HAZOP分析在氢气提纯工艺装置设计阶段的应用

青小柯

（山东三维化学集团股份有限公司，山东 青岛 266071）

1 氢气提纯

1.1 氢气提纯装置

某石化公司拟新建1套氢气提纯装置，该装置采用中国石化大连石油化工研究院的变温吸附技术，以粗氢气为原料气，生产的最终产品为纯氢和高纯氢。

本装置采用三塔流程，两塔串联吸附，一塔再生。装置依据物理吸附原理，利用多孔性固体吸附剂选择性脱除原料氢气中的微量一氧化碳、二氧化碳，获得高纯度的氢气。

1.2 工艺流程简述

某石化公司某装置的操作压力为2.0 MPa（G）的原料粗氢进入本装置，经过滤器（F84101）过滤掉气体中携带的固体颗粒等杂质后，进入吸附塔（VE84101）进行吸附，吸附后的气体再进入吸附塔（VE84102）深度吸附，产品气经后置过滤器（F84102）过滤掉气体中的粉尘后送出合格的成品气。处理完的最终生成的成品气输送至S-Zorb装置，作为该装置的一种新氢来源。

整套装置由3个串、并连工作的吸附塔以及过滤器、加热器、真空泵、风冷却器、防爆控制柜组成，它们连接在一起组成完整的系统，3个吸附塔以循环的方式交替进行初吸附、深度吸附和再生工作，然后进入后置过滤器，保证后续系统得到持续供应合格氢气。

2 HAZOP分析方法

2.1 HAZOP分析方法的意义

近年来，随着经济的高速发展，石油化工行业也发展迅速，然而各种安全事故也随之而来。在现代信息社会，人员的安全意识逐渐提高，安全理念渐渐深入人心，采用HAZOP分析方法来提高装置的安全性显得尤为重要。国家及地方相关部门颁发了多条与安全相关的规定。“中央企业要在重点装置生产过程中开展HAZOP分析”由国家安全监管总局提出[1]；由中石油集团在2010年制定的《危险与可操作性分析工作管理规定》中也明确要求对现役装置进行HAZOP分析。

由于石油化工装置自身的特点（操作介质易燃、易爆、有毒，操作条件苛刻，运行工况复杂），稍有不慎就容易发生事故，一旦发生事故，将造成严重后果。因此在装置的设计阶段就对危险进行辨别，提前发现危险因素，改进设计工艺，降低风险，就显得尤为重要。

HAZOP是目前应用最广泛的一种结构化、系统化危险辨识和评估方法，是HSE管理体系中应用的重要方法，是预防重大事故发生的一种方法[2-4]。它是在20世纪60年代由ICI公司开发的一项技术[5]。目前，HAZOP在石油化工、炼油、新能源、医药等行业应用广泛。

HAZOP分析是PSM（工艺安全管理体系）中分析危害的一种方法。它由具有不同专业不同背景的人员，通过讨论交流意见，利用引导词研究工艺装置过程，精准分析节点中偏离正常工况时所造成的偏差以及导致的后果，是一种以引导词为基础的定性分析方法[6-7]。在设计阶段，它以工艺流程图作为研究对象，分析每一个节点，进行风险辨识和评价，帮助设计人员发现问题，排查隐患，修改设计，规避风险。

2.2 HAZOP分析前准备

2.2.1 分析小组的成立

在进行HAZOP分析前，应先确定分析成员，成立分析小组。然后对参加分析的成员进行专门的HAZOP培训，熟练掌握HAZOP分析的要点和方法。

该公司成立了分析小组，成员由工艺、仪表、电气、设备、安全、质量等专业的技术人员组成，并设置小组组长。HAZOP分析应涵盖各个领域的人才，充分听取生产操作人员经验丰富的意见，同时也要尊重科学，不能仅靠经验之谈[8-9]。此次参加的组员包括了HAZOP分析师、各专业技术人员以及操作人员。

2.2.2 收集HAZOP分析的资料

HAZOP分析结果不仅跟分析小组成员的整体专业知识有关，同时分析资料的准确性与完整性也在HAZOP分析中起着至关重要的作用。

本次分析收集到的资料有：氢气提纯装置流程图（PFD）1张、氢气提纯装置设计说明、氢气提纯装置物料平衡表、氢气提纯装置安全设施分布图、爆炸危险区域划分图、氢气提纯装置风险防控措施台账、安全阀台账等。

2.3 HAZOP分析的过程

2.3.1 根据PFD划分节点

节点是分析的基础，为保证HAZOP分析有效的进行，正确划分节点能起到事半功倍的效果。选择能代表完整的工艺功能的一个方框作为一个节点。划分节点时，应做到能够与工艺流程保持一致[10]。

一般情况下，不同的节点是按照不同的流程工序来划分的。由于石油化工装置操作工序复杂，涉及的设备管道等数目众多，反应和生产过程一般是连续的，通常可以按照不同的工艺单元来划分节点。

鉴于本装置的原料来源和成品气输送均以现有装置作为依托，根据氢气提纯装置的PFD和PID，将本装置整体作为1个节点即变温吸附装置。

该节点的设计意图为：原料气经吸附塔VE-84101吸附、吸附塔VE-84102深度吸附后作为成品气送出装置，在2塔吸附时，VE-84103完成再生。3个吸附塔可两两组合完成吸附、深度吸附，第三个塔再生。

2.3.2 使用引导建立偏差

节点选取后，应熟悉相关操作参数和各种操作工况，使用引导词建立偏差。本次HAZOP分析的引导词主要是：流量、压力、温度、组分。偏差是：高、低、异常。

2.3.3 对偏差进行分析

分析过程中正确使用引导词和偏差，引导词和偏差可以重复利用。按照工艺流程的顺序逐个分析，分析过程中做好文字记录，做到不遗漏每一个偏差，最终形成一个完整的HAZOP分析报告。在进行分析时，要对工艺参数进行合理假设，同时也应注意不能过度分析，以避免出现特别复杂的分析结果。

分析偏差时，共同讨论和分析每个偏差，充分发挥每个成员的优势，运用各方面的知识，找到造成偏差的原因，并预测由此偏差可能造成的后果，同时列出现有的安全保护措施。将可能造成的后果进行危险分级，判断现有的安全保护措施是否足够安全，若不安全，可以从2个方面考虑改进措施，一是改进工艺流程，如增设阀门联锁切断等；二是提高安全措施，如增设报警仪、灭火器等。

2.4 HAZOP分析的结果

对装置进行HAZOP分析的目的不是为了判断装置可能发生的事故，而是要与安全措施相结合，对发生事故的原因进行分析，判断事故可能发生的概率和导致的危害程度。

此次在装置建设初期的设计阶段就进行HAZOP分析，从设计方面入手，改进安全措施。通过本次分析，使各个部门的操作人员对装置情况及潜在的安全因素有了更深层次了解，为装置建成以后的正确操作及稳定运行奠定了坚实的基础。

对氢气提纯装置进行HAZOP分析，会议结束后，整理会议记录，编制HAZOP分析记录表（HAZOP分析记录表见表1）。根据分析结果，编制氢气提纯装置风险措施台账，并制定防范措施。

表1 HAZOP分析记录表

3 结束语

HAZOP分析方法普遍运用在石油化工装置中，在设计阶段对氢气提纯工艺进行HAZOP分析，将设计人员的经验和装置实际操作人员的经验充分结合在一起，各展所长，对装置进行一次全面系统的分析，能够更全面地发现设计图纸存在的不足和生产运行中的隐患。

本文通过对氢气提纯装置进行HAZOP分析，结果显示，该方法不仅能够有效及时分辨出危险因素，发现在设计中存在的纰漏，进行风险评价后制定应对措施，降低风险等级，使整个装置运行的安全可靠性得到了很大提高。该方法还能够使危险分析人员充分了解发生危险的过程，发生事故导致的后果的严重程度，找到事故的根本原因，提前对事故制定一系列的预防和控制方法，最大程度减少人身伤害，保证人员的生命安全。

总之，HAZOP分析方法是辨识风险的一种可靠有效的方法。通过该方法的分析，可以发现装置的潜在危险，明确事故发生的原因，在装置运行中，重点管理，最大程度预防事故的发生，并有效控制事故发生时所造成的危害程度，保证装置长期可靠运行，保证人员的生命安全。