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【摘 要】本文利用HAZOP分析方法对VAE乳液项目基础设计进行了风险分析。以基础设计的设计资料为基准，分析了反应工段可能出现的风险和问题隐患，并提出了解决各类隐患的措施，为详细设计及生产建设做重要指导。
【关键词】HAZOP；VAE；反应；设计；分析；措施
1.引言
危险与可操作性（Hazard and Operability，HAZOP）分析是国际上公认的有效并被普遍使用的风险评估方法。VAE乳液聚合反应是一个放热反应，反应的特点之一就是反应压力高、放热量大、反应控制复杂，存在很高的危险性。利用HAZOP分析方法，对VAE乳液生产过程进行安全和可操作性分析，辨识因为各种偏差可能出现的事故和设计缺陷，对各种风险提出避免和改进的措施，以确保装置安全生产。
2. HAZOP分析介绍
2.1 HAZOP分析方法来源及国内应用现状
HAZOP分析方法是英国帝国化学工业公司（ICI）为解决除草剂制造过程中的危害，于1964年发展起来的一套以引导词为主体的危害分析方法，用来检查设计的安全以及危害的因果来源。1974年，该方法正式对外发表。HAZOP分析用来检查流程设计的安全以及危害的因果来源，通过对设计目的的潜在偏离的辨识对偏离的原因进行检查，对偏离的后果进行评估[1]。是一种被工业界广泛采用的工艺危险分析方法，也是有效排查事故隐患，预防重大事故和实现安全生产的重要手段之一。
在我国，HAZOP分析应用相对较晚。近年来，我国国家安监总局对HAZOP方法的推广和应用，并陆续发布《化工建设项目安全设计管理则》（AQ/T3033-2010）、《化工企业工艺安全管理实施导则》（AQ/T3034-2010）、《危险与可操作性分析（HAZOP分析）应用导则》（AQ/T3049-2013）等标准作为中华人民共和国安全生产行业标准。国家安监总局2007年发布255号文《危险化学品建设项目安全评价细则（试行）》第6.4.2.2条明确提出：对国内首次采用新技术、新工艺的建设项目的工艺安全性分析，除选择其他安全评价方法外，尽可能选择HAZOP进行。2013年国家安监总局发布76号文《关于进一步加强危险化学品建设项目安全设计管理的通知》中第二条规定：建设单位在建设项目设计合同中应主动要求设计单位对设计进行危险与可操作性（HAZOP）审查，并派遣有生产操作经验的人员参加审查，对HAZOP审查报告进行审核。涉及“两重点一重大”和首次工业化设计的建设项目，必须在基础设计阶段开展HAZOP分析。2013年中国石化集团引发第258号文件《中国石化危险与可操作性分析实施管理规定（试行）》要求：各单位应将新建、改建和扩建的建设项目危险与可操作性分析纳入建设项目设计管理。随着推广的深入，近几年中国的石油、化工建设项目陆续将HAZOP分析应用在装置的设计过程中[2-6]。
2.2 HAZOP分析流程[7-8]
（见图2-1）
3.VAE乳液生产装置的HAZOP分析
3.1 VAE乳液生产介绍
VAE乳液是乙烯与醋酸乙烯酯单体在乳化体系作用下，在乙烯升至一定压力，体系维持在一定温度条件下，在氧化剂和还原剂反应产生自由基，自由基引发醋酸乙烯酯和乙烯单体，生成的共聚产物。
建设单位的VAE乳液建设项目采用的是自主开发的新工艺。VAE乳液反应采用釜式半连续反应，由配料、加料反应、脱泡、过滤冷却等工序组成。各种原料配制完成后，首先向反应器加入定量的初始表面活性剂，再启动反应器搅拌器，然后向反应器加入初始VAC至设定值。当初始VAC加料结束后，向反应器内通入乙烯进行升压。此时，控制反应器温度稳定在45～70℃之间。当反应器压力升高到第一压力设定点时，加入还原剂，然后立即向反应器内加入氧化剂，引发醋酸乙烯酯和乙烯聚合反应。温度升高至65～75℃时，打开冷却水阀门对反应器进行拆热，同时调节氧化剂和还原剂的加料速率。当反应温度升高至78℃时，向反应器加压至第二压力点进行反应，通过VAC连续加料泵向反应器连续滴加VAC，连续加料时采用流量计调节加料量，同时通过控制氧化剂和还原剂溶液的加料速率来维持聚合温度在80℃左右。连续VAC加料完成后，停止乙烯、连续表面活性剂的进料，进入反应降压阶段，反应进行100～500min。当压力降低至第三压力点时，反应进入整理期，提高氧化剂和还原剂水溶液加料速率，以降低未反应的VAC和乙烯含量直到反应器内反应完成。
反应器内反应结束后，待反应釜物料温度降至70℃时，利用反应器中剩余乙烯余压将反应器内物料全部压到脱泡槽内脱除乙烯。经脱泡的乳液再经过滤和冷却作为反应产物送到下游装置进行储存和包装。工艺流程简图见图3-1。
3.2 VAE乳液生产的HAZOP分析应用
VAE乳液的反应条件为6～10Mpa.G，70～90℃，属于高压聚合的放热反应，是属于国家安监总局2009年发布的116号文《首批重点监管的危险化工工艺目录》中第十四类聚合工艺，VAE乳液生产过程中使用的主要物料如醋酸乙烯、乙烯、引发剂等都具有易燃易爆的特性。部分物料如甲醇、醋酸乙烯等具有毒性。部分物料如氢氧化钠等有腐蚀性。装置为甲类火灾危险性生产装置，在生产过程中一旦阀门、设备、管线发生泄漏，或工艺操作条件控制不当，就可能会造成爆炸和其他危险。结合国家安监总局和中石化集团公司的要求，建设单位在VAE乳液生产建设项目中首次应用HAZOP分析方法进行安全和可操作性分析。
由于反应器是VAE乳液生产装置的最核心设备，温度和压力是生产过程的重要控制指标，因此在基础设计阶段按照HAZOP方法划分节点[9-10]，以设计院提供的基础设计阶段工艺管道及仪表流程图等设计资料为基准对于反应器的进料、反应流程共划分为7个节点，分析了71项偏差，对HAZOP分析的结果结合基础设计已有的设计措施，提出23项安全措施和建议见表3-1。
4.结论
VAE乳液生产装置属于高风险的工艺装置，且使用的是自主开发的新工艺，装置设计难度大，操作经验相对少，容易在设计、采购、施工阶段留下隐患，本文通过对VAE乳液生产装置的反应器进料、反应过程进行HAZOP分析，对基础设计进行检查检验，提出多条建议，对后期项目开展起到良好的指导作用，有利于减少设计错误，提高设计准确度，并有助于项目实施过程中完善安全生产条件、预防安全事故。对装置未来开车和安全、平稳运行以及生产过程中人员培训和操作维护具有重大意义。
在项目基础设计阶段采用HAZOP分析，能够识别基础设计中存在的问题，使问题在详细设计阶段得到纠正和解决，这样可以减少投资，因为装置建成后期的修改比设计阶段修改会增加投资。
参考文献：
[1]李宪华、刘锐、戴学海：HAZOP分析在硫磺回收基础设计中的应用，《广东化工》2010年第7期
[2]周英建；HAZOP分析在高性能纖维项目设计中的应用，《合成纤维工业》，2012，35（5）：51
[3]王彪、刘见；HAZOP分析在LNG站的应用——某LNG站设计阶段HAZOP分析工作，《工业安全与环保》，2014年第40卷第3期
[4]杨家茂、张凤喜、高立斌等：HAZOP分析在苏里格气田数字化集气站设计中的应用，《石油规划设计》，2011年第22卷第6期
[5]陈文健；HAZOP风险分析在环己烷/乙二醇（EO/EG）装置的应用，《石油化工安全环保技术》，2014年第30卷第1期
[6]姚桂莹、冯斌、张雪；HAZOP分析技术在催化重整装置的应用，《石油化工安全环保技术》，2014年第30卷第1期
[7]罗莉；HAZOP在石油化工设计中的应用，《石油化工设计》，2006，23（4）15～18
[8]郭勇、郇爽、李志远；化工装置设计中的危险和可操作性研究（HAZOP），《河北化工》，2007年第30卷第7期
[9]姜春明、赵文芳；HAZOP风险分析方法，《安全、健康和环境》，2006年第6期
[10]刘铁民、张兴凯、刘功智；安全评价方法及应用指南，化学工业出版社，2005年版
【关键词】HAZOP；VAE；反应；设计；分析；措施
1.引言
危险与可操作性（Hazard and Operability，HAZOP）分析是国际上公认的有效并被普遍使用的风险评估方法。VAE乳液聚合反应是一个放热反应，反应的特点之一就是反应压力高、放热量大、反应控制复杂，存在很高的危险性。利用HAZOP分析方法，对VAE乳液生产过程进行安全和可操作性分析，辨识因为各种偏差可能出现的事故和设计缺陷，对各种风险提出避免和改进的措施，以确保装置安全生产。
2. HAZOP分析介绍
2.1 HAZOP分析方法来源及国内应用现状
HAZOP分析方法是英国帝国化学工业公司（ICI）为解决除草剂制造过程中的危害，于1964年发展起来的一套以引导词为主体的危害分析方法，用来检查设计的安全以及危害的因果来源。1974年，该方法正式对外发表。HAZOP分析用来检查流程设计的安全以及危害的因果来源，通过对设计目的的潜在偏离的辨识对偏离的原因进行检查，对偏离的后果进行评估[1]。是一种被工业界广泛采用的工艺危险分析方法，也是有效排查事故隐患，预防重大事故和实现安全生产的重要手段之一。
在我国，HAZOP分析应用相对较晚。近年来，我国国家安监总局对HAZOP方法的推广和应用，并陆续发布《化工建设项目安全设计管理则》（AQ/T3033-2010）、《化工企业工艺安全管理实施导则》（AQ/T3034-2010）、《危险与可操作性分析（HAZOP分析）应用导则》（AQ/T3049-2013）等标准作为中华人民共和国安全生产行业标准。国家安监总局2007年发布255号文《危险化学品建设项目安全评价细则（试行）》第6.4.2.2条明确提出：对国内首次采用新技术、新工艺的建设项目的工艺安全性分析，除选择其他安全评价方法外，尽可能选择HAZOP进行。2013年国家安监总局发布76号文《关于进一步加强危险化学品建设项目安全设计管理的通知》中第二条规定：建设单位在建设项目设计合同中应主动要求设计单位对设计进行危险与可操作性（HAZOP）审查，并派遣有生产操作经验的人员参加审查，对HAZOP审查报告进行审核。涉及“两重点一重大”和首次工业化设计的建设项目，必须在基础设计阶段开展HAZOP分析。2013年中国石化集团引发第258号文件《中国石化危险与可操作性分析实施管理规定（试行）》要求：各单位应将新建、改建和扩建的建设项目危险与可操作性分析纳入建设项目设计管理。随着推广的深入，近几年中国的石油、化工建设项目陆续将HAZOP分析应用在装置的设计过程中[2-6]。
2.2 HAZOP分析流程[7-8]
（见图2-1）
3.VAE乳液生产装置的HAZOP分析
3.1 VAE乳液生产介绍
VAE乳液是乙烯与醋酸乙烯酯单体在乳化体系作用下，在乙烯升至一定压力，体系维持在一定温度条件下，在氧化剂和还原剂反应产生自由基，自由基引发醋酸乙烯酯和乙烯单体，生成的共聚产物。
建设单位的VAE乳液建设项目采用的是自主开发的新工艺。VAE乳液反应采用釜式半连续反应，由配料、加料反应、脱泡、过滤冷却等工序组成。各种原料配制完成后，首先向反应器加入定量的初始表面活性剂，再启动反应器搅拌器，然后向反应器加入初始VAC至设定值。当初始VAC加料结束后，向反应器内通入乙烯进行升压。此时，控制反应器温度稳定在45～70℃之间。当反应器压力升高到第一压力设定点时，加入还原剂，然后立即向反应器内加入氧化剂，引发醋酸乙烯酯和乙烯聚合反应。温度升高至65～75℃时，打开冷却水阀门对反应器进行拆热，同时调节氧化剂和还原剂的加料速率。当反应温度升高至78℃时，向反应器加压至第二压力点进行反应，通过VAC连续加料泵向反应器连续滴加VAC，连续加料时采用流量计调节加料量，同时通过控制氧化剂和还原剂溶液的加料速率来维持聚合温度在80℃左右。连续VAC加料完成后，停止乙烯、连续表面活性剂的进料，进入反应降压阶段，反应进行100～500min。当压力降低至第三压力点时，反应进入整理期，提高氧化剂和还原剂水溶液加料速率，以降低未反应的VAC和乙烯含量直到反应器内反应完成。
反应器内反应结束后，待反应釜物料温度降至70℃时，利用反应器中剩余乙烯余压将反应器内物料全部压到脱泡槽内脱除乙烯。经脱泡的乳液再经过滤和冷却作为反应产物送到下游装置进行储存和包装。工艺流程简图见图3-1。
3.2 VAE乳液生产的HAZOP分析应用
VAE乳液的反应条件为6～10Mpa.G，70～90℃，属于高压聚合的放热反应，是属于国家安监总局2009年发布的116号文《首批重点监管的危险化工工艺目录》中第十四类聚合工艺，VAE乳液生产过程中使用的主要物料如醋酸乙烯、乙烯、引发剂等都具有易燃易爆的特性。部分物料如甲醇、醋酸乙烯等具有毒性。部分物料如氢氧化钠等有腐蚀性。装置为甲类火灾危险性生产装置，在生产过程中一旦阀门、设备、管线发生泄漏，或工艺操作条件控制不当，就可能会造成爆炸和其他危险。结合国家安监总局和中石化集团公司的要求，建设单位在VAE乳液生产建设项目中首次应用HAZOP分析方法进行安全和可操作性分析。
由于反应器是VAE乳液生产装置的最核心设备，温度和压力是生产过程的重要控制指标，因此在基础设计阶段按照HAZOP方法划分节点[9-10]，以设计院提供的基础设计阶段工艺管道及仪表流程图等设计资料为基准对于反应器的进料、反应流程共划分为7个节点，分析了71项偏差，对HAZOP分析的结果结合基础设计已有的设计措施，提出23项安全措施和建议见表3-1。
4.结论
VAE乳液生产装置属于高风险的工艺装置，且使用的是自主开发的新工艺，装置设计难度大，操作经验相对少，容易在设计、采购、施工阶段留下隐患，本文通过对VAE乳液生产装置的反应器进料、反应过程进行HAZOP分析，对基础设计进行检查检验，提出多条建议，对后期项目开展起到良好的指导作用，有利于减少设计错误，提高设计准确度，并有助于项目实施过程中完善安全生产条件、预防安全事故。对装置未来开车和安全、平稳运行以及生产过程中人员培训和操作维护具有重大意义。
在项目基础设计阶段采用HAZOP分析，能够识别基础设计中存在的问题，使问题在详细设计阶段得到纠正和解决，这样可以减少投资，因为装置建成后期的修改比设计阶段修改会增加投资。
参考文献：
[1]李宪华、刘锐、戴学海：HAZOP分析在硫磺回收基础设计中的应用，《广东化工》2010年第7期
[2]周英建；HAZOP分析在高性能纖维项目设计中的应用，《合成纤维工业》，2012，35（5）：51
[3]王彪、刘见；HAZOP分析在LNG站的应用——某LNG站设计阶段HAZOP分析工作，《工业安全与环保》，2014年第40卷第3期
[4]杨家茂、张凤喜、高立斌等：HAZOP分析在苏里格气田数字化集气站设计中的应用，《石油规划设计》，2011年第22卷第6期
[5]陈文健；HAZOP风险分析在环己烷/乙二醇（EO/EG）装置的应用，《石油化工安全环保技术》，2014年第30卷第1期
[6]姚桂莹、冯斌、张雪；HAZOP分析技术在催化重整装置的应用，《石油化工安全环保技术》，2014年第30卷第1期
[7]罗莉；HAZOP在石油化工设计中的应用，《石油化工设计》，2006，23（4）15～18
[8]郭勇、郇爽、李志远；化工装置设计中的危险和可操作性研究（HAZOP），《河北化工》，2007年第30卷第7期
[9]姜春明、赵文芳；HAZOP风险分析方法，《安全、健康和环境》，2006年第6期
[10]刘铁民、张兴凯、刘功智；安全评价方法及应用指南，化学工业出版社，2005年版