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危险性可操作研究 (HAZOP)

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HAZOP法是英国帝国化学工业公司(ICI)于1974年开发的,主要是在设计定型审查阶 段,用它发现潜在的危险性和操作难点。由于这种方法能对变化动态过程中新出的危险性作 出判断,所以在生产运行过程中也得到广泛的应用。

1. 工作原理

HAZOP的基本原理是全面考查分析对象,对每一细节提出问题,例如在工艺过程考查 中,要了解每一阶段在生产运转中会出现哪些温度、压力、流量等参数和设计要求不一致, 即所谓发生偏差。进一步研究出现偏差的原因,会产生什么后果,以及采取何种措施解决。

为了引导思路并使之处于一定范围,避免漫无边际的提问,因此提问时只用几个关键 字,这几个字基本上能覆盖所有出现偏差的情况。

关键字的名称和含义列于表12-6。

表12-6 关键字及其意义

关 键 字意 义说 明
NO否


MORE多

LESS少

设计要求未出现


较设计规定要求增加

较设计规定的减少了

该处未发生设计规定的事件,如输液管线无液体流动


量的增加

量的减少

AS WELL AS以及质的变化虽然可达到设计和生产要求,但质的方面有变化,如出现


组成或相的变化

PART OF部分


REVERSE反向

OTHER THAN其它

数量和质量的变化


出现与设计要求相反的情况

出现了另外不同的事件

仅能达到设计的部分要求


如发生逆流、逆反应等

发生了不同事件,不能达到设计和生产标准的要求


图12-2 反应器原料供应系统


关键字主要起引导思路的作用,可以根据需要增 删,但不能过多,否则就失掉意义。如讨论和时间、频 率等有关情况,可使用MORE (多) 或LESS (少) , 也可用SOONER (不久) 或LATER (稍晚) ,如位置 情况可用HIGHER (较高) 或LOWER (较低) 等。

为对表12-6的使用加以说明,特举一简单装置为 例,如图12-2所示。

在图12-2的系统中,原料A和B经泵送入反应器, 反应生成产品C,假定B的浓度大于A的浓度,就会发 生爆炸性反应。在图12-2的流程中,取原料A的泵吸入 口到反应器的入口一段进行HAZOP分析。这部分的设计是要按规定的流量输送原料A。

用关键字提问得出表12-7。

表12-7

关键字偏 差可 能 原 因对系统造成的影响
未按设计要求输送


A

1.A贮罐是空的


2.泵故障

3.管断裂

4.阀门关

反应罐内B的浓度大会发生爆炸
输送了过量的A1.泵流量过大


2.阀门开度过大

3.A贮罐的压力过高

1.反应罐内A量过剩,会对工艺造成影响


2.反应罐溢流可能引起事故

输送A量过少1.阀门部分关闭


2.管线部分堵塞

3.泵性能下降

与“否”的情况相同
以及输送A的同时,发


生了一些另外的情况

1.从泵吸人口混入别的物质


2.从泵人口阀将A送到别处

3.管线和泵内发生相的变化

可能生成危险性混合物,发生火灾、静电或腐蚀


部分输送A量只达到设


备要求的一部分

1.A的成分不足


2.送到其它反应罐去了

A的成分不足和对其它反应罐的影响都要进行评


反向A的输送方向变反反应罐满了,压力上升,向管


线和泵逆流

A向外泄漏,应了解其危险性
其它A被送往别处1.输送了与A不同的原料


2.A输往别的地方去了

3.管线中A凝固了

1.了解有无反应


2.了解别的地方可能发生的结果

2. 工作程序

进行HAZOP的最佳时机是设计方案完全定型的时候。这时对研究提出的问题可以得到 有意义的答案,有可能对设计作出修改,而不会造成损失。当然在生产运转过程中使用 HAZOP也会取得有效的结果。

(1) 人员组成 HAZOP小组以5~6人组成为宜,应包括设计、工艺、仪表控制等专业 技术人员,也可吸收现场操作和设备维修人员参加,安全技术人员一般都作为HAZOP小组 的负责人。小组长要善于发动组员,深入思考,并有能力确定分析点,以及收集资料、制定 计划、准备记录表格,安排讨论会等工作。

(2) 资料准备 由于HAZOP需要研究分析对象的每一细节,所以资料必须详细可靠。 包括各种图纸如工艺流程图、工厂布置图、设备结构装配图、仪器仪表控制图、管线系统图 等以及有关的手册和设备制造厂家提供的说明书。

(3) 分析步骤 HAZOP小组按照制定的计划,一般都从工艺过程的起端开始,逐步 从管线或设备等能发生参数偏差的部位分析下去,一直到工艺完成,其步骤如下。

① 选一个反应器;

② 说明反应器和附属管线的一般用途;

③ 选一条管线;

④ 说明管线的用途;

⑤ 使用第一个关键字;

⑥ 导出一个有含意的偏差;

⑦ 研究可能的原因;

⑧ 研究其结果;

⑨ 确定危险性;

⑩ 作出适当的记录;

(11) 对第一个关键字所导出的偏差都用⑥~⑩的办法作一下;

(12) 用所有的关键字由⑤~(11)作一下;

(13) 对已经研究过的管线作出记号;

(14) 对每一条管线都用③~(13)作一下;

(15) 选一个附属设备 (例如加热系统) ;

(16) 说明附属设备的用途;

(17) 对附属设备从⑤~(12)作一下;

(18) 对已经研究过的附属设备作出记号;

(19) 对所有的附属设备用⑤到(18)作一下;

(20) 说明反应器的用途;

(21) 重复⑤~(12);

(22) 对已经研究过的反应器作出记号;

(23) 对流程图上所有的反应器都重复①~(12)的步骤;

(24) 对已研究过的流程图作出记号;

(25) 对所有流程图重复①~(24)的步骤。

(4) 各种偏差因素 下述造成偏差的因素可供分析时参考。

① 工艺管线

· 流量变化

A. 高流量。泵控制不稳,受器反应罐无压力、抽吸,热交换器漏。

B. 低流量。泵故障,反应罐入口管结垢、出现异构物或沉积物,抽吸力弱,空穴现 象,热交换器漏,阀堵塞。

C. 无流动。泵故障,受器反应罐超压,气体堵塞,出现异物、结垢、沉积。

D. 反向流动。泵故障,泵装反,受器反应罐超压,冲击,反虹吸。

以上原因可能由于自动控制失灵,人员操作错误或接口、管线、阀门、汽水分离阀,爆 破板,泄放阀等发生故障。

· 物理条件变化

A. 高低压或高低温度。沸腾,空穴,结冰,化学分解,闪蒸,凝结,沉淀,结垢,泡 沫,气体泄漏,爆炸,爆聚,粘度和密度变化,气象条件。

B. 静电。

·化学条件变化

A. 浓度高低。混合物、水或溶剂中比例变化。

B. 污染物。从高压系统、热交换器的泄漏进入空气、水、蒸汽、燃料、润滑油、腐蚀 性物质,工艺中其它物料,气体夹带、喷射,雾等。

· 开停车条件

A. 试验。有害物料的压力或真空试验。

B.开车。反应物、中间体的浓度。

C. 维修。吹扫、通风、消毒、干燥、加温,零备件。

·管线

登记和标志。

② 反应罐。反应罐内部变化。

A. 反应。泡沫,副反应,剧烈失控反应,空穴,放热,吸热,浓缩,触媒反应。

B. 混合。搅拌器故障,涡流,起层,腐蚀。

C. 液位。泛流,压力突增,腐蚀,结垢。

③ 工序。排出废料的相容性,在下水道,排水管,阴沟,集合槽,各种废水洗涤水连 接处,汽水分离器,排气管,烟囱火距等处能否发生化学反应。

④ 紧急处理

能源、空气、蒸气、氮气、水、燃料、抽真空和排气故障。

全部或局部发生故障或综合性故障。

装置和仪表盘的照明,报警装置的能源,局部或一般故障时的控制动作。

⑤ 非计划停车。停车手续和通讯系统,与其它装置或工段的联系等。

(5) 资料整理 小组分析完毕后要进行讨论,找出发生偏差的原因及可能的危险后 果,如职工伤亡及财物损失,个人风险或社会风险,对环境的影响等。讨论时可吸收项目工 程师或设备制造工程师参加。每次会议不可过长,最好不超过3小时。凡是经过分析的项目 都要标上记号。

资料整理中应及时地把结果填入规定的表格中,提供设计人员修改设计或供领导人 参考。

(6) 举例 兹举一个二聚烯烃化工流程的例子如图12-3,经分馏得到的烯烃/烷烃馏 分,由中间罐用泵经过约0.7kM的管道送往缓冲器/沉降槽。在此槽中将其中所含少量水分 分离,然后经过进料/成品热交换器,再经预热器加热到反应温度送入反应器。由于水会造 成逆反应,故需不断地从沉降槽把水排掉。进料在反应部分的停留时间必须严格掌握,以保 证烷烃能获得适当的转化并避免生成聚合物。对二聚烯烃单元运转危险性分析列于表12-8、 表12-9中。


表12-8 二聚烯烃单元运转危险性分析

由中间贮罐到缓冲器沉降槽的管线

关键字偏 差可能原因结 果修正措施
无物料流动(1)中间贮罐无原料反应缺原料,产量下降


无物料情况下,热交换器

中生成聚合物

(a)和中间贮罐操作人员保持良好联


(b)在沉降槽LIC上装低液位报警器

(2)JI泵失效(电动机


故障不转,叶轮腐蚀掉等

同(1)同(b)
(3)管道堵塞,错关切


断阀或LCV关上开不开

同(1)同(b)
JI泵过热(c)在JI泵上装返回线


(d)查泵JI泵过滤器设计

(4)管道破裂同(1)同(b)
烯烃撒漏在邻近公路上(e)巡查输送管线
物料流量过多(5)LCV打开关不上或


错开LCV旁路

沉降槽溢流(f)在LIC上装高液位报警器检查池


放阀尺寸对池放液体是否足够

(g)LCV旁路不用时,应有锁紧装置

沉降槽内水分离不完全,


给反应部分带来问题

(h)将J2泵吸入口提高到离槽底


30cm处


压力过高(6)JI泵在运转时错关


了切断阀或LCV

输送管线承受泵的全部


压力或冲击

(I)除返回线堵塞或切断外与(c)同


(j)校核管线、流量和法兰额定值,

如有必要,降低LCV动作速度,在上

位装一个压力表,在沉降槽上也单装一

个压力表



(7)由于火灾或日照,


切断阀部分热膨胀

管道破裂或法兰漏(k)在阀门部分安装热膨胀泄放装置


(泄放线另定)


温度过高(8)中间贮罐温度高输送管线及沉降槽压力


增高

(1)中间贮罐如无高温报警器应安装


一只

物料流量不足(9)法兰漏或接阀门的


短管未封好,因而泄漏

物料泄漏在附近的公路


与(e)同,校核方法和(j)同
温度过低(10)冬 季集水槽和排水管线冻结(m)水槽和排水阀之间保温并用蒸


汽伴管

部分
(11)中间贮罐水位高集水槽迅速流满,进入


反应段的水增多

(n)从中间贮罐经常放水


(o)在染水槽上装高液位报警器

物料中低级烃


含量高

(12)中间贮罐上位蒸


馏若受干扰

系统压力较高(p)在挥发性更大的烃类出现下,


校核沉降槽、管线及泄放阀尺寸是否合

多余有机酸(13)与(12)同槽底,水槽及排水管过


快腐蚀

(9)校核结构材料是否适用
其它维 修(14)设备失效,法兰


漏等

管线不能全部排清或吹


(r) LCV上位安装低排水管和氮气吹


洗点沉降槽上装氮气排出口


表12-9 二聚烯烃单元运转危险性分析

由缓冲器/沉降槽到反应器进料/成品热交换器的管线

关键字偏 差可能原因结 果修 正 措 施
无物料流


(1)沉降槽中无原


反应器无进料产量


下降,在没有物料流

动的情况下,热交换

器内生成聚合物

(a)在沉降槽上安装低液位报警器
(2)J2泵失效(电


动机不转,叶轮腐蚀

脱落等

和(1)同,见下述


“反向”栏及其结果

(b)在反应器进料FRC上装低流量报警器


(3)主管道堵塞,


输送管线上的切断阀

错关,LCV开不开

和(1)同同(b)
返回线或ROP堵塞


或返回线切断则J2泵

过热

(c)校核J2泵过滤器设计是否合适


(d)保证返回线上的切断阀及邻近反应器主管道上

的切断阀及FCV是开着的

(e)仪表空气失效时,进料FRC留在原位不动(与

反应器控制系统的匹配以后要分析)

管线承受泵的全部


压力

(f)校核管道及法兰额定值是否能承受J2泵的最


大压力



(4)热交换器堵塞


(反应器进料侧)

与(1)和(3)同(g)与(b),(c)、(f)同


重新安排使进料通过热交换器内管,成品通过热交

换器外壳,这样会便于清洗(在热表面上进料较成品

更易聚合,管子比壳体侧更易清洗)

重新安排的热交换器进料侧要虑是否需装泄放阀

(以后再考虑成品侧是否需要)

(h)在热交换器上、下位装压力表,发生堵塞时会

发出警报

(i)考虑在热交换器进料侧和成品侧装旁路(不用

时锁住)


(5)管道破裂同(1)(j)同(b)和(f)

烃泄漏在装置区域(k)部分与(f)同,但校核装置布置及下水道的火


灾危险性

反方(6)运转中的J2泵


失效

热物料由泵返回管


道,或经J2泵(如逆

止阀也失效了)突然

由高压区回流沉降槽

(1)反应器进料控制阀下位顺序装两个逆止阀(只


装一个可靠性不够)。逆止阀应为不同形式,以防意

外失效

(m)保证沉降槽上的泄放阀适应高压部分来的最

大回流量。考虑在槽上装两个泄放阀

(n)所有安全防护部分如泄放阀,逆止阀,产量

记录器等都要定期进行测试

物料流量


过多

(7)反应器进料


FCV关不上或容易开

错开了FCV副线

反应部分烯烃转化


不够(停留时间过短)

造成产率低并给以后

部分带来难题

(p)在反应器进料FRC上装物料流量过多报警器


(9)FCV副线不用时要有锁紧装置

压力过大


或温度过高

(8)管道或热交换


器堵塞

一切断阀或FCV关闭

反应器温度过高或车

间局部着火

管道破裂,物料泄


滴,产量下降,装置

有着火的可能性

(r)与(f)、(k)同


考虑按(9)中反应器进料侧装泄放阀

考虑装遥控设备按最高温度/压力校核热交换器壳

体设计


续表


关键字偏 差可能原因结 果修 正 措 施
物料流量不


(9)法兰,阀短管


封头不严

J2泵密封泄漏

物料泄漏可能着火(s)和(f),(k)相同,但须将高压部分的法兰数


减至最少,并在所有的阀短管头加装固定堵头。

(t)校核J2泵密封设计并考虑加装蒸气或水冷

(10)热交换器管


子有孔洞

进料污染反应后的


成品,使化学成分下

降并影响后部

(u)在热交换器上、下位的成品管线上设取样点
压力不足(11)J2泵效率下


反应器进料速度下


降,产量下降

(v)校核23.4kg/cm2表压时J2泵的设计是否和反


应器控制系统匹配

温度过低(11)热交换器堵


塞,造成热交换效率

下降

反应器的预热器热


负荷增大,反应器后

冷却器冷却要求增大

(w)在热交换器进出口装热电偶,以便定期检查


其功能

部分反应器进料


中水含量高

(13)缓冲器沉降


槽中水分离不好

反应器转化率及效


率下降

在沉降器集水槽上装高液位报警器
反应器进料


中低级烃类含

量多

(14)中间贮罐上


位蒸馏塔出故障

系统压力高(x)校核热交换器及其管线以及泄放阀的尺寸设训


是否能应付挥发性更大的烃类突然进入

热交换器内


生成聚合物

(15)反应部分进


料速度低

热交换器堵塞加


剧,反应效率及产量

下降

(Y)和(b)同


但应在热交换器下位反应器进料管道上装取样点,

以定期检查聚合物生成情况(该取样点也可用于一般

分析如悬浮水的检查,见(B)

其它维修或检查(16)缓冲器沉降


槽或其他管线泄漏或

堵塞,按规定对槽进

行检查

进行维修或检查


时,必须将所有管线

隔离完善(如加盲板)

否则不能进槽检查

(2)缓冲器沉降槽的氮气进出口应加装金属铭牌考


虑加动力排空装置,在维修之前将槽内存物排空

图12-3 二聚烯烃单元流程图

冯肇瑞,杨有启 主编.化工安全技术手册.北京:化学工业出版社.1993.第813-819页.


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