景宇富，何曉靚

（1.神華榆林能源化工有限公司，陜西 榆林 719300；2.西安西電電力電容器有限責(zé)任公司，西安 710082）

0 引言

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)的迅猛發(fā)展，在豐富了人類(lèi)物質(zhì)生活的同時(shí)，也帶來(lái)了眾多的潛在風(fēng)險(xiǎn)因素。世界上每年都發(fā)生許多因存儲(chǔ)或使用易燃、易爆、有毒、有害物質(zhì)而發(fā)生的燃燒爆炸或泄漏中毒事故，造成大批人員傷亡、大量財(cái)產(chǎn)損失或環(huán)境破壞。近來(lái)，隨著國(guó)家對(duì)能源企業(yè)安全生產(chǎn)的高度重視，對(duì)化工行業(yè)提出了更高的安全指標(biāo)和要求，尤其是在風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控方面，增加了危險(xiǎn)因素的識(shí)別和鑒別環(huán)節(jié)，目的是在工藝流程的設(shè)計(jì)階段，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，增加保護(hù)措施，降低自身風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全。因此，能夠利用現(xiàn)有手段進(jìn)行危險(xiǎn)與可操作性的分析評(píng)估已經(jīng)成為整個(gè)行業(yè)的集體訴求。

1 HAZOP分析原理

1.1 概述

危險(xiǎn)與可操作性分析（HAZOP，Hazard and Operability Analysis）于1974年由英國(guó)帝國(guó)化學(xué)工業(yè)公司首次提出，嚴(yán)格按照科學(xué)的程序和方法，從系統(tǒng)學(xué)的角度出發(fā)對(duì)工程項(xiàng)目或生產(chǎn)裝置工藝流程中潛在的危險(xiǎn)因素進(jìn)行預(yù)先的識(shí)別、分析和評(píng)價(jià)，分別提出生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)、操作和維修方案，并提出改進(jìn)意見(jiàn)和建議，用以提高生產(chǎn)裝置工藝過(guò)程的安全性和可操作性，為制定基本的防災(zāi)抗害措施和應(yīng)急預(yù)案決策提供可靠依據(jù)，其主要目的是對(duì)生產(chǎn)裝置工藝流程的安全性和操作性進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì)審查。

1.2 分析原理

HAZOP分析是一個(gè)詳細(xì)的危險(xiǎn)與可操作性問(wèn)題的辨識(shí)過(guò)程，一種結(jié)構(gòu)化的危險(xiǎn)分析工具，對(duì)設(shè)計(jì)目的潛在偏離的辨識(shí)，對(duì)偏離原因的檢查和對(duì)偏離后果的評(píng)估，適用于項(xiàng)目詳細(xì)設(shè)計(jì)階段后期對(duì)操作設(shè)施進(jìn)行檢查或者在現(xiàn)有設(shè)施做出變更時(shí)進(jìn)行分析[1]。其核心是“引導(dǎo)詞檢查”，是對(duì)設(shè)計(jì)目的偏離的一個(gè)從容謹(jǐn)慎的調(diào)查。為了方便檢查，將系統(tǒng)進(jìn)行細(xì)分，分割的方法是各個(gè)部分的設(shè)計(jì)目的都能被恰當(dāng)?shù)亩x。選擇的大小可能依賴(lài)于系統(tǒng)的復(fù)雜程度和危險(xiǎn)嚴(yán)重程度，其中復(fù)雜系統(tǒng)或高風(fēng)險(xiǎn)部分設(shè)計(jì)的范圍較小，簡(jiǎn)易系統(tǒng)或低風(fēng)險(xiǎn)部分采用范圍擴(kuò)大分析。系統(tǒng)給定部分的設(shè)計(jì)目的用于傳達(dá)基本特征和自然分割元件表示，被檢查的元件選擇在某些程度上依賴(lài)于主觀決定，其可能是過(guò)程或電氣系統(tǒng)等的控制系統(tǒng)、設(shè)備或組成中的一個(gè)過(guò)程，單獨(dú)的信號(hào)和設(shè)備元件中離散的步驟或階段。

1.3 分析方法

HAZOP分析方法可分為分析準(zhǔn)備、討論分析、完成分析、編寫(xiě)分析報(bào)告。其中，個(gè)別步驟可以根據(jù)業(yè)主和設(shè)計(jì)院的實(shí)際情況調(diào)整，具體步驟：第一步，資料準(zhǔn)備，確定風(fēng)險(xiǎn)矩陣，會(huì)議組織，經(jīng)驗(yàn)分享；第二步，分析組進(jìn)行HAZOP討論分析；第三步，形成分析結(jié)果文件，提出整改措施；第四步，匯總偏差、原因、后果、安全保護(hù)和建議措施等內(nèi)容。

1.3.1 分析準(zhǔn)備

HAZOP分析準(zhǔn)備在整個(gè)分析過(guò)程中占據(jù)著重要位置，其包括前期分析工作的組織、資料的準(zhǔn)備以及整個(gè)會(huì)議的協(xié)調(diào)，主要是確定分析的目的、對(duì)象和范圍，評(píng)價(jià)組的構(gòu)成，分析資料清單。

1.3.2 分析完成

HAZOP分析需要將工藝圖或操作程序劃分為分析節(jié)點(diǎn)或操作步驟，然后用引導(dǎo)詞找出過(guò)程中存在的風(fēng)險(xiǎn)，圖1為HAZOP分析流程圖。

分析組對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)或操作步驟使用引導(dǎo)詞進(jìn)行分析，得到分析結(jié)果分別是：偏差的原因、后果、保護(hù)裝置、建議措施；需要更多的資料才能對(duì)偏差進(jìn)行進(jìn)一步分析；每個(gè)偏差的分析及建議措施完成之后，再進(jìn)行下一偏差的分析；在考慮采取某種措施以提高安全性之前，應(yīng)對(duì)與分析節(jié)點(diǎn)有關(guān)的所有危險(xiǎn)進(jìn)行分析[2]。

圖1 HAZOP分析流程圖Fig.1 HAZOP Analysis flowchart

1.3.3 分析報(bào)告

HAZOP分析完成后，結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)矩陣及風(fēng)險(xiǎn)可接受標(biāo)準(zhǔn)，整理分析會(huì)議記錄，完善風(fēng)險(xiǎn)決策，確定SIF（安全儀表功能）回路，對(duì)需要增加安全儀表功能的控制點(diǎn)進(jìn)行SIL（安全完整性等級(jí)）定級(jí)，整理識(shí)別當(dāng)前風(fēng)險(xiǎn)已經(jīng)采取的降險(xiǎn)措施，確定殘余風(fēng)險(xiǎn)，完成HAZOP分析報(bào)告，具體包括：HAZOP記錄表；LOPA（Layers Of Protection Analysis ,保護(hù)層分析）記錄表；SIL（Safety Integrity Level，安全完整性等級(jí)）計(jì)算表；SIS（Safety Instrumented System，安全儀表系統(tǒng)）說(shuō)明書(shū)。

2 空分裝置的HAZOP分析應(yīng)用

HAZOP分析以某國(guó)有大型煤化工新建3×100000Nm3/h O2空分裝置為分析實(shí)例，詳細(xì)介紹HAZOP分析的整個(gè)步驟、評(píng)論和結(jié)果。

2.1 工藝原理說(shuō)明

圖2 空分裝置工藝流程圖Fig.2 Flow chart of air separation device

該空分裝置主要為煤氣化裝置提供8.5MPa（G）O2、為合成氣制乙二醇裝置和硫回收裝置提供0.7MPa（G）O2，并為煤氣化裝置、CO變換裝置、凈化裝置、硫回收裝置、甲醇合成裝置、合成氣制乙二醇裝置及其它生產(chǎn)裝置提供0.4 MPa（G）、0.85 MPa（G）、4.1 MPa（G）和8.1MPa（G）的N2，并且空氣增壓機(jī)一段抽取部分干燥空氣，做為全廠儀表空氣和工廠空氣氣源。其采用杭氧內(nèi)壓縮制氧工藝包[3]，將過(guò)濾后的空氣進(jìn)入空壓機(jī)加壓，進(jìn)入到空冷塔和水冷塔冷卻，再進(jìn)入到分子篩吸附器干燥，經(jīng)過(guò)空氣增壓機(jī)增壓，進(jìn)入到主換熱器降溫，通過(guò)膨脹機(jī)膨脹端做功提高能量利用效率，進(jìn)入到上、下塔和主冷冷卻降溫，最后通過(guò)過(guò)冷器液化得到主要的產(chǎn)品液氧和液氮，如圖2所示為整個(gè)空分裝置的工藝流程圖。其中空氣壓縮系統(tǒng)采用一拖二模式，即由一臺(tái)汽輪機(jī)同時(shí)拖動(dòng)主空壓機(jī)和空氣增壓機(jī)。為節(jié)省水耗，空分裝置的主要耗水設(shè)備汽輪機(jī)表冷器采用空冷方式，空氣制動(dòng)的中壓空氣增壓透平膨脹機(jī)為裝置提供冷量，膨脹后空氣進(jìn)下塔，上下塔均采用規(guī)整填料，3套空分共用1套液氧、液氮后備系統(tǒng)，冷箱至液體貯槽管線(xiàn)采用真空管線(xiàn)保冷，其設(shè)備具備流程先進(jìn)、技術(shù)成熟、運(yùn)行安全可靠、操作方便、能耗低的特點(diǎn)，控制系統(tǒng)根據(jù)需要將具備自動(dòng)變負(fù)荷、自啟動(dòng)功能、快速變負(fù)荷等先進(jìn)功能。

2.2 前期準(zhǔn)備

HAZOP分析需要準(zhǔn)確、完整的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備，確保整個(gè)分析過(guò)程的順暢以及分析結(jié)果的可靠詳實(shí)。此次分析過(guò)程涉及的資料主要包括工藝說(shuō)明及操作規(guī)程、工藝流程圖（PFD）、管道和儀表流程圖（P&ID）、物料平衡圖、裝置及設(shè)備平面布置圖、聯(lián)鎖邏輯框圖、復(fù)雜控制回路圖、可燃及有毒氣體檢測(cè)器平面布置圖、安全儀表系統(tǒng)（SIS）規(guī)格書(shū)和壓縮機(jī)控制系統(tǒng)（CCS）規(guī)格書(shū)等。另外，通過(guò)借鑒國(guó)內(nèi)同等規(guī)?？辗盅b置運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)以及工藝參數(shù)，劃定評(píng)估分析合理的分析假設(shè)界限，預(yù)防“頭腦風(fēng)暴”式的過(guò)度分析推演以及造成的分析結(jié)果過(guò)于復(fù)雜，提高風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估分析的實(shí)用性和有效性。

2.3 風(fēng)險(xiǎn)矩陣標(biāo)準(zhǔn)

風(fēng)險(xiǎn)矩陣是對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的可能性與嚴(yán)重性進(jìn)行的概率統(tǒng)計(jì)，通過(guò)數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方式進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)的量化概率分析，進(jìn)而判斷風(fēng)險(xiǎn)的可承受能力。此次HAZOP分析風(fēng)險(xiǎn)矩陣中后果分為人員傷害、財(cái)產(chǎn)損失、環(huán)境影響和聲譽(yù)影響等4類(lèi)，每類(lèi)后果按照其嚴(yán)重性從低到高依次分為5個(gè)等級(jí)，如表1所示為風(fēng)險(xiǎn)矩陣后果嚴(yán)重性等級(jí)劃分表。風(fēng)險(xiǎn)矩陣后果發(fā)生的可能性采用定性和半定量?jī)煞N分級(jí)形式，按照事故發(fā)生頻率從低到高依次分為6個(gè)等級(jí)，分別是：世界范圍內(nèi)未發(fā)生過(guò)；世界范圍內(nèi)發(fā)生過(guò)/石油石化行業(yè)內(nèi)未發(fā)生過(guò)；石油石化行業(yè)發(fā)生過(guò)/世界范圍內(nèi)發(fā)生過(guò)多次；系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生過(guò)/石油石化行業(yè)發(fā)生過(guò)多次；本企業(yè)發(fā)生過(guò)/系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生過(guò)多次；作業(yè)場(chǎng)所發(fā)生過(guò)/本企業(yè)發(fā)生過(guò)多次。

表2 風(fēng)險(xiǎn)矩陣表Table 2 Risk matrix table

2.4 風(fēng)險(xiǎn)矩陣確定

危害事件后果的可能性等級(jí)確定當(dāng)有危害事件發(fā)生的頻率數(shù)據(jù)時(shí)，可采用半定量方法確定后果發(fā)生的可能性等級(jí)；無(wú)危害事件發(fā)生的頻率數(shù)據(jù)時(shí)，可采用風(fēng)險(xiǎn)矩陣中的定性描述，確定后果發(fā)生的可能性等級(jí)；對(duì)新工藝裝置（設(shè)施），可參照類(lèi)比工藝發(fā)生事故的頻率進(jìn)行后果發(fā)生的可能性等級(jí)判斷。在評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，應(yīng)分別評(píng)估人員傷害、財(cái)產(chǎn)損失、環(huán)境影響和聲譽(yù)影響4種風(fēng)險(xiǎn)，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)應(yīng)取4種風(fēng)險(xiǎn)中的最高值，表2為風(fēng)險(xiǎn)矩陣表。

風(fēng)險(xiǎn)矩陣中可能性與嚴(yán)重性是一種相互制約的關(guān)系，可能性越高，嚴(yán)重性相對(duì)就較小，反之亦然。風(fēng)險(xiǎn)矩陣中風(fēng)險(xiǎn)可分為嚴(yán)重高風(fēng)險(xiǎn)、高風(fēng)險(xiǎn)、中風(fēng)險(xiǎn)和低風(fēng)險(xiǎn)4個(gè)等級(jí)。當(dāng)風(fēng)險(xiǎn)處于E6、E5和D6區(qū)域時(shí)，如果發(fā)生人員死亡，則風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為高風(fēng)險(xiǎn)；當(dāng)風(fēng)險(xiǎn)處于E3～E4、D4～D5和C5～C6區(qū)域時(shí)，如果發(fā)生人員死亡或財(cái)產(chǎn)損失、環(huán)境污染、聲譽(yù)影響等，則風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為高風(fēng)險(xiǎn)；當(dāng)風(fēng)險(xiǎn)處于E1～E2、D2～D3、C3～C4、B5～B6區(qū)域時(shí)，如果發(fā)生財(cái)產(chǎn)損失、環(huán)境污染和聲譽(yù)影響，則風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為中風(fēng)險(xiǎn)；其它區(qū)域?yàn)榈惋L(fēng)險(xiǎn)區(qū)。嚴(yán)重高風(fēng)險(xiǎn)和高風(fēng)險(xiǎn)的安全要求，對(duì)建設(shè)項(xiàng)目和科研開(kāi)發(fā)的中試及放大裝置，應(yīng)執(zhí)行嚴(yán)重高風(fēng)險(xiǎn)的安全要求，對(duì)在役裝置，企業(yè)應(yīng)采取措施將風(fēng)險(xiǎn)降低到可接受風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。對(duì)不能及時(shí)消除的高風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)提出充分的風(fēng)險(xiǎn)控制措施，并落實(shí)相應(yīng)的責(zé)任人和完成時(shí)間，并確定風(fēng)險(xiǎn)可接受區(qū)域。中風(fēng)險(xiǎn)的安全要求，企業(yè)應(yīng)按照實(shí)際情況，采取措施盡可能降低風(fēng)險(xiǎn)；當(dāng)無(wú)法降低風(fēng)險(xiǎn)，企業(yè)應(yīng)制定風(fēng)險(xiǎn)管理措施，防止風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步升級(jí)。低風(fēng)險(xiǎn)的安全要求，應(yīng)按照業(yè)主HSE管理體系要求，保證其各項(xiàng)安全措施有效運(yùn)行，防止風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步升級(jí)。

表1 風(fēng)險(xiǎn)矩陣后果嚴(yán)重性等級(jí)劃分表Table 1 Statement of severity classification of risk matrix consequences

2.5 HAZOP分析結(jié)果

該實(shí)例HAZOP分析選擇5個(gè)具有代表性的分析節(jié)點(diǎn)作為詳細(xì)分析的對(duì)象，表3為分析節(jié)點(diǎn)劃分和風(fēng)險(xiǎn)分析情況。表中羅列了節(jié)點(diǎn)描述、設(shè)計(jì)意圖、引導(dǎo)詞偏差、風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)、保護(hù)措施和剩余風(fēng)險(xiǎn)等具體情況描述。節(jié)點(diǎn)1和2風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分別為C3、D3屬于中風(fēng)險(xiǎn)，通過(guò)在空壓機(jī)出口和空冷塔入口管線(xiàn)分別設(shè)置壓力高報(bào)壓力高高聯(lián)鎖停及開(kāi)啟放空的聯(lián)鎖、增加2個(gè)安全閥SV13001/13002，剩余風(fēng)險(xiǎn)降為C1；通過(guò)在上塔T1602頂部設(shè)置PIAS16003壓力高報(bào)壓力高高聯(lián)鎖開(kāi)啟放空聯(lián)鎖、增加2個(gè)安全閥PSV16203A/B，剩余風(fēng)險(xiǎn)降為D1。節(jié)點(diǎn)3～5風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為D4屬于高風(fēng)險(xiǎn)，通過(guò)采取相應(yīng)的保護(hù)措施后，剩余風(fēng)險(xiǎn)降為D2，屬于中風(fēng)險(xiǎn)，需要進(jìn)一步采取保護(hù)措施，將剩余風(fēng)險(xiǎn)降到低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。

HAZOP分析為了降低節(jié)點(diǎn)回路的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控的目的。HAZOP分析小組針對(duì)嚴(yán)重高風(fēng)險(xiǎn)、高風(fēng)險(xiǎn)和中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域節(jié)點(diǎn)回路，通過(guò)增加保護(hù)層、明確操作規(guī)范或提高設(shè)備安全等級(jí)等措施提出合理化建議措施，將剩余風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)一步降低到低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，確保裝置安全運(yùn)行，建議措施分別是：節(jié)點(diǎn)3，建議主冷碳?xì)浠衔镌诰€(xiàn)分析儀可在切換后對(duì)過(guò)濾器出口空氣中的碳?xì)浠衔镞M(jìn)行監(jiān)測(cè)，將剩余風(fēng)險(xiǎn)降為D1；節(jié)點(diǎn)4，建議將壓縮機(jī)潤(rùn)滑油箱VES X1003000現(xiàn)場(chǎng)液位計(jì)LGL X1003001與遠(yuǎn)傳液位指示LI1003000引壓線(xiàn)分開(kāi)，將剩余風(fēng)險(xiǎn)降為D1；節(jié)點(diǎn)5，建議為壓縮機(jī)蒸汽側(cè)出口氣液分離器3個(gè)遠(yuǎn)傳液位指示增加液位高聯(lián)鎖啟動(dòng)凝液外送泵的聯(lián)鎖設(shè)置，增加液位高高2oo3聯(lián)鎖停壓縮機(jī)的聯(lián)鎖設(shè)置，將剩余風(fēng)險(xiǎn)降為D1。

3 結(jié)論

目前，HAZOP分析已經(jīng)廣泛應(yīng)用于化工行業(yè)，尤其在大規(guī)模的空分制氧裝置上。本文以某國(guó)有大型煤化工新建3×100000Nm3/h O2空分裝置為例進(jìn)行HAZOP分析，詳細(xì)介紹了整個(gè)風(fēng)險(xiǎn)分析的流程，以風(fēng)險(xiǎn)可接受標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)確定了風(fēng)險(xiǎn)矩陣，進(jìn)而劃分出不同等級(jí)的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，通過(guò)細(xì)分分析節(jié)點(diǎn)的形式，逐一確認(rèn)節(jié)點(diǎn)回路的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，提出建議措施進(jìn)行整改，提高整個(gè)空分裝置的安全等級(jí)，得出以下結(jié)論：

表3 節(jié)點(diǎn)劃分與風(fēng)險(xiǎn)分析Table 3 Node division and risk analysis

1）HAZOP分析是必要的。該空分裝置屬于易燃易爆易窒息的高危環(huán)境，由于特殊的工藝流程，要求成套供應(yīng)商在設(shè)計(jì)階段必須充分考慮現(xiàn)場(chǎng)的操作環(huán)境，采取必要的安全措施降低工藝自身的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，實(shí)現(xiàn)工藝設(shè)計(jì)的本質(zhì)安全要求。

2）HAZOP分析是有效的。通過(guò)此次HAZOP分析，發(fā)現(xiàn)了40余項(xiàng)不同風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的潛在風(fēng)險(xiǎn)因素，經(jīng)過(guò)節(jié)點(diǎn)的劃分詳細(xì)羅列出現(xiàn)有風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的保護(hù)層，進(jìn)行合理化建議措施，降低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)到低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，有效滿(mǎn)足了業(yè)主及設(shè)計(jì)院的安全訴求。

3）HAZOP分析是有局限性的。在此次HAZOP分析過(guò)程中，存在局部過(guò)度分析的情況，影響到分析工作的正常進(jìn)行，通過(guò)雙方溝通協(xié)商明確分析的界限和范圍，確保了分析質(zhì)量和分析進(jìn)程。