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 |
否 | 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 |
多 | 输送了过量的A | 1.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 |
少 | 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 等 |
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 价 |
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 |
否 | 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 系 (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 | |||
多 | 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 | |
少 | 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 上 | 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 适 | |
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 净 | (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 |
否 | 无物料流 动 | (1)沉降槽中无原 料 | 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 | |||
多 | 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 |
少 | 物料流量不 足 | (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 降 | 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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