何照龍 俞文光 范爭爭 楊繼華

（浙江中控技術(shù)股份有限公司，杭州310053）

HAZOP是一種通過分析生產(chǎn)過程中可能存在的偏差，確定潛在危險(xiǎn)和可操作性問題的安全分析方法。HZAOP分析的目的是識(shí)別出裝置在設(shè)計(jì)、安裝、操作和維護(hù)工作中可能存在的危險(xiǎn)和已有的安全措施，對裝置的設(shè)計(jì)、安裝、操作和維護(hù)提出建議，以提高生產(chǎn)過程的安全性和可操作性。HAZOP分析包括項(xiàng)目定義、會(huì)議準(zhǔn)備、會(huì)議組織、報(bào)告編制、建議的落實(shí)與跟蹤等流程。

HAZOP會(huì)議的組織程序一般如下：由HAZOP主席選擇一個(gè)節(jié)點(diǎn)，工藝人員對該節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)意圖進(jìn)行描述；根據(jù)描述，HAZOP主席選擇一個(gè)要素和一個(gè)關(guān)鍵字搭配，形成一個(gè)偏差；針對HAZOP主席提出的偏差，全體組員分析形成偏差的原因和偏差可能造成的后果，并考慮目前是否已有安全措施；如果沒有，那么需要提出建議并落實(shí)相關(guān)的負(fù)責(zé)人；如此往復(fù)將該節(jié)點(diǎn)內(nèi)所有的偏差都分析完，繼續(xù)選擇后續(xù)節(jié)點(diǎn)，直至該項(xiàng)目所有節(jié)點(diǎn)都完成。

化工生產(chǎn)可分為全間歇、半間歇、連續(xù)、半連續(xù)等方式，可將半連續(xù)、半間歇及全間歇統(tǒng)稱為間歇生產(chǎn)過程，其共同特點(diǎn)是物料狀態(tài)隨時(shí)間不斷變化[1]。

間歇生產(chǎn)過程是動(dòng)態(tài)的，不能直接利用HAZOP進(jìn)行安全分析。但是由于間歇單元一般由進(jìn)料、加工、等待倒空、倒空、清洗和等待進(jìn)料6個(gè)步驟組成，如果將間歇單元分解為以上步驟的組合，那么按照操作流程，間歇生產(chǎn)過程就可分解為若干狀態(tài)確定的步驟。所以只要在HAZOP分析之前，詳細(xì)分析整個(gè)間歇生產(chǎn)過程，根據(jù)操作順序，將整個(gè)操作過程分解為若干狀態(tài)確定的步驟，就可以利用HAZOP進(jìn)行安全分析。為明確在每一步需要分析的工藝片段，需要將操作步驟和生產(chǎn)過程組合成一個(gè)分析矩陣，如表1所示。

表1 間歇式反應(yīng)器分析矩陣Tab 1 Analysismatrix of batch reactor

以氯化聚氯乙烯（CPVC）裝置為例說明HAZOP的分析過程。

1 配料單元的HAZOP分析

1.1 工藝過程

CPVC是聚氯乙烯（PVC）的氯化產(chǎn)物，經(jīng)氯化改性后，具有許多優(yōu)越的特性，軟化點(diǎn)比PVC高20～40℃，拉伸強(qiáng)度比PVC提高50%左右，耐腐蝕性能比PVC大大提高，具有較低的熱傳導(dǎo)率[2]。

CPVC的生產(chǎn)工藝可以分為配料單元、氯化單元、中和單元、物料離心單元、氣體干燥單元和產(chǎn)品包裝單元。其中物料離心、氣體干燥和產(chǎn)品包裝為連續(xù)生產(chǎn)過程；配料單元、氯化單元、中和單元為間歇生產(chǎn)過程。選取配料單元進(jìn)行分析，其他間歇單元的分析類似。配料單元工藝流程如圖1所示。

圖1 CPVC生產(chǎn)配料單元Fig 1 Batching unitof CPVC production

配料的具體操作步驟如下：

1)啟動(dòng)稀酸泵，打開酸切斷閥；等待加酸量到達(dá)設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉酸切斷閥，停止稀酸泵。

2)啟動(dòng)配料釜的攪拌器。

3)打開PVC進(jìn)料閥，通過PVC加料斗加入一定的PVC粉末；加料完成之后，關(guān)閉PVC進(jìn)料閥。

4)打開氮?dú)獯祾咔袛嚅y，利用低壓蒸汽調(diào)節(jié)配料釜溫度。當(dāng)配料釜溫度達(dá)到設(shè)定值之后，等待30 s后，關(guān)閉低壓蒸汽，同時(shí)關(guān)閉氮?dú)獯祾咔袛嚅y，等待出料。

5)選擇好出料對象之后，打開氯化釜頂上的PVC加料閥，打開配料釜的底閥，打開氮?dú)膺M(jìn)口切斷閥往配料釜中通入氮?dú)?，提高釜?nèi)壓力。

剛開始時(shí)壓力上升，迫使配料釜內(nèi)物料進(jìn)入氯化釜。當(dāng)壓力上升到一定程度之后，配料釜內(nèi)大量的物料進(jìn)入氯化釜，導(dǎo)致壓力下降。最后當(dāng)配料釜內(nèi)物料都輸送完畢之后，釜內(nèi)壓力降到最低。5 s后打開熱水切斷閥，加入熱水對配料釜進(jìn)行清洗，10 s之后關(guān)閉熱水切斷閥。

6)關(guān)閉氮?dú)膺M(jìn)口切斷閥，關(guān)閉配料釜的底閥，關(guān)閉氯化釜頂上的PVC加料閥。

7)打開廢氣放空切斷閥。

1.2 HAZOP分析矩陣

從整個(gè)過程來看，配料單元主要的步驟為配料和出料。對配料單元進(jìn)行工藝片段分析，得到表2。在配料工序，需要分析的部分有輸酸線、加PVC線，氮?dú)獯祾呔€，低壓蒸汽線和配料罐；在出料工序，需要分析的部分有氮?dú)饧訅壕€，熱水線，出料線，廢氣線和配料罐[3]。

表2 配料單元分析矩陣Tab 2 Analysismatrix of batching unit

1.3 HAZOP分析實(shí)踐

從以上的分析可知，在配料單元，與配料工序相關(guān)的部分有輸酸線、加PVC線、氮?dú)獯祾呔€、低壓蒸汽線和配料罐。在這些需要分析的部分中，需要分析的工藝參數(shù)有淡酸流量、配料罐溫度和配料罐壓力。

淡酸流量形成的偏差主要有流量過高和流量過低。形成流量過高的原因主要有上游來量過高和流量計(jì)損壞。上游來量過高造成的后果為配料時(shí)間縮短，無不良影響。目前沒有任何安全措施，也不需要安全措施。流量計(jì)損壞造成的后果為配料釜中酸含量變小，影響質(zhì)量。目前沒有安全措施，但是存在潛在的危險(xiǎn)，所以需要考慮增加相關(guān)的安全措施。建議在配料釜中增加液位測量，通過觀察液位變化判斷流量計(jì)是否故障。責(zé)任方為設(shè)計(jì)院。

形成流量過低的原因主要有上游來量過低、流量計(jì)損壞和酸切斷閥損壞等。上游來量過低造成的后果為配料時(shí)間變長，影響生產(chǎn)效率。目前已有安全措施為流量低報(bào)警。通過流量低報(bào)警可以發(fā)現(xiàn)流量過低的偏差，提醒操作人員檢查生產(chǎn)狀況，沒有必要增加其他安全措施。流量計(jì)損壞造成的后果為配料釜中酸含量變多，影響質(zhì)量。目前沒有安全措施，但是存在潛在的危險(xiǎn)，所以需要考慮增加相關(guān)的安全措施。建議在配料釜中增加液位測量，通過觀察液位變化判斷流量計(jì)是否故障。責(zé)任方為設(shè)計(jì)院。酸切斷閥壞造成的后果為配料時(shí)間過長，影響生產(chǎn)效率。目前已有安全措施為流量低報(bào)警。

接著需要分析配料罐溫度和壓力等過程參數(shù)，同時(shí)還要分析加酸總量和加PVC總量等操作參數(shù)，分析它們可能存在的偏差，造成這種偏差的原因以及可能導(dǎo)致的后果。分析完過程參數(shù)和操作參數(shù)之后，需要分析操作步驟。將過程參數(shù)、操作參數(shù)和操作步驟分析之后，整理如表3所示。

2 改進(jìn)與效果

從表3可以看出，人工操作具有很強(qiáng)的不確定性。在操作過程中可能存在的一些偏差為：在關(guān)閉底閥前進(jìn)料、加PVC時(shí)打開氮?dú)獯祾唛y。在關(guān)閉底

閥前進(jìn)料會(huì)使物料直接進(jìn)入氯化釜，影響后續(xù)生產(chǎn)。目前沒有安全措施，靠操作員手動(dòng)操作。

表3 配料單元配料步驟HAZOP分析Tab 3 HAZOP analysis of batching steps in batching unit

為了減少操作失誤，提高生產(chǎn)過程的安全性，將整個(gè)操作過程設(shè)計(jì)為自動(dòng)配料，如圖2所示。

圖2中，備注欄為需要設(shè)定的操作參數(shù)，在選擇好需要配料的配料釜之后，根據(jù)實(shí)際需要填寫這些操作參數(shù)；第2列為需要達(dá)到的初始化狀態(tài)；第3列為初始化條件是否滿足的顯示，如果條件未滿足，點(diǎn)擊初始化按鈕之后，程序會(huì)進(jìn)行初始化操作使條件滿足。如果條件滿足，直接點(diǎn)擊第4列的啟動(dòng)按鈕，程序?qū)牡?～14步順序完成啟動(dòng)稀酸泵、打開酸切斷閥、計(jì)量酸到設(shè)定值、關(guān)閉酸切斷閥、停止稀酸泵、啟動(dòng)攪拌器、打開PVC加料閥、設(shè)定人工加料時(shí)間完成后關(guān)閉PVC加料閥、打開氮?dú)獯祾咔袛嚅y并對配料釜進(jìn)行加熱、當(dāng)配料釜溫度加熱到設(shè)定值后，延時(shí)一段時(shí)間停止加熱并關(guān)閉氮?dú)獯祾咔袛嚅y。在第14步完成之后，結(jié)束確認(rèn)按鈕會(huì)亮起，操作員只需要點(diǎn)擊確認(rèn)即完成了對配料釜的配料。

通過改進(jìn)，操作員只需要在開始配料時(shí)點(diǎn)擊啟動(dòng)按鈕，在配料完成后點(diǎn)擊結(jié)束確認(rèn)按鈕即可，降低了人工干預(yù)的程度，提高了操作的可靠性，同時(shí)減少了操作員的操作強(qiáng)度。

3 結(jié)語

此次HAZOP分析，在采用了分析矩陣這一工具后，對裝置的危險(xiǎn)與可操作性的分析，有了比以往更為深入與細(xì)致的效果，為提升CPVC整個(gè)裝置的安全本質(zhì)水平做出了積極的貢獻(xiàn)。這種工具是否在其他同類裝置中也能起到良好作用，仍然需要實(shí)踐與反思。

圖2 CPVC生產(chǎn)配料單元配料步驟操作畫面Fig 2 Operation interface of batching steps in batching unitof CPVC production

[1]楊志才.化工生產(chǎn)中的間歇過程——原理、工藝及設(shè)備[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2001:14-15.

[2]冉亮.水相懸浮法氯化聚氯乙烯生產(chǎn)工藝[J].氯堿工業(yè),2003(9):32-33.

[3]吳重光.危險(xiǎn)與可操作性分析（HAZOP）應(yīng)用指南[M].北京:中國石化出版社,2012.