HAZOP分析在氫氣提純工藝裝置設計階段的應用

青小柯

（山東三維化學集團股份有限公司，山東 青島 266071）

1 氫氣提純

1.1 氫氣提純裝置

某石化公司擬新建1套氫氣提純裝置，該裝置采用中國石化大連石油化工研究院的變溫吸附技術，以粗氫氣為原料氣，生產的最終產品為純氫和高純氫。

本裝置采用三塔流程，兩塔串聯吸附，一塔再生。裝置依據物理吸附原理，利用多孔性固體吸附劑選擇性脫除原料氫氣中的微量一氧化碳、二氧化碳，獲得高純度的氫氣。

1.2 工藝流程簡述

某石化公司某裝置的操作壓力為2.0 MPa（G）的原料粗氫進入本裝置，經過濾器（F84101）過濾掉氣體中攜帶的固體顆粒等雜質后，進入吸附塔（VE84101）進行吸附，吸附后的氣體再進入吸附塔（VE84102）深度吸附，產品氣經后置過濾器（F84102）過濾掉氣體中的粉塵后送出合格的成品氣。處理完的最終生成的成品氣輸送至S-Zorb裝置，作為該裝置的一種新氫來源。

整套裝置由3個串、并連工作的吸附塔以及過濾器、加熱器、真空泵、風冷卻器、防爆控制柜組成，它們連接在一起組成完整的系統，3個吸附塔以循環的方式交替進行初吸附、深度吸附和再生工作，然后進入后置過濾器，保證后續系統得到持續供應合格氫氣。

2 HAZOP分析方法

2.1 HAZOP分析方法的意義

近年來，隨著經濟的高速發展，石油化工行業也發展迅速，然而各種安全事故也隨之而來。在現代信息社會，人員的安全意識逐漸提高，安全理念漸漸深入人心，采用HAZOP分析方法來提高裝置的安全性顯得尤為重要。國家及地方相關部門頒發了多條與安全相關的規定?！爸醒肫髽I要在重點裝置生產過程中開展HAZOP分析”由國家安全監管總局提出[1]；由中石油集團在2010年制定的《危險與可操作性分析工作管理規定》中也明確要求對現役裝置進行HAZOP分析。

由于石油化工裝置自身的特點（操作介質易燃、易爆、有毒，操作條件苛刻，運行工況復雜），稍有不慎就容易發生事故，一旦發生事故，將造成嚴重后果。因此在裝置的設計階段就對危險進行辨別，提前發現危險因素，改進設計工藝，降低風險，就顯得尤為重要。

HAZOP是目前應用最廣泛的一種結構化、系統化危險辨識和評估方法，是HSE管理體系中應用的重要方法，是預防重大事故發生的一種方法[2-4]。它是在20世紀60年代由ICI公司開發的一項技術[5]。目前，HAZOP在石油化工、煉油、新能源、醫藥等行業應用廣泛。

HAZOP分析是PSM（工藝安全管理體系）中分析危害的一種方法。它由具有不同專業不同背景的人員，通過討論交流意見，利用引導詞研究工藝裝置過程，精準分析節點中偏離正常工況時所造成的偏差以及導致的后果，是一種以引導詞為基礎的定性分析方法[6-7]。在設計階段，它以工藝流程圖作為研究對象，分析每一個節點，進行風險辨識和評價，幫助設計人員發現問題，排查隱患，修改設計，規避風險。

2.2 HAZOP分析前準備

2.2.1 分析小組的成立

在進行HAZOP分析前，應先確定分析成員，成立分析小組。然后對參加分析的成員進行專門的HAZOP培訓，熟練掌握HAZOP分析的要點和方法。

該公司成立了分析小組，成員由工藝、儀表、電氣、設備、安全、質量等專業的技術人員組成，并設置小組組長。HAZOP分析應涵蓋各個領域的人才，充分聽取生產操作人員經驗豐富的意見，同時也要尊重科學，不能僅靠經驗之談[8-9]。此次參加的組員包括了HAZOP分析師、各專業技術人員以及操作人員。

2.2.2 收集HAZOP分析的資料

HAZOP分析結果不僅跟分析小組成員的整體專業知識有關，同時分析資料的準確性與完整性也在HAZOP分析中起著至關重要的作用。

本次分析收集到的資料有：氫氣提純裝置流程圖（PFD）1張、氫氣提純裝置設計說明、氫氣提純裝置物料平衡表、氫氣提純裝置安全設施分布圖、爆炸危險區域劃分圖、氫氣提純裝置風險防控措施臺賬、安全閥臺賬等。

2.3 HAZOP分析的過程

2.3.1 根據PFD劃分節點

節點是分析的基礎，為保證HAZOP分析有效的進行，正確劃分節點能起到事半功倍的效果。選擇能代表完整的工藝功能的一個方框作為一個節點。劃分節點時，應做到能夠與工藝流程保持一致[10]。

一般情況下，不同的節點是按照不同的流程工序來劃分的。由于石油化工裝置操作工序復雜，涉及的設備管道等數目眾多，反應和生產過程一般是連續的，通?？梢园凑詹煌墓に噯卧獊韯澐止濣c。

鑒于本裝置的原料來源和成品氣輸送均以現有裝置作為依托，根據氫氣提純裝置的PFD和PID，將本裝置整體作為1個節點即變溫吸附裝置。

該節點的設計意圖為：原料氣經吸附塔VE-84101吸附、吸附塔VE-84102深度吸附后作為成品氣送出裝置，在2塔吸附時，VE-84103完成再生。3個吸附塔可兩兩組合完成吸附、深度吸附，第三個塔再生。

2.3.2 使用引導建立偏差

節點選取后，應熟悉相關操作參數和各種操作工況，使用引導詞建立偏差。本次HAZOP分析的引導詞主要是：流量、壓力、溫度、組分。偏差是：高、低、異常。

2.3.3 對偏差進行分析

分析過程中正確使用引導詞和偏差，引導詞和偏差可以重復利用。按照工藝流程的順序逐個分析，分析過程中做好文字記錄，做到不遺漏每一個偏差，最終形成一個完整的HAZOP分析報告。在進行分析時，要對工藝參數進行合理假設，同時也應注意不能過度分析，以避免出現特別復雜的分析結果。

分析偏差時，共同討論和分析每個偏差，充分發揮每個成員的優勢，運用各方面的知識，找到造成偏差的原因，并預測由此偏差可能造成的后果，同時列出現有的安全保護措施。將可能造成的后果進行危險分級，判斷現有的安全保護措施是否足夠安全，若不安全，可以從2個方面考慮改進措施，一是改進工藝流程，如增設閥門聯鎖切斷等；二是提高安全措施，如增設報警儀、滅火器等。

2.4 HAZOP分析的結果

對裝置進行HAZOP分析的目的不是為了判斷裝置可能發生的事故，而是要與安全措施相結合，對發生事故的原因進行分析，判斷事故可能發生的概率和導致的危害程度。

此次在裝置建設初期的設計階段就進行HAZOP分析，從設計方面入手，改進安全措施。通過本次分析，使各個部門的操作人員對裝置情況及潛在的安全因素有了更深層次了解，為裝置建成以后的正確操作及穩定運行奠定了堅實的基礎。

對氫氣提純裝置進行HAZOP分析，會議結束后，整理會議記錄，編制HAZOP分析記錄表（HAZOP分析記錄表見表1）。根據分析結果，編制氫氣提純裝置風險措施臺賬，并制定防范措施。

表1 HAZOP分析記錄表

3 結束語

HAZOP分析方法普遍運用在石油化工裝置中，在設計階段對氫氣提純工藝進行HAZOP分析，將設計人員的經驗和裝置實際操作人員的經驗充分結合在一起，各展所長，對裝置進行一次全面系統的分析，能夠更全面地發現設計圖紙存在的不足和生產運行中的隱患。

本文通過對氫氣提純裝置進行HAZOP分析，結果顯示，該方法不僅能夠有效及時分辨出危險因素，發現在設計中存在的紕漏，進行風險評價后制定應對措施，降低風險等級，使整個裝置運行的安全可靠性得到了很大提高。該方法還能夠使危險分析人員充分了解發生危險的過程，發生事故導致的后果的嚴重程度，找到事故的根本原因，提前對事故制定一系列的預防和控制方法，最大程度減少人身傷害，保證人員的生命安全。

總之，HAZOP分析方法是辨識風險的一種可靠有效的方法。通過該方法的分析，可以發現裝置的潛在危險，明確事故發生的原因，在裝置運行中，重點管理，最大程度預防事故的發生，并有效控制事故發生時所造成的危害程度，保證裝置長期可靠運行，保證人員的生命安全。