四氫呋喃水溶液精餾系統(tǒng)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(huán)有機化合物，是一種重要的有機合成原料，并且由于其優(yōu)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(yè)公司)開發(fā)，1974年英國化學工業(yè)協(xié)會(CIA)對外發(fā)布，并在全世界范圍內(nèi)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(yī)藥等行業(yè)[4]。HAZOP分析方法適合石化、化工等行業(yè)工藝裝置的開發(fā)、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(yè)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(chǎn)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(fā)現(xiàn)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(shù)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(jù)工藝系統(tǒng)危險因素的發(fā)展特點，采取增加安全儀表系統(tǒng)、完善工藝設計和落實安全措施等提高工藝裝置的本質(zhì)安全，有效降低安全事故發(fā)生可能性。

2 四氫呋喃雙塔差壓精餾系統(tǒng)HAZOP分析

2.1 四氫呋喃雙塔差壓精餾系統(tǒng)工藝流程介紹

四氫呋喃的雙塔差壓精餾系統(tǒng)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(tǒng)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(qū)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(chǎn)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(chǎn)品從T-1002底部送出，送往下一工序。塔頂?shù)玫降蜐舛鹊乃臍溥秽旌衔?，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(jù)工藝系統(tǒng)的特點將工藝流程劃分為不同的節(jié)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(jié)點

HAZOP分析基于供HAZOP審查的管道儀表流程圖及相關(guān)設計文件進行。節(jié)點可以是流程中的一個操作單元或多個設備組成的系統(tǒng)流程。每個節(jié)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(tǒng)目的一致且高度相關(guān)聯(lián)，因而作為一個節(jié)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(jié)點(如2.1所述)的設計意圖[6]。分析小組的成員專業(yè)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(yè)設計人員以及化工行業(yè)相似領(lǐng)域的專家。

2.2.3 建立偏差

偏差是引導詞和工藝參數(shù)的組合。在工藝系統(tǒng)里，工藝參數(shù)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(shù)的組合將得到一系列偏差分析每個節(jié)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(shù)“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(shù)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(fā)生的，其可能造成的后果會產(chǎn)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(fā)生后的后果和現(xiàn)有的安全措施

偏差造成的損失包括人員傷亡、財產(chǎn)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(xiàn)有保護措施是否能有效減少危害事件發(fā)生幾率或減輕危害事件后果，能夠?qū)⑹鹿屎蠊档偷娇山邮芊秶鷥?nèi)。

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(fā)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(xiàn)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(xù)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(jié)果與討論

3.1 HAZOP分析結(jié)果

根據(jù)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(jié)果(節(jié)選)

3.2 討 論

運用HAZOP 分析方法對四氫呋喃精餾系統(tǒng)進行了分析，通過“工藝參數(shù)+引導詞”組合偏差對精餾系統(tǒng)的流量、液位、溫度、壓力等關(guān)鍵參數(shù)進行了事故劇情描述，并對現(xiàn)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(jié)果表明四氫呋喃精餾系統(tǒng)現(xiàn)有的安全措施基本符合設計意圖，對于事故的發(fā)生可以起到一定的阻止和減緩作用。

4 結(jié) 論

本文通過HAZOP分析對四氫呋喃雙塔差壓精餾系統(tǒng)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(shù)人員及操作人員對該工藝系統(tǒng)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(fā)生產(chǎn)品質(zhì)量問題和安全事故、提高裝置的運營能力有著重要的意義。