危險與可操作性（HAZOP）研究是以系統工程為基礎的一種可用于定性分析或定量評價的危險性評價方法，用于探明生產裝置和工藝過程中的危險及其原因，尋求必要對策。通過分析生產運行過程中工藝狀態參數的變動，操作控制中可能出現的偏差，以及這些變動與偏差對系統的影響及可能導致的后果，找出出現變動可偏差的原因，明確裝置或系統內及生產過程中存在的主要危險、危害因素，并針對變動與偏差的后果提出應采取的措施。
本文應用HAZOP分析方法對中國石油某石化分公司的聚丙烯裝置進行研究分析。
HAZOP總研究過程概述（2）
1.1 HAZOP研究與分析的目的
從工藝流程、狀態及參數、操作順序、安全措施等方面著手，通過HAZOP研究，識別聚丙烯裝置在生產運行過程中潛在的危險、有害因素，找出裝置在工藝設計、設備運行、操作以及安全措施等方面存在的不足，為裝置的安全運行與安全隱患整改提供指導。
1.2 限制條件
進行HAZOP研究前，評價人員一致同意以下限制條件：
1）HAZOP研究范圍僅限于聚丙烯主體裝置，因此，分析研究工作只考慮從進料到出料的整個系統。
2）本次研究是粗略的危險和操作性研究，因此只對主要工藝的關鍵設施進行檢查。
為了邏輯、有效地分析工藝管道儀表流程圖，研究按照裝置生產工藝過程分成五個單元：活化、精制、聚合、閃蒸和尾氣回收單元。
聚丙烯裝置概況（3）
該聚丙烯裝置以氣體分餾裝置分離所得煉廠氣中的丙烯為原料，采用國內開發、技術成熟的間歇式液相本體法聚丙烯生產工藝，生產聚丙烯均聚樹脂。裝置原設計生產能力為1.0×104t/a，1997年改造后生產能力達到1.2×104t/a。該裝置工藝過程主要包括原料精制、聚合反應、閃蒸去活和活化再生四個部分，主要設備包括聚合釜、丙烯儲罐、活化劑儲罐、閃蒸釜，以及丙烯壓縮機等。各系統工藝及其操作物料的危險性簡介如下。
2.1 活化劑輸送系統
活化劑輸送系統操作主要是將活化劑由活化劑運輸罐壓送至活化劑儲罐。系統主要危險物料：
活化劑——三乙基鋁（C6H15Al），為無色透明液體，有強烈的霉爛氣味，易燃，化學反應活性很高，接觸空氣會冒煙自燃。對微量的氧及水分反應極其靈敏，易引起燃燒爆炸。健康危害：三乙基鋁對呼吸道和眼結膜具強烈刺激和腐蝕作用，皮膚接觸可致灼傷。
氮氣（N2），不燃，但若遇高熱、容器內壓增大的情況，有開裂和爆炸的危險。健康危害：氮氣為窒息性的惰性氣體，空氣中氮氣過量，使氧分壓下降，會引起缺氧。
2.2 精制系統
精制系統主要將原料丙烯經過脫水、脫硫、脫氧處理，得到合格的精丙烯，供給聚合反應使用。系統主要危險物料為丙烯。
丙烯（C3H6，為無色有氣味的氣體，易燃，與空氣形成爆炸性混合物，遇熱源、明火有燃燒爆炸的危險。氣體比空氣重，能在較低處擴散到相當遠的地方，遇明火會引起回燃。爆炸極限為1.0％～15.0％。健康危害：丙烯具有麻醉作用。
2.3 聚合系統
丙烯在此系統內發生聚合反應生成聚丙烯粉料。系統主要危險物料：丙烯、氫氣、聚丙烯。
氫氣(H2)，為易燃氣體，與空氣混合能形成爆炸性混合物，遇熱或明火即會發生爆炸。氣體比空氣輕，在室內使用和儲存時，漏氣上升滯留屋頂不易排出，遇火星會引起爆炸。爆炸極限為4.1％～74.1％。健康危害：氫氣為惰性氣體，僅在高濃度時，由于空氣中氧分壓低才引起窒息。在很高的分壓下，氫氣可呈現出麻醉作用。聚丙烯，為可燃固體，受熱分解放出易燃氣體。粉料與空氣按一定比例混合達到一定濃度時，如有火花點燃則會迅速燃燒，以至引起強烈爆炸。聚丙烯粉塵云自燃溫度為420℃，爆炸下限為20g/m3。健康危害：本身無毒。
2.4 閃蒸系統
閃蒸是接收聚合釜內生成的粉料，并在閃蒸釜內完成閃蒸、置換、去活的操作過程。充內主要危險物料：聚丙烯粉料、丙烯、氮氣。
2.5 尾氣回收系統
尾氣回收系統是將氣柜內儲存的低壓丙烯氣體加壓冷凝為液體。系統內主要危險物料：丙烯。
HAZOP研究討論（4）
在進行HAZOP研究之前，需要事先制定聚丙烯裝置的HAZOP研究分析程序圖，見圖1。有關HAZOP研究的引導詞與偏差說明見表1。
圖1 聚丙烯裝置HAZOP研究程序圖
表1 引導詞與偏差說明
在搞清各系統的設計意圖與HAZOP分析與研究程序后，我們從操作參數開始，采用引導詞、偏差及其產生的后果，一直到為保證裝置的安全生產而采取的安全保障措施，對每個系統逐一進行系統危險性分析與討論,HAZOP研究結果最終討論如下。
3.1 活化劑輸送系統
?、俚獨饩€閥門如有泄漏可能導致窒息危害；誤操作可導致系統超壓，造成管線破裂；泄壓時若管線內介質攜帶催化劑則容易引起火災。②目前裝置氮氣線完好，但車間內缺少對氮氣的檢測、防護手段。③管線充壓時采用現場壓力控制，但不具備自動功能。放空線管材為20#碳鋼，管內介質為活化劑，且有一段管線埋于地下，可能存在一定的腐蝕。④送料線存在介質腐蝕、誤操作引起的管線穿孔、火災危險。⑤退料線存在介質腐蝕、管線超壓引起的泄漏、管線破裂危險。⑥活化劑運輸罐在儲存、裝卸、運輸方面可能因介質危險性、儲存條件要求等因素產生火災、爆炸危險。⑦活化劑儲罐在使用過程中存在因操作失誤導致的冒罐現象和因泄漏或儲存不當引起的火災、爆炸事故的危險。
3.2 精制系統
?、倬葡到y精丙烯儲存部分最大的危險是誤操作可能引起的各類事故，不僅影響生產，還嚴重威脅安全。②丙烯儲罐V108存在因多種因素導致的儲罐超壓引起安全事故的隱患。③精制工序丙烯儲罐出口管線在生產過程中可能會因丙烯儲罐降溫或管線泄壓不及時等造成管線超壓、破損。目前為泄壓采取的措施是在管線上安裝手動放空系統。④丙烯計量罐在生產時存在冒罐、安全附件失靈、腐蝕、泄漏等危險因素。
3.3 聚合反應系統
?、俦┩读暇€如果發生誤操作，系統將很容易達到聚合反應器的設計壓力，一旦安全措施失效則會威脅系統安全。②氫氣線存在因人為失誤、操作壓力超高等引起的管線超壓破損、沖蝕減薄等危險。③壓力高會造成丙烯回收線超壓破損，長時間運行也會造成管壁減薄，粉若堵塞管線則會導致聚合釜壓力升高，從而給設備的安全運行帶來危險。④聚合釜在生產過程中會因釜內溫度過高、熱量沒有被及時撤走而出現暴聚現象（由于反應過熱導致聚丙烯熔化結塊的一種現象，暴聚對設備損壞較大）。目前釜上裝有安全閥，但由于管線較粗，因此原設計沒有考慮在安全閥入口管線之前加裝爆破片的問題。根據《石油化工企業設計防火規范》(GB50160－92，1999年版)第4.4.5條規定：“有可能被物料堵塞或腐蝕的安全閥，應在其入口前設爆破片或在其出入口管道上采取吹掃、加熱或保溫等防堵措施。”因此，可以認為，原設計已不符合新規范的要求，這一點應當引起車間注意。⑤聚合釜存在來自多方面的腐蝕，如粉料沖蝕、攪拌器磨蝕造成的釜壁減薄，降溫效果不好引起的反應過烈、設備超溫超壓現象等。
3.4 閃蒸系統
?、匍W蒸釜僅依靠經驗來觀察料位，釜低粉料出口無除塵設施，釜上安全閥入口前沒有加爆破片，以上情況均可能給生產和操作帶來危險、危害隱患。②從閃蒸釜到氣柜的管線是回收丙烯用的，如果誤操作則會造成氣柜抽癟。
3.5 尾氣回收系統
?、贇夤窨赡艽嬖诠虊A腐蝕，且該設備目前無任何防護措施。②在進氣柜之前的管線上由于沒有加裝過濾設施，而粉料又很容易堵塞管線，這不僅增加了壓縮機運轉的負荷，同時還給安全生產帶來了隱患。③丙烯壓縮機存在因超壓、腐蝕等原因損壞設備以及物料泄漏引發火災、爆炸事故的危險。
HAZOP研究提出的安全措施建議（5）
經過對丙烯裝置生產過程進行危險與可操作性研究分析后，提出以下安全措施建議：
1）大部分壓力控制采用手動控制閥，這在緊急情況下將顯得有些滯后。因此，建議另上自動控制調節系統，以便能實現壓力自動控制。采用自動壓力報警系統，并將信號引到DCS控制室顯示。
2）建議在有條件的時候，將輸送具有腐蝕性介質的管線，如含有活化劑的管線更換為不銹鋼材質。
3）活化劑儲罐上應安裝液位監測系統，并與DCS控制系統聯鎖。
4）建議安裝自動放空閥。
5）建議在丙烯儲罐上設置降溫設施。
6）為避免聚丙烯粉料堵塞安全閥，應當在安全閥入口之前加設爆破片。
7）由于聚丙烯粉料中可能攜帶少量可燃氣體，因此，設計在閃蒸釜出料口安裝了靜電消除器，車間內也設有可燃氣體報警器，但墻上沒有安裝軸流風機。為加強室內通風，避免形成過高濃度的粉塵云層，車間應安裝防爆軸流風機，選型及安裝要求可參考《石油化工企業采暖通風與空氣調節設計規范》（SH3004－1999）。
8）由于氣柜內含有的粉料容易堵塞管道，增大壓縮機負荷，因此，建議在進氣柜之前的管道上加裝過濾設施。
9）車間在安全管理上應加強力度，提高工作責任心，避免因誤操作、漏檢等引起安全事故。
結束語（6）
將HAZOP分析方法應用于石油化工在役生產裝置的安全評價中，不僅能夠使分析人員對于單元中的工藝過程及設備有深入了解，對于單元中的危險及應采取的措施有透徹的認識，增強職工安全防范意識，而且，其HAZOP分析研究成果對于裝置的日常生產與維護以及裝置的安全管理提供了良好的指導作用。因此，可以認為HAZOP分析方法應用于石油化工在役生產裝置的安全評價是可行的，其分析程序與內容可以作為對員工進行安全培訓的有效方法。
3.1 活化劑輸送系統
?、俚獨饩€閥門如有泄漏可能導致窒息危害；誤操作可導致系統超壓，造成管線破裂；泄壓時若管線內介質攜帶催化劑則容易引起火災。②目前裝置氮氣線完好，但車間內缺少對氮氣的檢測、防護手段。③管線充壓時采用現場壓力控制，但不具備自動功能。放空線管材為20#碳鋼，管內介質為活化劑，且有一段管線埋于地下，可能存在一定的腐蝕。④送料線存在介質腐蝕、誤操作引起的管線穿孔、火災危險。⑤退料線存在介質腐蝕、管線超壓引起的泄漏、管線破裂危險。⑥活化劑運輸罐在儲存、裝卸、運輸方面可能因介質危險性、儲存條件要求等因素產生火災、爆炸危險。⑦活化劑儲罐在使用過程中存在因操作失誤導致的冒罐現象和因泄漏或儲存不當引起的火災、爆炸事故的危險。
3.2 精制系統
?、倬葡到y精丙烯儲存部分最大的危險是誤操作可能引起的各類事故，不僅影響生產，還嚴重威脅安全。②丙烯儲罐V108存在因多種因素導致的儲罐超壓引起安全事故的隱患。③精制工序丙烯儲罐出口管線在生產過程中可能會因丙烯儲罐降溫或管線泄壓不及時等造成管線超壓、破損。目前為泄壓采取的措施是在管線上安裝手動放空系統。④丙烯計量罐在生產時存在冒罐、安全附件失靈、腐蝕、泄漏等危險因素。
3.3 聚合反應系統
?、俦┩读暇€如果發生誤操作，系統將很容易達到聚合反應器的設計壓力，一旦安全措施失效則會威脅系統安全。②氫氣線存在因人為失誤、操作壓力超高等引起的管線超壓破損、沖蝕減薄等危險。③壓力高會造成丙烯回收線超壓破損，長時間運行也會造成管壁減薄，粉若堵塞管線則會導致聚合釜壓力升高，從而給設備的安全運行帶來危險。④聚合釜在生產過程中會因釜內溫度過高、熱量沒有被及時撤走而出現暴聚現象（由于反應過熱導致聚丙烯熔化結塊的一種現象，暴聚對設備損壞較大）。目前釜上裝有安全閥，但由于管線較粗，因此原設計沒有考慮在安全閥入口管線之前加裝爆破片的問題。根據《石油化工企業設計防火規范》(GB50160－92，1999年版)第4.4.5條規定：“有可能被物料堵塞或腐蝕的安全閥，應在其入口前設爆破片或在其出入口管道上采取吹掃、加熱或保溫等防堵措施。”因此，可以認為，原設計已不符合新規范的要求，這一點應當引起車間注意。⑤聚合釜存在來自多方面的腐蝕，如粉料沖蝕、攪拌器磨蝕造成的釜壁減薄，降溫效果不好引起的反應過烈、設備超溫超壓現象等。
3.4 閃蒸系統
?、匍W蒸釜僅依靠經驗來觀察料位，釜低粉料出口無除塵設施，釜上安全閥入口前沒有加爆破片，以上情況均可能給生產和操作帶來危險、危害隱患。②從閃蒸釜到氣柜的管線是回收丙烯用的，如果誤操作則會造成氣柜抽癟。
3.5 尾氣回收系統
?、贇夤窨赡艽嬖诠虊A腐蝕，且該設備目前無任何防護措施。②在進氣柜之前的管線上由于沒有加裝過濾設施，而粉料又很容易堵塞管線，這不僅增加了壓縮機運轉的負荷，同時還給安全生產帶來了隱患。③丙烯壓縮機存在因超壓、腐蝕等原因損壞設備以及物料泄漏引發火災、爆炸事故的危險。
HAZOP研究提出的安全措施建議（5）
經過對丙烯裝置生產過程進行危險與可操作性研究分析后，提出以下安全措施建議：
1）大部分壓力控制采用手動控制閥，這在緊急情況下將顯得有些滯后。因此，建議另上自動控制調節系統，以便能實現壓力自動控制。采用自動壓力報警系統，并將信號引到DCS控制室顯示。
2）建議在有條件的時候，將輸送具有腐蝕性介質的管線，如含有活化劑的管線更換為不銹鋼材質。
3）活化劑儲罐上應安裝液位監測系統，并與DCS控制系統聯鎖。
4）建議安裝自動放空閥。
5）建議在丙烯儲罐上設置降溫設施。
6）為避免聚丙烯粉料堵塞安全閥，應當在安全閥入口之前加設爆破片。
7）由于聚丙烯粉料中可能攜帶少量可燃氣體，因此，設計在閃蒸釜出料口安裝了靜電消除器，車間內也設有可燃氣體報警器，但墻上沒有安裝軸流風機。為加強室內通風，避免形成過高濃度的粉塵云層，車間應安裝防爆軸流風機，選型及安裝要求可參考《石油化工企業采暖通風與空氣調節設計規范》（SH3004－1999）。
8）由于氣柜內含有的粉料容易堵塞管道，增大壓縮機負荷，因此，建議在進氣柜之前的管道上加裝過濾設施。
9）車間在安全管理上應加強力度，提高工作責任心，避免因誤操作、漏檢等引起安全事故。
結束語（6）
將HAZOP分析方法應用于石油化工在役生產裝置的安全評價中，不僅能夠使分析人員對于單元中的工藝過程及設備有深入了解，對于單元中的危險及應采取的措施有透徹的認識，增強職工安全防范意識，而且，其HAZOP分析研究成果對于裝置的日常生產與維護以及裝置的安全管理提供了良好的指導作用。因此，可以認為HAZOP分析方法應用于石油化工在役生產裝置的安全評價是可行的，其分析程序與內容可以作為對員工進行安全培訓的有效方法。
