徐子健 王曉紅 李凌雁 施曉萌 高志永 李明

中國(guó)寰球工程有限公司北京分公司

石油作為重要戰(zhàn)略物資，關(guān)系著國(guó)家的經(jīng)濟(jì)安全，各國(guó)政府對(duì)油田的生產(chǎn)安全均極為重視。委內(nèi)瑞拉石油工業(yè)有近200 年的歷史[1]，在其發(fā)展過(guò)程中借鑒歐美API（美國(guó)石油學(xué)會(huì)）、ASME（美國(guó)機(jī)械工程師學(xué)會(huì)）、IEC（國(guó)際電工委員會(huì)）等標(biāo)準(zhǔn)，形成了一套較為健全、完善的安全環(huán)保體系[2-3]。根據(jù)歐佩克組織（OPEC）2018 年發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，委內(nèi)瑞拉探明的原油儲(chǔ)量為3 028×108bbl（1 bbl=0.159 m3），位居世界第一[4]；但其原油普遍具有黏度高、密度大的特點(diǎn)，通常需要使用電伴熱或加注稀釋劑的方式進(jìn)行儲(chǔ)存運(yùn)輸[5]，故其油田原油處理設(shè)備長(zhǎng)期在高溫高壓狀態(tài)下連續(xù)運(yùn)行。因此，為了降低生產(chǎn)事故和職業(yè)危害的風(fēng)險(xiǎn)，有必要提前識(shí)別設(shè)計(jì)缺陷、人為操作失誤和設(shè)備故障所造成的后果。委內(nèi)瑞拉國(guó)家石油公司（PDVSA）頒布的標(biāo)準(zhǔn)IR-P-02[6]中，要求使用HAZOP（危險(xiǎn)與可操作性分析）方法控制或降低風(fēng)險(xiǎn)以提高工藝系統(tǒng)的可靠性及安全性。

該項(xiàng)目位于委內(nèi)瑞拉科里奧利重油帶某稠油油田，2006 年投產(chǎn)運(yùn)營(yíng)，運(yùn)營(yíng)期間不斷擴(kuò)充產(chǎn)能，新舊設(shè)備同時(shí)運(yùn)行，操作較為繁雜。隨著近幾年該國(guó)經(jīng)濟(jì)形勢(shì)惡化，社會(huì)動(dòng)蕩，熟練操作工人不斷減少，油田生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中的不確定性增加。因此，為了防止生產(chǎn)事故的發(fā)生、降低事故后果的嚴(yán)重程度，在設(shè)計(jì)階段開(kāi)展HAZOP 安全分析工作變得尤為重要。

1 HAZOP簡(jiǎn)介及分析流程

HAZOP 是一種能夠系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)化地識(shí)別工程中設(shè)計(jì)缺陷及含有危險(xiǎn)因素事件的評(píng)價(jià)方法[7]。由20 世紀(jì)60 年代的英國(guó)帝國(guó)化工股份有限公司（ICI）開(kāi)發(fā)，該方法目前已被廣泛應(yīng)用于石油、石化工藝等過(guò)程危險(xiǎn)性分析中[8]，HAZOP技術(shù)也已經(jīng)成為世界各國(guó)石油石化公司中工藝、儀表工程師具備的一項(xiàng)基本技能[9-10]。

圖1 HAZOP分析流程Fig.1 HAZOP analysis flow

HAZOP 分析基于設(shè)計(jì)和操作意圖偏差引起的風(fēng)險(xiǎn)假設(shè)事件。需要參考相關(guān)設(shè)計(jì)文件，以管道和儀表流程圖（P&ID）為基礎(chǔ)，將系統(tǒng)劃分為若干個(gè)分析節(jié)點(diǎn)，使用工藝的相關(guān)參數(shù)作為過(guò)程變量，將工藝參數(shù)與引導(dǎo)詞結(jié)合得出偏差。并從偏差出發(fā)，反向分析誘發(fā)偏差的原因，正向分析在最極端情況下偏差將導(dǎo)致的結(jié)果，對(duì)現(xiàn)有安全措施進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，且對(duì)不可接受或安全措施不完善的偏差提出建議[11]。根據(jù)IEC 61882—2016[12]中規(guī)定的HAZOP分析流程如圖1所示。

2 HAZOP分析應(yīng)用實(shí)例

2.1 工藝流程

委內(nèi)瑞拉某稠油油田改擴(kuò)建工程項(xiàng)目工藝流程如圖2所示。由于該油田產(chǎn)能增加，生產(chǎn)油氣比增大，經(jīng)評(píng)估分析后確定一期、二期已建設(shè)備產(chǎn)能無(wú)法滿足生產(chǎn)需要，決定新增4 臺(tái)除油器、1 套高壓火炬系統(tǒng)及1套低壓火炬系統(tǒng)，并對(duì)已建設(shè)施處理能力進(jìn)行重新分配。

其主要工藝流程為：含水原油與稀釋劑在井口混合，通過(guò)集輸管線輸送至站內(nèi)的生產(chǎn)分離器進(jìn)行氣液分離。分離出的伴生氣進(jìn)入除油器，析出其中夾帶的凝液，隨后將伴生氣輸送至高壓火炬進(jìn)行燃燒，并在去往高壓火炬的管線上預(yù)留燃料氣處理系統(tǒng)接口。在生產(chǎn)分離器中析出的原油與除油器中分離出的凝液混合，通過(guò)脫氣罐減壓、脫氣，送至常壓含水原油儲(chǔ)罐，儲(chǔ)罐中的含水原油通過(guò)外輸泵增壓后送至下游脫鹽脫水站進(jìn)行后續(xù)處理。含水原油儲(chǔ)罐的頂部呼吸閥排出的油蒸汽與脫氣罐脫除的伴生氣混合輸送至低壓火炬進(jìn)行燃燒。

2.2 步驟

（1）分析準(zhǔn)備。該項(xiàng)目HAZOP 分析小組由13人組成，包括分析主席、秘書(shū)、工藝工程師、儀表工程師、安全工程師、現(xiàn)場(chǎng)操作專(zhuān)業(yè)工人及設(shè)計(jì)人員。

準(zhǔn)備的主要資料包括工藝流程圖（PFD）、P&ID、工藝描述、操作控制原理、因果連鎖表、管道設(shè)備平面布置圖、現(xiàn)場(chǎng)總圖等。

（2）節(jié)點(diǎn)劃分。結(jié)合IEC、PDVSA相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[13-14]，以P&ID 為基礎(chǔ)，參考PFD、因果連鎖表、操作控制原理、現(xiàn)場(chǎng)總圖等設(shè)計(jì)文件，根據(jù)工藝單元的控制回路、功能和物料特性，以及HAZOP 小組對(duì)工藝流程的分析，將該系統(tǒng)劃分為4 個(gè)節(jié)點(diǎn)，如表1所示。

（3）確定引導(dǎo)詞及偏差。通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)文件、設(shè)計(jì)意圖的分析，選擇溫度、壓力、流量和液位等工藝參數(shù)為過(guò)程變量。并應(yīng)用引導(dǎo)詞，正常操作狀態(tài)下為標(biāo)準(zhǔn)值，引導(dǎo)詞與工藝參數(shù)結(jié)合引出存在的偏差。除此之外，由于設(shè)備存在異常狀態(tài)而進(jìn)行檢修的可能，因此增設(shè)檢修作為引導(dǎo)詞。表2給出本次分析中使用的引導(dǎo)詞及工藝參數(shù)。

圖2 油田改擴(kuò)建工程工藝流程示意圖Fig.2 Process flow schematic of oilfield extension project

表1 節(jié)點(diǎn)劃分及描述Tab.1 Partition and description of nodes

（4）風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)定。是基于事件發(fā)生的概率和事件后果的嚴(yán)重程度，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)矩陣圖確定每一種偏差事件的風(fēng)險(xiǎn)水平。本項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)矩陣對(duì)應(yīng)由PDVSA標(biāo)準(zhǔn)IP-R-02[3]中規(guī)定，如圖3所示。

圖3中橫坐標(biāo)為根據(jù)事件發(fā)生概率所劃分的等級(jí)，縱坐標(biāo)為根據(jù)事件嚴(yán)重程度劃分的等級(jí)。其中傷亡人數(shù)、經(jīng)濟(jì)損失對(duì)環(huán)境造成的影響越大，事件嚴(yán)重程度等級(jí)越高。對(duì)于某一事故，可由橫縱坐標(biāo)分別對(duì)應(yīng)的事件等級(jí)，確定其在事故風(fēng)險(xiǎn)矩陣對(duì)應(yīng)圖中的位置，進(jìn)而得出其風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。本項(xiàng)目中風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)可劃分為高（A，Alto）、較高（MA，Medio Alto）、中等（M，Medio）、低（B，Bajo）四個(gè)等級(jí)。其中高和較高為業(yè)主不可接受風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)于此類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)當(dāng)立即采用措施以增加其安全性，防止生產(chǎn)事故的發(fā)生。

表2 引導(dǎo)詞及工藝參數(shù)Tab.2 Guide words and process parameters

圖3 風(fēng)險(xiǎn)矩陣對(duì)應(yīng)Fig.3 Risk matrix correspondence

2.3 結(jié)果

2.3.1 結(jié)果簡(jiǎn)析

HAZOP 小組對(duì)此項(xiàng)目中4 個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了分析。分析獲得101 條偏差，其中高風(fēng)險(xiǎn)偏差5 條，較高風(fēng)險(xiǎn)偏差9 條，中等風(fēng)險(xiǎn)偏差37 條，低風(fēng)險(xiǎn)偏差50 條。高風(fēng)險(xiǎn)及較高風(fēng)險(xiǎn)偏差主要集中在以下三點(diǎn)：①改擴(kuò)建過(guò)程中重新進(jìn)行流量分配時(shí)利用的已建入口總匯管和分輸管線；②需要與下游脫鹽脫水站相連接的，易造成重大經(jīng)濟(jì)損失的外輸泵區(qū)；③未設(shè)置備用的設(shè)備。

2.3.2 典型偏差

HAZOP 小組針對(duì)在設(shè)計(jì)中風(fēng)險(xiǎn)控制措施尚不完善的偏差提出了28 條建議或措施。其中具有代表性的典型偏差原因、結(jié)果、風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)及建議或措施如下所述。

（1）節(jié)點(diǎn)1。偏差：分離器入口匯管流量過(guò)低。原因，入口匯管WDB-02953 上的手動(dòng)閥門(mén)誤關(guān)閉；結(jié)果，入口匯管壓力上升，生產(chǎn)停止；風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，MA。已有安全措施：分離器入口流量計(jì)FIT-10017/8/9 有低流量報(bào)警功能。建議：入口匯管WDB-02953上的手動(dòng)閥門(mén)增設(shè)鎖開(kāi)（LO）。

（2）節(jié)點(diǎn)2。偏差：除油器0001-V-1301 出口流量過(guò)低。原因，除油器0001-V-1301處于檢修狀態(tài)或出口閥門(mén)誤操作關(guān)閉；結(jié)果，0001-V-1302/3處理量增大，0001-V-1301 壓力增大，節(jié)點(diǎn)1 壓力升高，可能造成安全閥起跳，全廠停車(chē)；風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，M。已有安全措施：除油器0001-V-1301出口流量計(jì)PIT-13001 低流量報(bào)警。建議：核定當(dāng)1 臺(tái)除油器無(wú)法正常使用時(shí)，剩余除油器能否滿足伴生氣處理需求。修改措施：除油器入口匯管增設(shè)壓力控制閥PCV-18005，當(dāng)任意1臺(tái)除油器無(wú)法正常工作時(shí)，除油器入口匯管升高，壓力控制閥PCV-18005 打開(kāi)，伴生氣排放至高火炬系統(tǒng)。偏差：除油器0001-V-1301/2/3/4 檢修。原因，除油器周?chē)芾让芗?，人工操作和檢維修空間小，檢修時(shí)設(shè)備漏氣；結(jié)果，設(shè)備檢修時(shí)工人中毒、受傷，影響正常生產(chǎn)；風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，M。建議：除油器出口增設(shè)管道短節(jié)及閥門(mén)。

（3）節(jié)點(diǎn)3。偏差：含水原油儲(chǔ)罐0002-TK-1002A/B液位過(guò)低。原因，含水原油儲(chǔ)罐入口閥門(mén)誤操作關(guān)閉；結(jié)果，當(dāng)儲(chǔ)罐液位下降速度過(guò)快、低于低液位時(shí)，導(dǎo)致外輸泵空轉(zhuǎn)，對(duì)泵造成損壞，影響下游站場(chǎng)接收原油；風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，A。已有措施：液位計(jì)LZIT 在低液位時(shí)報(bào)警，并在低低液位時(shí)連鎖關(guān)停含水原油儲(chǔ)罐出口外輸泵。

（4）節(jié)點(diǎn)4。偏差：檢修。原因，操作工人檢修時(shí)誤進(jìn)入火炬熱輻射區(qū)；結(jié)果，火炬緊急關(guān)閉，影響正常生產(chǎn)；風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，MA。建議：增加警示標(biāo)志。修改措施：增設(shè)警示牌，總圖中將園區(qū)道路規(guī)劃在火炬熱輻射區(qū)以外。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)委內(nèi)瑞拉某油田改擴(kuò)建項(xiàng)目進(jìn)行HAZOP 分析，對(duì)設(shè)計(jì)中存在的漏洞、缺陷進(jìn)行了系統(tǒng)的識(shí)別。分析共獲得101條偏差，其中高風(fēng)險(xiǎn)偏差共計(jì)5 條，較高風(fēng)險(xiǎn)偏差共計(jì)9 條，并針對(duì)設(shè)計(jì)中的不足提出了28 條建議及措施。依據(jù)相應(yīng)的改進(jìn)建議，設(shè)計(jì)方提供了改進(jìn)的安全方案，有效地降低了風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，為整個(gè)工藝流程的可靠性、安全性生產(chǎn)提供了保障，也為今后在南美洲乃至世界各國(guó)海外工程項(xiàng)目的HAZOP分析提供借鑒參考。

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