HAZOP 分析法在精细化工反应风险预测中的应用研究

焦立霞，王国超

（1.浙江六合工程技术有限公司，浙江 杭州 311100；2.浙江永太手心医药科技有限公司，浙江 台州 317016）

0 引言

精细化工是综合性较强的技术密集型工业。首先，生产过程工艺流程长、单元反应多、原料复杂、中间过程控制要求严格，而且应用涉及多领域、多学科的理论知识和专业技能，其中包括多步合成、分离技术、分析测试、性能筛选、复配技术、剂型研制、商品化加工、应用开发和技术服务等。为了尽可能发现精细化工中的反应风险，可以采用HAZOP 分析（危险与可操作性）方法，通过研究工艺管线和仪表图、带控制点的工艺流程图或工厂的仿真模型来确定，应重点分析由管路和每一个设备操作所引发潜在事故的影响[1]。

1 精细化工HAZOP 分析中反应风险研究的必要性

1.1 原料危险性高

精细化工原料复杂，多具有易燃易爆、腐蚀性、剧毒性特点，为重点监控对象，对精细化工行业人员来说必须重视原料储存、应用全过程，避免精细化工原料出现爆炸、燃烧等事故，保证从业人员生命安全不受损害。

1.2 产品危险性高

精细化工产品包括各类过氧化物、偶氮化合物、环氧化合物、硝基化合物，这些产品的特点是具有爆炸性，一旦发生爆炸势必会引起火灾等安全事故，对环境也会造成一定污染，甚至从业人员生命安全也会受到威胁[2]。

1.3 工艺危险性高

精细化工生产过程中工艺流程长、单元反应多、中间过程控制要求严格，化学反应、换热、搅拌、水（液）洗、萃取、溶剂脱溶、蒸馏、蒸发、结晶、过滤、离心分离、干燥任何一个阶段出现问题都会导致爆炸、燃烧等事故。

1.4 储存危险性高

精细化工不只原料储存具有一定危险，中间产品和成品在也需要储存在仓储或者各类装置中，而中间产品和成品转运过程存在风险，容易出现爆炸、燃烧等事故。

1.5 防火要求高

精细化工原料、产品、工艺、储存各阶段均有发生爆炸、燃烧等事故的危险性，因此精细化工装置防火要求高，各个装备和设备之间的布置距离必须满足防火间距相关规定，确保出现爆炸、燃烧等事故后的危害最低。

1.6 人员要求高

精细化工原料、产品、工艺、储存各阶段的主要为人员操作，人为控制则必然有一定几率出现安全事故，大部分事故原因为人为错误操作或违规操作，其他原因主要包括仪表仪器故障、装置泄漏等装备、设备异常。

1.7 国家规定严格

国家安监总局规定精细化工企业必须每隔3—5 年开展一次HAZOP 分析，辨识企业生产工艺装置中存在的有害因素和安全风险，采用安全评价方法进行风险评估，排查企业生产安全隐患，最后提出针对性的解决措施，降低反应风险。

从精细化工企业危险性、生产要求和国家规定等方面经过以上分析可知，精细化工企业必须定期开展HAZOP 分析控制各阶段反应风险[3]。

2 精细化工HAZOP 分析中反应风险的应用

2.1 精细化工HAZOP 分析流程

首先，精细化工企业应该组建HAZOP 分析小组，并明确分析对象及范围、分析图纸和相关资料，收集图纸和装置现场勘查相关资料，做好HAZOP 培训等前期准备工作。然后，通过HAZOP 分析会议、建议措施确认、分析结论等流程得到精细化工HAZOP 分析的编制报告。最后，对精细化工HAZOP 分析编制报告进行评审，并且落实补充措施。

精细化工HAZOP 分析研究对象主要包括各种生产设备和仪器，管道以及水、动力电、燃料气、蒸汽、循环冷却水、冷冻水、压缩空气、氮气、仪表风各项公用工程供应情况，偏差类型主要包括流速高、流速无/低、流动逆流、异常组分/污染、高腐蚀/磨损、异常破裂/泄漏、密封失效、操作缺失、操作不全面、操作异常、操作相逆、检维修异常、开停车异常、供应缺失、供应异常。精细化工HAZOP 分析需要阐明各个研究对象偏差产生的原因，并且对已拟定的针对措施是否有效进行验证，最后对偏差所引发的火灾事故、爆炸事故、人员伤亡、财产损失、环境污染、企业声望等损害进行评估，这样才能更好地确定危险等级。

精细化工HAZOP 分析中反应风险评估流程如图1 所示：

图1 精细化工HAZOP 分析中反应风险评估流程

首先应该根据潜在反应热情况判断工艺是否存在热危险，若潜在反应热低则工艺无热危险性，若潜在反应热高则工艺存在高或中热危险性。若工艺存在热危险性则需要根据热积累对反应进行控制评估，并且对触发二次反应的可能性进行评估，最后确定工艺反应危险度，并且按照工艺反应危险度选择不同处理方法。工艺危险等级共为1～5 级，其中1、2、3、4、5 级分别表示反应危险性较低、存在潜在分解风险、存在冲料和分解风险、存在较高冲料和分解风险且有潜在爆炸风险、存在较高爆炸风险。若工艺危险度低（1、2 级），则无需采取其他措施；若工艺危险性中等（3、4 级），则需采取技术措施降低风险危害；若工艺危险性高（5 级），则需要重新设计工艺。

2.2 精细化工HAZOP 分析的应用场景

精细化工企业、设计院、行业协会、咨询企业及评价机构均可参与精细化工HAZOP 分析，根据“两重点一重大”要求精细化工HAZOP 分析应该每3 年开展1 次工艺反应风险HAZOP 分析，每隔5 年开展1 次其他环节反应风险HAZOP 分析。精细化工HAZOP分析既可以采用EXCEL 表格进行定性分析，也可以利用HAZOP 分析软件进行半定量分析。定性分析直接根据设计意图对各个研究对象的偏离情况、偏离原因、偏离后果、安全措施、注释、建议措施、责任人进行记录。半定量分析需要根据设计意图对各个研究对象的偏离情况、偏离原因、偏离后果、严重性、可能性、初始风险、已有保护措施、剩余风险、建议措施进行记录。

3 精细化工HAZOP 分析中反应风险的应用实践

氧化母液在化学药剂生产中比较常见，氧化母液在精细化工工艺中反应主要分为3 个阶段，每个阶段的温度变化不同，其潜在反应热情况需要进行探讨，具体放热情况如表1 所示：

表1 氧化母液在精细化工工艺中各阶段放热情况

氧化母液在精细化工工艺中各阶段放热情况如下，第一阶段：氧化母液在91.4 ℃放热，放热量为10.0 J/kg，最大温升速率为0.06 K/min，放热段最大压力为0.81 MPa，最大压升速率为0.005 MPa/min；第二阶段：氧化母液在233.5 ℃放热，放热量为33.2 J/kg，最大温升速率为0.10 K/min，放热段最大压力为4.43 MPa，最大压升速率为0.004 MPa/min；第三阶段：氧化母液在272.6 ℃放热，放热量为162.3 J/kg，最大温升速率为0.10 K/min，放热段最大压力为7.02 MPa，最大压升速率为0.003 MPa/min。此时比较绝热条件下热分解反应最大速率到达时间分别为1、8、24 h 时对应的温度，实际操作若高于以上参数的最小值，则存在工艺危险。

4 结论

精细化工HAZOP 分析存在逻辑不正确、原因定位不准确、安全措施失效、分析人员能力不足等问题，导致人员安全无法保增长，经济损失无法控制，环境影响无法预测，社会影响无法避免。为了提高精细化工HAZOP 分析方法的逻辑正确性，可以采用半定量分析方法取代定性分析，根据火灾事故、爆炸事故、人员伤亡、财产损失、环境污染、企业声望的严重程度赋予不同分数，最后根据总分值确定精细化工反应风险等级。原因定位不准确可以通过高层领导配合方法解决，安全措施失效、分析人员能力不足等问题可以通过加强HAZOP 分析人员培训及审计检查等方法解决。