Количественный анализ HAZOP и динамическое моделирование окисления кумола

Вот развернутый, профессиональный и адаптированный перевод вашего текста на русский язык с сохранением всех технических деталей, цифр, дат, имен и аббревиатур:

---

Процесс получения фенола и ацетона из кумола включает в себя один из самых сложных и опасных технологических этапов — окисление кумола до гидропероксида кумола (CHP — Cumene Hydroperoxide). Органические пероксиды характеризуются слабой связью кислород-кислород (O–O), что делает их крайне нестабильными. Эти соединения склонны к самопроизвольному разложению и тепловому разгону (thermal runaway) — явлению, которое неоднократно становилось причиной взрывов на промышленных объектах. Традиционный качественный анализ, такой как HAZOP (Hazard and Operability Study — анализ опасностей и работоспособности), зачастую не способен в полной мере выявить все возможные сценарии развития аварий в столь нелинейных системах.

Для решения этой проблемы группа исследователей разработала комплексный подход, объединяющий проектирование, управление технологическим процессом на уровне всей установки (Plantwide Control) и количественный анализ безопасности. Инструментом для моделирования и симуляции выступила среда Aspen HYSYS. Для корректного описания парожидкостного равновесия (VLE — Vapor-Liquid Equilibrium) полярной реакционной смеси была применена термодинамическая модель коэффициентов активности UNIQUAC (Universal QuasiChemical — универсальная квазихимическая модель). Недостающие бинарные параметры взаимодействия (BIP — Binary Interaction Parameters) были оценены с помощью группового метода UNIFAC (UNIQUAC Functional-group Activity Coefficients — метод групповых вкладов для расчета коэффициентов активности).

На первом этапе была построена стационарная модель процесса, которая прошла валидацию с использованием лабораторных кинетических данных. Для нахождения параметров уравнения Аррениуса была решена обратная кинетическая задача. После успешной верификации стационарной модели был осуществлен бесшовный переход к динамической симуляции.

Разработанная динамическая модель была использована для имитации отказов оборудования. В частности, были смоделированы следующие аварийные сценарии: отказ компрессора (K-101) в системе охлаждения реакционной смеси, а также сбои в работе каскадной системы охлаждения. Результаты моделирования показали, что система обладает значительной тепловой инерцией. Так, при отказе компрессора продолжительностью 2 минуты контуры управления способны успешно стабилизировать процесс и вернуть его в исходное стационарное состояние без потери контроля. Однако при увеличении времени отказа до 5 минут контроллеры теряют способность справляться с возмущением, что делает необходимой принудительную активацию систем противоаварийной защиты (SIS — Safety Instrumented System).

Данный подход предоставил инженерам четкие и конкретные временные интервалы для настройки задержек срабатывания автоматики и определения времени срабатывания предохранительных клапанов, что позволяет существенно повысить уровень промышленной безопасности на установках производства фенола и ацетона.

Источник

Источник

Теги

• #AspenHYSYS
• #DynamicSimulation
• #HAZOP
• #Термодинамика
• #Safety

Источник: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chas.6c00044

#AspenHYSYS #DynamicSimulation #HAZOP #Термодинамика #Safety