四氢呋喃水溶液精馏系统HAZOP分析*

赵福真，肖 杨，金士威

(中南民族大学化学与材料科学学院，湖北 武汉 430074)

四氢呋喃属于杂环有机化合物，是一种重要的有机合成原料，并且由于其优异的溶解性能也被广泛应用为溶剂或反应溶剂[1]。四氢呋喃主要用于生产聚四亚基醚二醇及均聚醚、共聚醚、三元共聚醚等，它也可以作为原料生产聚氨酯弹性体、弹性纤维、高弹性橡胶、特殊用途涂料、呋喃系列药品、硫醇系列香料等。

四氢呋喃无色透明液体，有醚样气味，分子量72.11，闪点-14.5 ℃，沸点66 ℃，自燃点321.1 ℃，爆炸极限2%～11.8%(V)，蒸气密度2.5。四氢呋喃属于甲B 类火灾危险性可燃液体[2]，密度大于空气，其蒸汽容易在地势较低处积聚，而且四氢呋喃在储存时容易变成可爆的过氧化物，遇明火、高温、氧化剂易燃，并产生刺激性烟雾，具有一定的危险性。

本文利用HAZOP 分析对四氢呋喃和水溶液二元体系的双塔精馏系统中潜在的危险和操作问题进行了识别，分析和评估其可能造成的安全后果，并对系统保护措施可靠性和有效性进行了论证，并提出了相应的建议措施，对四氢呋喃精馏系统的设计完善有良好的指导作用。

1 HAZOP 分析方法介绍

HAZOP是Hazard and Operability Analysis(危害与可操作性分析)的缩写，20世纪60年代由ICI(英国帝国化学工业公司)开发，1974年英国化学工业协会(CIA)对外发布，并在全世界范围内迅速推广[3]，被认为是最佳分析方法而广泛用于石油、化工和医药等行业[4]。HAZOP分析方法适合石化、化工等行业工艺装置的开发、设计及改造，帮助设计人员合理设计操作过程，将工艺危害削减在设计阶段。

HAZOP分析是由各专业人员组成的分析小组、通过分析会议的形式进行。分析小组成员在组长的引导下，通过使用核心指导词和标准格式等，对生产过程中可能因偏离正常工况而导致的风险状况进行分析和识别[5]，发现工艺或操作过程中存在的危害因素，并制定具体的安全防范技术措施，提供故障分析决策支持，最终形成可供审查的安全记录文件。依据工艺系统危险因素的发展特点，采取增加安全仪表系统、完善工艺设计和落实安全措施等提高工艺装置的本质安全，有效降低安全事故发生可能性。

2 四氢呋喃双塔差压精馏系统HAZOP分析

2.1 四氢呋喃双塔差压精馏系统工艺流程介绍

四氢呋喃的双塔差压精馏系统是利用在不同压力下四氢呋喃共沸物组成含量不同的特性，采用常压塔和加压塔双塔差压精馏的方法分离提纯四氢呋喃。该精馏流程如图1所示，精馏系统主要由水塔T-1001、水塔底部泵P-1001A/B、塔回流罐V-1001、四氢呋喃塔T-1002组成。

图1 四氢呋喃的双塔差压精馏流程图

原料首先进入水塔T1001，T-1001为常压塔，采用低压蒸汽为热源，通过精馏可从四氢呋喃混合物中分离出大部分水，并从T-1001的塔底排出，通过水塔底部泵P-1001A/B送往界区外集中处理。T-1001的顶部馏出物是四氢呋喃和水的混合物，为共沸物，富含四氢呋喃，在水塔冷凝器E-1005的冷凝，冷凝液被收集至水塔回流罐V-1001。部分塔顶产物回流至T-1001，其余送往四氢呋喃塔T-1002顶部进行一步精制。

四氢呋喃塔T-1002为加压塔，操作压力为0.6 MPag，采用中压蒸汽为热源。精制后的四氢呋喃产品从T-1002底部送出，送往下一工序。塔顶得到低浓度的四氢呋喃混合物，返回T-1001塔进一步脱水。

2.2 HAZOP分析过程

HAZOP分析作为一种风险辨识方法，根据工艺系统的特点将工艺流程划分为不同的节点，并采用引核心指导词引导的方法对工程设计文件进行审查，分析设计中所有可能偏离设计意图的偏差，并最终形成HAZOP分析报告。HAZOP分析流程图如图2所示。

图2 HAZOP分析流程图

2.2.1 划分节点

HAZOP分析基于供HAZOP审查的管道仪表流程图及相关设计文件进行。节点可以是流程中的一个操作单元或多个设备组成的系统流程。每个节点的划分，应有助于分析人员集中精力高效讨论，从而保证HAZOP审查全面有效。本文中四氢呋喃双塔差压精馏系统目的一致且高度相关联，因而作为一个节点进行分析。

2.2.2 解释设计意图

为保证HAZOP 分析及讨论富有成效，工艺设计人员应向HAZOP分析小组充分解释所分析节点(如2.1所述)的设计意图[6]。分析小组的成员专业多样化、知识背景也各不相同，只有在充分理解工程设计的情况下，对问题的识别才能更多更全面，提出的解决方案也更加切合实际。本次HAZOP审查分析小组成员包括工艺、仪表、管道等专业设计人员以及化工行业相似领域的专家。

2.2.3 建立偏差

偏差是引导词和工艺参数的组合。在工艺系统里，工艺参数可能偏离正常值的波动范围，这会造成偏离设计目的偏差。不同引导词和工艺参数的组合将得到一系列偏差分析每个节点时，都应将一系列的偏差进行分析和审核。例如引导词“无”和工艺参数“流量”可组合成偏差“无流量”，其他引导词“高”、“低”、“逆向”等和“流量”可组合成偏差“流量高”、“流量低”、“逆流”等。在HAZOP 分析中主要用到的引导词有：无、高、低、逆、并、部分等，常用的工艺参数有温度、压力、流量和液位等。

2.2.4 分析导致偏差的原因

分析小组会分析导致偏差的每个原因和可能引起的后果，并记录有意义的偏差。所谓有意义的偏差是指导致偏差的原因是可能实际发生的，其可能造成的后果会产生危险或带来操作问题。导致偏差的原因是复杂多样的，主要因素有：设计、施工、设备、仪表、材料、材料、操作、公用工程故障以及自然灾害等，不同的原因造成的偏差及其程度不同，HAZOP分析应尽可能对引起偏差的原因进行分析，这将有助于对偏差造成的后果进行评估。

2.2.5 分析偏差发生后的后果和现有的安全措施

偏差造成的损失包括人员伤亡、财产损失或其他可能的安全后果。分析小组对每个引起偏差的原因及可能引起的后果进行分析和评估，判断设计中现有保护措施是否能有效减少危害事件发生几率或减轻危害事件后果，能够将事故后果降低到可接受范围内。

2.2.6 记录和建议措施

建议措施是对设计、操作程序等方面的改进建议，其目的是降低危害事件发生的几率或后果的严重程度，以达到控制风险水平的目的。如果现有保护措施不充分，分析小组讨论制定改进措施建议。会议记录是HAZOP分析的重要组成部分，也是后续建议措施落实工作和变更管理的重要文件，每条偏差记录应包括偏差、原因、后果、安全措施(若有)、建议措施(若有)。

2.2.7 明确建议措施响应方

HAZOP分析讨论制定的建议措施，应具有可操作性，并由分析小组在会议上明确具体的响应方(个人或部门单位)，由响应方负责对建议措施进行响应。

3 结果与讨论

3.1 HAZOP分析结果

根据上述的HAZOP分析程序，四氢呋喃的双塔差压精馏流程HAZOP分析记录共计46项，如表1所示。

表1 四氢呋喃的双塔差压精馏流程HAZOP分析结果(节选)

3.2 讨 论

运用HAZOP 分析方法对四氢呋喃精馏系统进行了分析，通过“工艺参数+引导词”组合偏差对精馏系统的流量、液位、温度、压力等关键参数进行了事故剧情描述，并对现有的保护措施进行了审查分析，针对部分项并提出了相应的建议措施，分析结果表明四氢呋喃精馏系统现有的安全措施基本符合设计意图，对于事故的发生可以起到一定的阻止和减缓作用。

4 结 论

本文通过HAZOP分析对四氢呋喃双塔差压精馏系统进行了风险评价，并分析了工艺和操作过程中可能存在的风险和采取的安全保护措施，并提出了相应的建议措施保障装置的安全运行。HAZOP分析能够使得工程设计人员和工厂技术人员及操作人员对该工艺系统更加了解，分析成果为设计人员的设计工作和工厂操作人员的运行维行、安全管理提供指导，对于避免发生产品质量问题和安全事故、提高装置的运营能力有着重要的意义。