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摘要：HAZOP分析法是国际上应用最为广泛的分析方法，也是系统性和完备性最好的方法。本文探讨了基于HAZOP方法的加氢工艺自动化安全控制。
关键词：HAZOP；加氢；自动化安全控制
在现代炼油工业中，加氢过程是不可缺少的工艺过程，若操作失误、设备泄漏或安全控制不当都极易引起爆炸。而HAZOP分析法以其系统、科学的突出优势，在装置工艺危险分析中发挥着重要作用。
一、HAZOP方法
HAZOP方法是ICI公司20世纪70年代初提出的一种基于系统工程的风险评价方法，可用于定性分析或定量评价，用于识别生产设备和工艺过程中的危险及其原因，寻求必要的对策。通过分析生产运行过程中工艺参数的变化，操作控制中可能出现的偏差，以及这些变化和偏差对系统的影响和可能产生的后果，找出变动和偏差的原因，识别装置或系统及生产过程中的主要危险和危害因素，并针对变动和偏差的后果提出应采取的措施。
HAZOP的主要目的是对装置的安全性和操作性进行设计审查，HAZOP分析由生产管理、工艺、安全、设备、电气、仪表、环保、经济等工种的专家进行共同研究；这种分析方法包括辨识潜在的偏离设计目的的偏差、分析其可能的原因并评估相应的后果。它采用标准引导词，结合相关工艺参数等，按流程进行系统分析。并分析正常/非正常时可能出现的问题、产生的原因、可能导致的后果以及应采取的措施。
二、加氢工艺过程危险性
加氢是在有机化合物分子中加入氢原子的反应，涉及加氢反应的工艺过程为加氢工艺，主要包括不饱和键加氢、芳环化合物加氢、含氮化合物加氢、含氧化合物加氢、氢解等。加氢过程无论是利用初生态氢还原，还是用催化加氢，都是在氢气存在下，并在加热、加压条件下进行的。
1、反应物料的危险性分析。氢气为无色无味气体，相对密度为0.07(水=1)，闪点＜-50℃，自燃点为570℃，爆炸极限为4％～75％，极易爆炸和燃烧，爆炸范围很宽，与空气形成爆炸混合物，引燃能量低，遇热或明火即会发生爆炸。气体比空气轻，在室内使用和储存时，漏气升滞留屋顶不易排出，遇火花会引起爆炸。
2、加氢反应的危险性分析。加氢反应为强烈的放热反应，在操作过程中随着反应温度、压力的升高，氢气极易发生泄漏，有较大的爆炸隐患。氢气在高温高压下与钢材接触，钢材内的碳分子易与氢气发生反应生成碳氢化合物，使钢制设备强度降低，造成氢气外漏，发生火灾甚至爆炸。加氢反应对反应条件控制非常严格，若加料速度过快、升温过高或过快、搅拌不及时等，都可能会使热量积聚，温度、压力急剧上升，发生反应失控，导致冲料，严重的可致反应釜爆炸。
三、加氢工艺过程HAZOP分析
1、危险与可操作性研究的主要分析步骤是：①充分了解分析对象，准备有关资料；②将分析对象划分为若干单元；③按关键词逐一分析每个单元内工艺条件等可能产生的偏差；④分析发生偏差的原因及后果；⑤制定相应的措施。
2、加氢工艺HAZOP分析过程。加氢工艺过程主要包括加氢反应器、蒸镏塔、冷凝塔、分析过滤器等没备，为保证加氢装置安全稳定运行，现选择加氢工艺过程中危险性较大的加氢反应器为分析对象，加氢反应器入口到出口为分析节点。以下列参数出现偏差进行HAZOP研究：①惰性气体；②氢气流量；③反应器内压力；④反应器内温度；⑤反应器搅拌；⑥冷却水。
3、分析结果
1)NO否。①没有惰性气体，其原因在于控制阀失效，阀门关闭；惰性气体用尽；控制器失效，阀门关闭。容易引起反应器爆炸，因此，要安装备用控制阀或手动旁路阀，并加强检查。②没有冷却水，其原因在于控制阀失效，阀门关闭；冷却管堵塞；冷水水源无水；控制器失效，阀门关闭。容易引起反应器温度升高；热量失控，反应器爆炸。因此，要安装备用控制阀或手动旁路阀；或安装过滤器，防止垃圾进入管线。同时，安装备用控制器、高温报警器，或冷却水流量计和低流量报警器。③没有搅拌，其原因在于异常停电，搅拌装置损坏，控制器失效。容易引起反应器温度升高；热量失控，反应器爆炸。因此，要安装备用电源、搅拌器和控制器。④没有氢气，其原因在于氢气管堵塞，管道或容器破裂，物料大量泄漏，设备失效。导致产品无法生成，氢气爆炸。因此，要安装物料泄漏报警装置或流量指示控制器。
2)MORE多。①氢气流量偏高，其原因在于进口的压力增加，系统控制故障，控制阀进行调整。易致使反应器压力过大，超压爆炸；或反应速度过快，热量失控，反应器爆炸。因此，要安装流量指示控制器。②反应器内压力过大，主要因管道堵塞、泄压阀被封死、因加热而超压、爆炸、外部起火、天气条件、粘度或密度发生变化，易引起超压爆炸、设备损坏，可安装超压报警及联锁装置，并定期检查安全阀、爆破片等安全附件。③反应器内温度过高，因环境条件、搅拌停止、冷却水出现故障致使热量散发不出去，或加热介质泄入反应系统中、温度仪表和控制发生故障。易造成反应过快，热量失控，容器爆炸，或损坏设备。因此，要安装超温报警及联锁装置，并定期检查温度仪表、控制器及冷却水系统。④冷却水温度过高，因环境条件、冷却水系统出现故障、反应器介质泄入冷却水夹套、温度仪表和控制发生故障。易造成反应器内温度过高和反应失控爆炸，因此，要安装冷却水温度指示控制器，并定期温度仪表、控制器及冷却水系统。
3)LESS少。①氢气流量偏低，因反应速度变慢，生产效率下降或氢气爆炸，要安装物料泄漏报警装置或流量指示控制器。②冷却水偏少，因控制阀失效面关小、冷却管部分堵塞、冷水水源供应不足、控制器失效阀门关小，造成反应器温度升高，热量失效，反应器爆炸，要安装备用控制阀或手动旁路阀，或过滤器，防止垃圾进入管线，还要安装备用控制器、高温报警器、冷却水流量计和低流量报警器。③惰性气体偏少，因控制阀失效，阀门关小，或惰性气体不足，控制器失效，阀门关小，易引起反应器爆炸，所以要安装备用控制阀或手动旁路阀，并加强检查。
四、加氢工艺过程自动化控制方案
1、惰性气体保护。在加氢反应装置内，充入隋性气体，稀释可燃气体的爆炸性混和物，降低氧气、可燃物的百分比，从而消除爆炸危险和阻止火焰的传播。在加氢反应釜内和尾放空时加入隋性气体，可有效防止爆炸事故的发生。
2、投料比例控制。在氢气加料管道设置自动阀，管道入口处设计流量自动控制器，并与其联锁，当氢气流量偏离设定值时，流量控制器向自动阀发出指令，将自动调节氢气的通入量。
3、反应过程控制。对加氢反应釜内的温度和压力进行联锁控制，超温、超压的报警，并切断加氢。在反应釜内设置温度计和压力表，并设置超压报警控制装置和超温报警控制装置，当压力和温度超过极限值时，会进行报警，并对自动阀发出指令，停止供应氢气。
4、设备防爆措施。在反应釜上端设置安全阀，一旦发生压力超过安全阀设置的极限压力，要将其开启，并将释放出的氯气导入吸收处理装置。为进一步提高设备的安全性能，可在反应釜上端设置防爆膜，并将防爆膜释放出的气体送至接受槽。
5、搅拌及冷却装置控制。在搅拌装置中，当搅拌器突然停电或故障时，通过设置电流报警器进行报警。在反应釜夹套冷却装置中，当反应釜夹套内冷却水温度过高时，可通过超温报警器进行报警。
6、加氢反应场所安全控制。在加氢工艺装置设置可燃气体检测探头，一旦可燃气体泄漏浓度超标，在报警主机进行报警。
五、结语
目前，HAZOP分析法是国际上应用最为广泛的危险性分析方法，也是系统性和完备性最好的方法，通过组合引导词和标准参量寻找工艺偏差，辨识系统存在的危险源，并确定控制危险源风险的对策。
参考文献：
[1]刘铁民.安全评价方法应用指南[M].北京：化工业出版社，2014，30-34.
[2]李少鹏.安全仪表系统等级划分HAZOP分析的结合应用[J].中国安全生产科学技术，2014(05).