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分享:CCPS间歇反应系统过程安全指南

2021/5/17 15:51:02      点击:

前言:

杭州豪鹏科技有限公司秉承软件是知识载体,软件就是服务。本译稿的翻译纯为行业内学习、研究、推广和宣传间歇反应系统过程安全管理,以期用微薄之力助力国内化工行业安全管理的提升,不具任何商业目的。

本译稿不提供电子版,有兴趣的朋友关注公众号,后台留言免费获取打印稿,并声明本手册仅作为学习使用,不用于任何形式商业的传播。如有需要,请购买原版书籍或联系原文作者。

豪鹏科技是由咨询顾问、风险控制专家、IT专家和企业运营专家组成一家现代科技企业,致力于安全管理软件的开发和推广,如HAZOPkit软件,LOPA(SIL定级)软件、SIL验算软件等,以帮助客户实现卓越运营。


间歇反应系统的特殊问题

间歇反应系统对过程安全提出了独特的挑战(Hendershot 1987)。批处理操作由一系列的处理步骤组成,这些步骤必须在适当的时间以适当的顺序执行。就其本质而言,间歇式过程并不在稳定状态下运行。随着过程的进行,容器中的材料的滞留随着材料的投入、反应和可能撤回而变化,从而改变混合特性和有效的传热面积。随着时间的推移,反应混合物的物理性质、化学成分和物理状态不断变化。这使得操作人员和控制系统更难监控和诊断过程。生产步骤的顺序,频繁的启停,增加了人为错误和设备故障的可能性,而且在同一设备中有多个工序和产品的批量反应系统,这也会导致人为错误的概率增加。

间歇式生产装置通常是为一般用途而设计的,而不是专门用于特定的过程。设备的管道和布局经常被修改以满足当前工艺的需要,或者对现有设备进行改造,在同一设备中使用不同的活动、复杂的工艺管道,以及使用共用的辅助设备,如塔和冷凝器,在选择材料以及仪表和控制系统的选择时为防止交叉污染提出了更大的挑战。此外,设备的复杂性和变化的频率使过程文档任务更复杂化。这些频繁的变更常常导致复杂的变更管理(MOC)问题。

批处理操作(非稳态)的性质常常涉及到人工干预,产生了与控制系统的设计、操作程序的设计以及控制系统与操作员之间的交互作用有关的重大问题。操作员是过程控制、监控回路和过程安全运行的更重要的组成部分。管理批处理过程的操作员比其对应的连续系统中人员具有更多的职责和责任。其中的一些职责要么是特定于批处理操作,要么是在批处理操作中比在连续过程中执行得更频繁。操作员在批处理过程中必须执行的功能的数量和种类要求有效的管理系统,包括更严格的培训,以尽量减少人为错误。此外,批处理操作要求更多地参与,并且常常更接近于工艺生产过程。这种与工艺的密切关系使得操作员在接触原材料和半成品的存在较大的风险,另外与连续的反应系统具有的持续稳定的吞吐量相比显然是增加了多大的风险。所有这些问题使得间歇反应系统在管理过程安全方面具有独特性。


间歇反应系统过程安全指南

美国化学过程安全中心(CCPS)在1997年确定了出版一本关于间歇反应系统特有的过程安全问题的出版物的必要性,《间歇反应系统的过程安全指南》试图描述间歇反应系统的安全设计和操作。这本书的目的是:

•识别间歇反应系统特有的安全问题;

•为实践工程师提供如何识别、定义和解决间歇反应系统中独特的安全问题的指导;

•在间歇反应系统的开发、设计、操作和维护中提供一系列标准和技术,以降低风险,确保人身、环境和财产的安全;

•协助识别间歇反应系统中遇到的不安全条件的潜在来源;

•提供适当的实践指导以防止事故发生;

•确定具体专业知识的来源,并相应地加以参考。                       

这本书并不关注职业安全和健康问题,尽管改进的过程安全可以使每个领域受益。详细的工程设计不在这本书的范围之内。本书旨在确定间歇反应系统中的问题和关注点,并提供解决这些问题的潜在解决方案。这对工艺设计工程师、操作人员、维护人员以及工艺危害分析小组成员都有价值。虽然本书为特定问题/关注点提供了潜在的解决方案,但最终用户需要提出最能满足公司要求的解决方案,以便在降低风险和降低成本之间取得平衡。在许多情况下,这本书提供了一个或多个关于这一主题的附加信息来源,对读者可能有价值。


指南中使用的方法

本书分五章介绍了间歇反应系统的安全问题。每一章都以本章所涵盖的主题的描述开始。接下来是一个简短的例子,重点介绍了涉及间歇反应系统事件的一个报告。案例研究之后列出了本主题特有的关键问题和过程安全实践。本书中提出的问题和关注点,以及潜在的设计解决方案和附加信息来源在表中列出。这种格式以熟悉和方便的格式简洁地传达了必要和相关的信息。表格的组织如下所述。

•关注点/问题:确定具体的安全问题或关注点及其安全影响。

•潜在解决方案和控制机制:列出可用于降低特定问题或关注点风险的潜在解决方案和控制机制

•额外资源:提供关于表中确定的问题的额外信息来源。请注意,“附加资源”栏并不试图包含附加信息的所有来源。

应当认识到,表中所列的解决办法和控制机制是处理某一特定问题的可能办法。

它们的目的仅仅是为了提高认识,帮助设计人员和操作人员,并不意味着这些解决方案和控制机制是公认的、普遍可接受的良好工程实践(RAGAGEP)。这本书的作者不能预见所有可能的问题,或一个具体问题的所有适用的解决方案。潜在的解决方案和控制措施旨在激发人们的思考,并就所提出的潜在解决方案的适当性展开讨论,并潜在地激发表中未包括的其他解决方案的产生。

表的使用应结合良好的工程判断和对所有相关因素的考虑。此外,提出的所有解决方案可能不适用于给定的情况。还应认识到,提出的解决办法可能会带来原本不存在的潜在危险。因此,有必要在总体设计概念的背景下使用该表,以确保考虑了所有危害。

有关间歇反应系统中安全问题的信息,见以下章节:

第二章 化学

了解工艺原料、中间体、产品和副产品中所涉及的所有化学品的行为,是识别和理解与给定工艺相关的工艺安全问题的一个关键方面。间歇过程的性质使系统更有可能进入一种状态(压力、温度和组分),在这种状态下可能发生不希望发生的反应。在间歇反应系统中,由于更大的污染可能性或加成顺序的错误,发生不希望发生的化学反应的机会也要大得多。本章提出问题、关注点,并提供与间歇反应系统中的化学相关的潜在解决方案。

第三章 设备配置及布置

合理的设备配置和布局可以对加工设施的安全做出重大贡献。在间歇过程中,由该过程处理的材料可以频繁地改变,提供安全的分离距离比连续过程提出了更大的挑战。设施布局的其他重要考虑因素是电气分类和防火要求。批处理过程位于建筑物内部也是很常见的。这导致需要提供足够的建筑通风,以避免由于泄漏而积聚危险蒸汽/气体。本章提出问题/关注点,并提供与间歇反应系统中设备配置和布局相关的潜在解决方案。

第四章 设备

一件设备在其生命周期中经常被用于不同的过程。这可能会导致工艺条件超出设备的安全操作极限。由于处理的材料发生变化或在设备寿命期间工艺化学发生变化,设备检查可能会对设备的使用寿命和可靠性提供较差的预测。间歇操作的特点还包括设备的频繁启动和关闭。这可能导致设备加速老化,并可能导致设备故障。本章介绍了间歇反应系统中各种设备的安全设计、操作和维护方面的问题和关注点,并提供了潜在的解决方案。

第五章 仪表/控制系统

间歇过程不是在稳态条件下进行的这一事实对控制系统提出了广泛的要求,必须选择仪表和控制系统来为各种操作条件和各种过程提供充分的控制。此外,基本的过程控制和关闭系统必须处理排序问题。本章介绍了间歇反应系统中仪表和控制的安全问题和关注点,并提供了潜在的解决方案。

第六章 操作和程序

在间歇反应过程中,操作员是过程的一个组成部分。在批处理设施中工作的典型操作员可能需要执行的一些功能包括调度、设备设置、清洁、投料、执行和控制程序、监控、故障诊断和纠正措施、取样、成品和不合格/部分成品的处理、维护、应急响应,进程日志和通信。其中有些是特定于批处理操作的,或者在批处理操作中比在连续过程中更经常执行。与连续操作相比,操作员在批处理过程中必须执行的功能的数量和种类越多,出现错误的机会就越多。本章介绍了间歇反应系统中有关操作和程序的问题,并提供了可能的解决方案。


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