估工作中[3]。

BYD高壓加氫裝置是炔醛法生產1,4-丁二醇工藝中最主要的工序之一，它對1,4-丁二醇的產品質量以及制造成本的控制過程中起著非常重要的作用，而且其操作壓力高，物料介質易燃易爆，危險性也很大，在生產運營過程中操作相對較復雜，通過HAZOP分析對優化該系統的操作，降低風險能夠起到非常重要的作用[4]。

1 BYD高壓加氫工藝流程描述

BYD高壓加氫裝置是前工序送來的精制BYD與高純度氫氣(其中H2純度>99.5%，CO+CO2≤10 ppm，無H2S)在30.4 MPa的壓力、雷尼鎳催化劑的催化作用下反應生產粗BDO產品。主要設備包括加氫反應器、氫氣壓縮機、氫氣循環機、BYD進料泵以及BDO料液循環泵。

加氫反應器是固定床反應器，主要使用雷尼鎳催化劑進行催化加氫；氫氣壓縮機是將高純度氫氣從約5.0 MPa通過三級壓縮提壓至30.4 MPa壓力送至加氫反應器；氫氣循環機將加氫反應器出口未反應的氫氣經冷卻、氣液分離后加壓送回反應器，控制一定的氫氣循環量保證催化劑床層所需的空速，并通過定量的惰氣排放保持反應器內氫氣純度；BYD進料(五級高壓柱塞泵)將精制BYD由常壓提至30.4 MPa以上送至加氫反應器；BDO料液循環泵是通過將反應器內料液大部分返回、少量采出的方式循環運行，達到反應器內的反應效果。

該裝置使用的氫氣、精制BYD均為專線供給，產出的1,4-丁二醇粗產品送至精餾裝置提純。

2 HAZOP分析過程實施

2.1 分析前的準備

本次HAZOP分析的側重點是工藝部分或操作步驟的各種具體值，其基本過程是以引導詞為引導，對過程中工藝狀態(參數)可能出現的變化(偏差)加以分析，找出其可能導致的危害。

準備階段主要包括成立分析小組、確定分析目標、對象和范圍、收集必要的資料、安排會議分析討論。分析范圍包括我廠BYD加氫裝置的加氫反應器、氫氣增壓機、循環機、BDO減壓緩沖罐以及料液循環泵。在分析過程中，成立了包括工藝、設備、安全、環保、儀表、電氣等專業人員在內的小組。收集了包括裝置工藝管道儀表流程圖(P&ID)、工藝流程圖(PFD)、工藝操作規程、主要設備操作規程、儀表聯鎖邏輯圖、公用工程部分流程圖等相關技術資料，并對圖紙、資料進行分析，從中確定滿足HAZOP分析的圖紙及資料。

2.2 HAZOP分析過程

HAZOP分析小組針對分析范圍內各參數偏差產生的原因、偏差導致的后果、設計中已采取的工程控制措施進行了詳細的分析。我廠加氫裝置HAZOP分析，共劃分了以加氫反應器、二級加氫反應器、BDO減壓緩沖罐、氫氣壓縮機與循環機等4個節點，供使用參數20個、偏離31個，內容涵蓋7張P&ID圖紙，偏離的全面使用能夠充分的識別出系統中存在的潛在危險。在節點劃分的基礎上，HAZOP分析小組對工藝操作及工藝設計、儀表、設備、工藝安全信息等方面的問題進行了詳細分析。

例如在二級反應器液位與BDO緩沖罐的壓力控制問題上，存在高壓氫氣串入低壓設備中造成設備刺漏、損壞、著火甚至爆炸的危險，也存在氫氣循環機帶液造成循環機液擊損壞設備的可能。經過小組人員的分析討論，其主要原因是二級反應器與BDO緩沖罐之間壓差特別高，由30.4 MPa減至0.3 MPa ，對儀表減壓裝置的要求也很高，為防止以上問題出現，我們主要制訂了以下幾方面的預防措施。一是增加設置二級反應器液位與BDO緩沖罐壓力的報警與聯鎖；二是對緩沖罐現有的安全閥、防爆板等安全設施進行定期的檢查、效驗；三是加強對儀表減壓設施的定期檢查維護，分析記錄表如圖1所示。

圖1 高壓加氫反應裝置分析記錄表

2.3 評估風險等級并提出建議措施

針對每個節點，選取符合節點要求的所有偏差，并根據偏差所產生的后果嚴重程度、采取現有措施后的發生概率，對其進行風險等級劃分。對風險程度為Ⅲ級的風險(無Ⅳ級的風險)提出了進一步的消減措施。對于風險等級為Ⅰ、Ⅱ的風險，提出了供參考的建議措施。如節點2中二級反應器液位控制中建議增加液位高低報警聯鎖；節點4中氫氣純度的控制上，我們建議增加氫氣純度在線分析儀以及報警設施，以保證反應器的氫氣純度與反應效果。

3 結 語

本裝置為高溫、高壓、易燃、易爆裝置，溫度一般在135 ℃左右，壓力最高可達30.4 MPa以上。設備超壓損壞，介質泄漏，發生爆炸著火等后果；管道法蘭連接較多，而且操作條件變動或氣溫變化，不論哪個環節有問題，都有可能造成泄漏，發生高壓氫氣串出，導致著火爆炸、人員傷亡、設備損壞等后果[5]。HAZOP有助于系統的識別和評估工藝危害風險，查找生產裝置事故隱患，并將分析結果作為詳細設計、設計變更、隱患治理、員工培訓、操作規程和應急預案制修訂等工作的重要依據，這些對提高裝置自控率、安全水平、操作穩定等方面具有很大意義。將HAZOP分析所發現的分析出的問題進行歸檔整理，并通過隱患治理、技術攻關、技措項目、檢維修等方式確保所有的建議措施在生產運行過程中得到落實，才能更有效的保證裝置的安全穩定運行。