HAZOP分析在离子膜电解槽装置工艺变更的应用

刘丁丁，张慧泉，张文武

(陕西北元化工集团股份有限公司，陕西 榆林 719319)

1 概述

Hazop(Hazard and Operability Analysis，危险与可操作性)分析是一种用于辨识设计缺陷、工艺过程危害及操作性问题的结构化分析方法，通过集体会议，广泛地激发人们的头脑风暴，对工艺和操作规程等进行分析，最终明确设计偏差可能会导致的后果和可操作性问题。

2 变更管理

变更管理是指对工艺技术、设备设施等永久性或暂时性地变化进行有计划地控制，确保变更带来的危害得到充分识别，制定对应的管控措施，确保风险得到有效控制。

2.1 工艺技术变更

主要包括生产能力，原辅材料(包括助剂、添加剂、催化剂等)和产品配方(包括配料比例，反应时间、压力、温度等的变化)，工艺路线、流程及操作条件，工艺操作规程或操作方法，工艺控制参数，仪表控制系统(包括安全报警和联锁整定值的改变)，水、电、汽、气等公用工程方面的改变等[1]。

2.2 设备设施变更

主要包括设备设施的更新改造、非同类型替换(包括型号、材质、安全设施的变更)、布局改变，备件、材料的改变，监控、测量仪表的变更，计算机及软件的变更，电气设备的变更，增加临时的电气设备等。

2.3 管理变更

主要包括法律法规和标准变更、人员的变更、管理机构的较大变更、管理职责的变更、安全标准化管理的变更等。

3 离子膜电解槽工艺流程

3.1 离子膜电解槽工艺介绍

来自阳极液高位槽质量浓度为(300±5) g/L的精制盐水，通过电解槽进料软管进入电解槽的每个单元槽的阳极室，盐水在阳极室电解后产生氯气及低浓度盐水，质量浓度为(215～225) g/L淡盐水通过出料软管进入出口单槽阳极液总管，在垂直总管内进行气液分离，分离成淡盐水和氯气；氯气经氯气总管进入氯气洗涤塔，经氯水洗涤冷却除去氯气中大量水分后(废氯气由调节去事故氯处理)进入钛冷却器，钛冷却器温度控制在(14±2) ℃后进入水雾捕集器进一步除去水雾；然后经压力调节阀控制电解槽阳极室的压力，送往氯气处理工序。淡盐水进入阳极液酸化罐中，经加盐酸调节pH值在1.0～1.8之间，使淡盐水中的部分次氯酸和溶解的氯气解析出来进入氯气总管，即化学脱氯原理。一部分淡盐水进入阳极液罐中经阳极液泵送往脱氯塔，在真空泵的作用下进行真空脱氯，即物理脱氯；另一部分从阳极液泵出来的淡盐水进入阳极液盐酸混合器中，由淡盐水流量按一定的比例系数串级调节加入的盐酸流量，加酸后的淡盐水进入氯酸盐分解槽中，加入蒸汽在高温条件下使氯酸盐分解，氯气进入氯气总管，淡盐水回流到阳极液酸化罐中。为了给单台电解槽供应阳极液，设有单槽精盐水换热器，供料管线在进槽总管进料流量计前与其相连，供单台电解槽开车和停车使用。

3.2 离子膜电解槽开停车和事故状态安全流程

电解开停车时和各种事故状态时的氯气进入一级废氯吸收塔的下部，与经过循环液冷却器被冷冻水冷却后的循环液逆流接触，进行吸收反应。从一级废氯气吸收塔顶部出来的未反应完的含氯尾气再进入二级废氯气吸收塔下部，与预先配制好的碱液反应，进一步除去其中的氯气，达到环保排放的标准的尾气经风机排入大气中。为了保证电解槽开停车时电解排出氯气管有足够和稳定的负压(-1 kPa)，在风机入口处设置空气调节阀通过控制空气进入量来维持电解排出氯气管的负压。

4 在安全动态管理中工艺变更分析应用

4.1 安全生产动态管理风险分析

随着整体生产系统装置产能不断释放，离子膜电解槽系统负荷实现设计产能100%，由于生产动态过程改变，利用HAZOP风险分析工具定期对动态装置进行了一次系统性风险辨识。在风险分析过程发现：原有的生产保护装置出现失效，针对分析的问题，制定的措施变更时对烧碱高负荷工艺生产工艺系统进行HAZOP风险分析。现就阳极液卸料罐及单槽事故氯管线HAZOP风险分析变更过程中技术改造应用，本次针对离子膜电解槽高负荷运行电解槽紧急停车，去事故氯氯气量瞬间增大，气相系统不能及时将停车后系统中氯气顺利输送至氯气处理除害塔吸收，瞬间产生正压导致事故氯总管氯气通过阳极液卸料罐和单槽事故氯管线反串至卸料罐冲破水封造成氯气泄漏至环境中，不仅污染环境，而且严重威胁操作人员身心健康[2]。

4.2 HAZOP风险分析变更风险应用流程

确定HAZOP分析风险分析团队成员应包括分析对象(即分析装置)的专业技术负责人和业内专家，须了解变更分析对象，熟知相关领域的行业动态、技术发展水平与相关标准要求。包括HAZOP分析组长、工艺工程师、操作专家、安全工程师、设备工程师、仪表工程师、专利商或供货商代表(根据需要)。其中HAZOP组长是整个分析团队的灵魂，在分析过程，应发挥其组织、协调作用，引导分析方向并进行阶段性总结，须具有相当专业知识、安全评价经验、管理能力和领导能力。

收集工艺变更项目所需资料，并对筛选变更项目管道及仪表流程图(P&ID)审查，进一步确立划分工艺变更过程管道及仪表流程图(P&ID)节点，随后由分析团队讨论确定筛选对应项目管道及仪表流程图(P&ID)分析节点，确定有意义的偏离，进行系统性、结构性风险分析。根据划分的节点、设定的偏离，召开HAZOP分析会议，得到分析结果。

4.3 工艺变更范例

将原电解槽阳极卸料罐DN200事故氯与DN500事故氯总管接口位置并联改造至一级废氯气吸收塔进口，将阳极液卸料罐原设计DN80事故氯管与事故氯总管断开，实现电解槽单槽DN200事故氯罐与DN500事故氯总管分开改造至新增事故氯气管线单独运行(如图1所示)。

图1 阳极液卸料罐及单槽事故氯管线流程图Fig.1 Process flow of anode liquor discharge tankand accidental chlorine pipe for unit cell

4.4 效果验证

改造后避免了高负荷运行离子膜电解槽紧急停车时造成带氯气外泄造成环境污染，改善了工作环境，提高了生产工艺安全管理水平。实现过程安全管控要求，使得生产装置事故状态本质安全。改造前HAZOP风险分析节选如表1所示。

表1 电解阳极液卸料罐及单槽事故氯管线变更改造风险分析表Table 1 Risk analysis in the changes in anode liquor discharge tank and accidental chlorine pipe for unit cell

4.5 注意事项

工艺变更过程需要系统性考虑变更前后带来的新旧风险，基于剧情分析需要和已有的安全措施建立保护层，并根据风险矩阵和可接受程度共提出建议措施2条，实施后可将变更后工艺过程出现的不可接受风险降低到可接受的风险范围内。辨识一条通用性建议《国家安全监管总局关于公布首批重点监管的危险化学品名录的通知》(安监总管三〔2011〕95号)，生产重点监管的危险化学品的企业，应针对产品特性，按照有关规定编制完善的、可操作性强的危险化学品事故应急预案，配备必要的应急救援器材、设备，加强应急演练，提高现场应急处置能力。

5 总结

近5年来，陕西北元化工集团股份有限公司一直注重安全动态管理，多次对技术管理人员进行HAZOP风险培训学习，取得行业证书。HAZOP风险分析在过程安全管理带的应用日趋成熟，标志着风险管控取得带阶段性成果。HAOZP风险分析在各个装置领域的应用，已证实其对化工装置工艺过程安全管理带重大意义。工艺管理是一个长期动态过程，安全隐患时时刻刻存在，因此需要定期对其进行风险辨识，特别是涉及生产装置运行条件变化时，为了提高人员操作环境和装置生产效益的过程中，涉及的工艺变更项目较多，应用HAZOP分析这个系统性工具进行风险辨识，制定防范措施，落实建议措施，既实现改造项目的预期效果，又能达到安全环保、稳定、高效生产。