甲基丙烯酸甲酯生产过程中的安全性分析开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文献综述

1.甲基丙烯酸甲酯简介

甲基丙烯酸甲酯既是一种有机化工原料,又可作为一种有机化工产品直接应用。作为有机化工原料,主要应用于有机玻璃(pmma)的生产,也用于聚氯乙烯助剂acr的制造。以及作为第二单体应用于腈纶生产。除此之外,在涂料、纺织、粘接剂等领域也得到了广泛的应用。作为种化工产品,甲基丙烯酸甲酯可直接应用于皮革、纺织、造纸、地板抛光、不饱和树脂改性、甲基丙烯酸高级酯类,也可作为木材浸润剂、印染助剂及塑料型乳液的增塑剂等直接应用于许多行业。近年来,国内外mma的聚合物、型材、板材、涂料、乳液等需求增长,同时mma的衍生物甲基丙烯酸-2-羟基乙酯(2-hema)、甲基丙烯酸丁酯(bma)、甲基丙烯酸缩水甘油酯(gma)、甲基丙烯酸-2-乙基己酯(2-ehma)、甲基丙烯酸二甲胺乙酯等各种甲基丙烯酸酯的需求量也增加。然而，甲基丙烯酸甲酯的生产过程并非一帆风顺。

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

1.本课题研究问题

甲基丙烯酸甲酯的生产方法多样、过程也比较复杂，发生事故的原因涉及设计、操作、维修、储存、运输以及管理等各个方面，一旦失误变会造成不可估量的损失。本课题即对甲基丙烯酸甲酯的生产过程进行安全性分析，充分理解该化工生产过程的流程。

2.拟采用的研究手段

文献综述：收集国内外课题相关的资料文献并对其进行研究、总结

理论研究：分析甲基丙烯酸甲酯生产工艺流程等；对甲基丙烯酸甲酯生产过程中的危险有害因素进行辨识；对甲基丙烯酸甲酯生产过程中所使用的主要设备进行结构设计和强度设计；利用合适的分析评价方法（FTA，HAZOP，DOW，其他）对甲基丙烯酸甲酯生产过程中的安全性（化工过程，化工设备等）进行分析和研究；对甲基丙烯酸甲酯生产过程提出系统的安全技术措施和管理措施。

3.分析方法

1.HAZOP(HazardandOperabilityAnalysis)

HAZOP分析,即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，方法的本质就是通过系列的会议对工艺图纸和操作规程进行分析。在这个过程中，由各专业人员组成的分析组按规定的方式系统的研究每一个单元（即分析节点），分析偏离设计工艺条件的偏差所导致的危险和可操作性问题。HAZOP分析组分析每个工艺单元或操作步骤，识别出那些具有潜在危险的偏差，这些偏差通过引导词引出，使用引导词的一个目的就是为了保证对所有工艺参数的偏差都进行分析

对于连续的工艺操作过程，HAZOP分析节点为工艺单元；而对于间歇操作过程来说，工艺单元是指具有确定边界的设备单元；操作步骤是指间歇过程的不连续动作，或者是

由HAZOP分析组分析的操作步骤。对于连续工艺过程，分析节点划分的基本原则如下：

一般按照工艺流程进行，从进入的PID管线开始，继续直至设计意图的改变，或继续

直至工艺条件的改变，或继续直至下一个设备。上述状况的改变作为一个节点的结束，另一个节点的开始。在选择分析节点以后，应确认该分析节点的关键参数。

HAZOP术语

1）分析节点

又称工艺单元，指具体确定边界的设备（如两容器之间的管线）单元，对单元内工艺参数的偏差进行分析。

2）操作步骤

间隙过程的不连续动作，或者是由HAZOP分析组分析的操作步骤。可能是手动、自动或计算机自动控制的操作，间隙过程每一步使用的偏差可能与连续过程不同。

3）引导词

用于定性或定量设计工艺指标的简单词语，引导识别工艺过程的危险。

4）工艺参数

与过程有关的物理和化学特性，包括概念性的项目如反应、混合、浓度、pH值及具体项目如温度、压力、相数及流量等。

5）工艺指标

确定装置如何按照希望进行操作而不发生偏差，即工艺过程的正常操作条件。

6）偏差

分析组使用引导词系统地对每个分析节点的工艺参数（如流量、压力等）进行分析后发现的系列偏离工艺指标的情况；偏差的形式通常是引导词 工艺参数。

7）原因

发生偏差的原因。一旦找到发生偏差的原因，就意味着找到了对付偏差的方法和手段，这些原因可能是设备故障、人为失误、不可预料的工艺状态（如组成改变）、外界干扰（如电源故障）等。

8）后果

偏差所造成的结果。后果分析是假定发生偏差时已有安全保护系统失效；不考虑那些细小的与安全无关的后果。

9）安全措施

指设计的工程系统或调节控制系统，用以避免或减轻偏差发生时所造成的后果（如报警、联锁、操作规程等）。

10）补充措施

修改设计、操作规程，或者进一步进行分析研究（如增加压力报警、改变操作步骤的顺序等）的建议。

HAZOP分析需要将工艺图或操作程序划分为分析节点或操作步骤，然后用引导词找出过

程的危险，识别出那些具有潜在危险的偏差，并对偏差原因、后果及控制措施等进行

分析。

H

2.PHA(PreliminaryHazardAnalysis)

预先危险分析（PHA）又称初步危险分析，是在进行某项工程活动（包括设计、施工、生产、维修等）之前，对系统存在的各种危险因素（类别、分布）出现条件和事故可能造成的后果进行宏观、概率分析的系统安全分析方法，其目的是早期发现系统的潜在危险因素，确定系统的危险性等级，提出相应的防范措施，防止这些危险因素发展成为事故，避免考虑不周造成的损失。

预先危险分析步骤：

（1）通过经验判断、技术诊断或其他方法调查确定危险源（即危险因素存在于哪个子系统中），对所需分析系统的生产目的、物料、装置及设备、工艺过程、操作条件以及周围环境等，进行充分详细的了解；

（2）根据过去的经验教训及同类行业生产中发生的事故或灾害情况，对系统的影响、损坏程度，类比判断所要分析的系统中可能出现的情况，查找能够造成系统故障、物质损失和人员伤害的危险性，分析事故或灾害的可能类型；

（3）对确定的危险源分类，制成预先危险性分析表；

（4）转化条件，即研究危险因素转变为危险状态的触发条件和危险状态转变为事故（或灾害）的必要条件，并进一步寻求对策措施，检验对策措施的有效性；

（5）进行危险性分级，排列出重点和轻、重、缓、急次序，以便处理；

（6）制定事故或灾害的预防性对策措施

危险性等级划分

在进行PHA分析时，应注意的几个要点：

1）应考虑生产工艺的特点，列出其危险性和状态：①原料、中间产品、衍生产品和成品的危害特性；②作业环境；③设备、设施和装置；④操作过程；⑤各系统之间的联系；⑥各单元之间的联系；⑦消防和其他安全设施。

2）PHA分析过程中应考虑的因素：①危险设备和物料，如燃料、高反应活动性物质、有毒物质、爆炸高压系统、其他储运系统；②设备与物料之间与安全有关的隔离装置，如物料的相互作用、火灾、爆炸的产生和发展、控制、停车系统；③影响设备与物料的环境因素，如地震、洪水、振动、静电、湿度等；④操作、测试、维修以及紧急处置规定；⑤辅助设施，如储槽、测试设备等；⑥与安全有关的设施设备，如调节系统、备用设备等。

3.道化学火灾、爆炸指数评价法

风险分析的基本程序如图所示。工艺单元选择那些影响较大的工艺单元，然后确定物质系数（MF），所选物质应是最危险工艺状况下的最危险物质。确定工艺单元危险系数（F3）需要从一般工艺危险系数（F1）和特殊工艺危险系数（F2）两个方面分析，按照工艺单元危险系数(F3)=一般工艺危险系数（F1）特殊工艺危险系数（F2）进行计算。一般工艺危险系数（F1）共包括六项内容，即放热反应、吸热反应、物料处理和输送、封闭单元或室内单元、通道、排放和泄露。要根据具体情况选取恰当的系数，并将这些危险系数相加，得到单元的一般工艺危险系数。特殊工艺危险系数（F2）包括十二项内容，有毒性物质、负压操作、在爆炸极限范围内或其附近的操作、粉尘爆炸、释放压力、低温、易燃和不稳定物质的数量、腐蚀、泄露、明火设备、热油交换系统、转动设备。选取恰当的系数，相加后得到单元的特殊工艺危险系数。

然后根据以上资料计算火灾爆炸危险指数（FEI），以用来估算评价单元发生事故可能造成的破坏，它等于物质系数MF与单元危险系数（F3）的乘积。同时需要考虑安全措施补偿系数（C0），即通过比较不同安全措施，而减少或控制评价工艺单元的危险性。安全措施可分为三类：工艺控制（C1）、物质隔离（C2）和防火设施（C3）。补偿火灾、爆炸危险指数（FEI′）按照式3.1计算。

FEI′=FEIC(3.1)

式中：C安全措施总补偿系数，C=C1C2C3；

C1工艺控制补偿系数

C2物质隔离补偿系数

C3防火措施补偿系数

接下来可以确定单元破坏系数（DF），它代表了单元中燃料泄漏或反应能量释放所引起的火灾、爆炸事故的综合效应，即破坏程度，可由F3值和MF值查图1得出。然后根据破坏程度确定影响半径及暴露面积，方法是先由0.84FEI值查图2得半径R，然后计算出暴露面积S（式3.2）

S=πR^2(3.2)

式中：R暴露半径。

最后再确定最大可能财产损失（MPPD）、最大可能工作日损失（MPDO）和停产损失（BI）。

图1单元破坏系数计算

图2暴露区域半径计算图

采取科学合理的安全措施，不仅能预防事故的发生，减少财产损失，而且能同时降低事故的发生概率和危害。安全措施包括：工艺隔离、物质隔离、防火措施等。

4.LEC评价法

LEC评价法格雷厄姆(BenjaminGraham,1894-1976)评价法)是对具有潜在危险性作业环境中的危险源进行半定量的安全评价方法，用于评价操作人员在具有潜在危险性环境中作业时的危险性、危害性。

该方法用与系统风险有关的三种因素指标值的乘积来评价操作人员伤亡风险大小，这三种因素分别是：L（likelihood，事故发生的可能性）、E（exposure，人员暴露于危险环境中的频繁程度）和C（consequence，一旦发生事故可能造成的后果）。给三种因素的不同等级分别确定不同的分值，再以三个分值的乘积D（danger，危险性）来评价作业条件危险性的大小，即：

D=LEC

风险分值D=LEC。D值越大，说明该系统危险性大，需要增加安全措施，或改变发生事故的可能性，或减少人体暴露于危险环境中的频繁程度，或减轻事故损失，直至调整到允许范围内。

对这3种方面分别进行客观的科学计算，得到准确的数据，是相当繁琐的过程。为了简化评价过程，采取半定量计值法。即根据以往的经验和估计，分别对这3方面划分不同的等级，并赋值。具体如下：

事故发生的可能性（L）

暴露于危险环境的频繁程度（E）

发生事故产生的后果（C）

根据公式：风险D=LEC就可以计算作业的危险程度，并判断评价危险性的大小。其中的关键还是如何确定各个分值，以及对乘积值的分析、评价和利用。

根据经验，总分在20以下是被认为低危险的，这样的危险比日常生活中骑自行车去上班还要安全些；如果危险分值到达70～160之间，那就有显著的危险性，需要及时整改；如果危险分值在160～320之间，那么这是一种必须立即采取措施进行整改的高度危险环境；分值在320以上的高分值表示环境非常危险，应立即停止生产直到环境得到改善为止。

值得注意的是，LEC风险评价法对危险等级的划分，一定程度上凭经验判断，应用时需要考虑其局限性，根据实际情况予以修正。

5.故障类型和影响分析（FMEA）

故障类型和影响分析（FailureModesandEffectAnalysisFailureModesandEffectAnalysis）就是在产品设计过程中，通过对产品各组成单元潜在的各种故障类型及其对产品功能的影响进行分析，并把每一个故障按它的严重程度予以分类，提出可以采取的预防、改进措施，以提高产品可靠性的一种设计分析方法。其实质是将工作系统分割为子系统、设备或元件，逐个分析各自可能发生的故障类型及其产生的影响，以便采取相应的防治措施，提高系统的安全性。

FMEA工作程序

1）熟悉系统收集资料

将所分析的系统或设备部件的工艺、生产组织、管理和人员的素质、设备等情况,以及投产或运行以来的设备故障和伤亡事故情况进行全面的调查分析，收集整理伤亡事故、设备故障等方面的数据和资料。

2）确定分析程度和水平

分析层次的确定一般考虑两个因素，一是分析目地，二是系统的复杂程度。分析的层次太浅，就会漏掉重要的故障模式，得不到需要的信息；若分析得过深，一切都分析到元件，会造成结果繁琐，浪费大量人力和时间，对制订措施也带来困难。一般，对关键的子系统可以分析得深一些，次要分析得浅一些，有的可以不用分析。

3）绘制系统功能框图和可靠性框图

绘制功能框图时需要将系统按照功能进行分解，并表示出子系统及各功能单元的输入和输出关系。可靠性框图是研究如何保证系统正常运行的系统图，它侧重表达系统的功能与各功能元件的功能之间的关系。

4）列出所有故障类型并分析其影响

　列出所有可能的故障类型，并其对系统、子系统、元件以及对人的影响。

5）分析故障原因及故障检测方法

　分析故障原因既要注意系统的内在因素，也得注意外在因素。每种故障类型都要明确相应的检测方法

6）确定故障等级

　可以根据故障影响，对照严重度的分级标准进行故障等级划分。分级还得考虑故障发生的概率，可以采用风险矩阵法来进行故障分级。