基于HAZOP的煉化裝置供電系統(tǒng)安全評估方法

胡海燕

(中國石化青島安全工程研究院化學(xué)品安全控制國家重點實驗室，山東青島 266071)

煉化生產(chǎn)裝置對供電安全可靠性、連續(xù)性要求極高。然而傳統(tǒng)的基于經(jīng)驗的分析方法難以滿足系統(tǒng)高可靠性的要求，需要一種系統(tǒng)化的評估方法對煉化裝置供電系統(tǒng)發(fā)、輸、變、配、用各個環(huán)節(jié)潛在的風(fēng)險及可能引起的后果進(jìn)行辨識，提前制定防控措施。危險與可操作性分析方法(HAZOP)以其結(jié)構(gòu)化的系統(tǒng)性，成為高危行業(yè)事故預(yù)防的有效手段和重要工具，然而國內(nèi)外應(yīng)用至今，運用于電力系統(tǒng)安全評估方面的研究甚少[1-8]。

本文主要針對石化裝置發(fā)生多起較大面積非計劃停電事故的現(xiàn)狀出發(fā)，首次引入一種在石油化工領(lǐng)域廣泛使用的HAZOP分析方法，對裝置供電系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)分析，在此基礎(chǔ)上，提出了一種基于HAZOP的裝置供電系統(tǒng)安全評估方法。

1 裝置供電系統(tǒng)HAZOP分析目標(biāo)及準(zhǔn)備

HAZOP 是以系統(tǒng)工程為基礎(chǔ)的一種可用于定性分析的危險性評價方法，是辨識危險與可操作性問題的技術(shù)，具有系統(tǒng)化與結(jié)構(gòu)化分析的優(yōu)點。

該方法適用于石油化工電力系統(tǒng)，重點分析供電系統(tǒng)運行參數(shù)波動、設(shè)備狀態(tài)參數(shù)變動、電力操作控制中可能出現(xiàn)的偏差事件，通過分析導(dǎo)致這些偏差的原因及這些偏差對裝置非計劃停車造成的影響制定風(fēng)險等級，辨識外電源及系統(tǒng)發(fā)、輸、變、配、用各個環(huán)節(jié)可能存在的主要風(fēng)險，尋找系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，并提前制定防控措施，降低生產(chǎn)裝置非計劃停車事故以及次生災(zāi)害。

HAZOP分析前首要的任務(wù)就是要組建分析團(tuán)隊，通過不同專業(yè)的“一幫專家”發(fā)揮集體智慧，使用頭腦風(fēng)暴，辨識危險和可操作性問題。裝置供電系統(tǒng)HAZOP分析除了分析組長和引導(dǎo)記錄員外，還應(yīng)涵蓋熟悉企業(yè)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、熱電系統(tǒng)、設(shè)備運行、保護(hù)配置、裝置工藝等各專業(yè)的專家。

裝置供電系統(tǒng)HAZOP分析所需要的技術(shù)資料主要依據(jù)一次系統(tǒng)主接線圖、繼電保護(hù)及自動裝置配置圖，這兩項是必須的。還需要企業(yè)電網(wǎng)運行的一些其它技術(shù)及管理資料起參考作用。

2 裝置供電系統(tǒng)HAZOP分析方法及流程

HAZOP分析主要以分析會議的形式開展。裝置供電系統(tǒng)HAZOP分析應(yīng)按照系統(tǒng)主接線圖的自然順序進(jìn)行，從外電源接入端，一直經(jīng)過220 kV、110 kV、35 kV、6 kV各電壓等級變電站，最后到裝置負(fù)荷側(cè)按照順序進(jìn)行分析。具體分析流程見圖1所示。

圖1 裝置供電系統(tǒng)HAZOP分析流程

HAZOP以節(jié)點為單位展開分析，為便于分析，可以把較龐大的電力系統(tǒng)先劃分子系統(tǒng)、單元，再確定分析節(jié)點，系統(tǒng)單元劃分可參照圖2所示。所選節(jié)點的大小取決于系統(tǒng)的復(fù)雜性和危險的嚴(yán)重程度，復(fù)雜或高危險系統(tǒng)可劃分成較小的節(jié)點，簡單或低危險系統(tǒng)可劃分成較大節(jié)點。

圖2 裝置供電系統(tǒng)單元劃分

HAZOP分析的核心是引導(dǎo)詞與系統(tǒng)參數(shù)之間的結(jié)合構(gòu)成偏差，將HAZOP中定義的引導(dǎo)詞與企業(yè)電力系統(tǒng)運行參數(shù)聯(lián)系后，得到了如表1 所示的偏差示例。

原因分析是HAZOP分析的重要環(huán)節(jié)，原因是指引起偏差發(fā)生的原因，是產(chǎn)生后果的條件或事件，可以增進(jìn)對事故發(fā)生機(jī)制和各種原因的了解，同時有助于確定所需要的安全措施。近年來企業(yè)電氣非計劃停車事故近一半是由于外電網(wǎng)引起的，而且后果均比較嚴(yán)重，需要重視外電源風(fēng)險對企業(yè)電網(wǎng)的影響；另一方面，企業(yè)內(nèi)部事件的發(fā)生，例如高壓電纜、機(jī)泵等設(shè)備的故障率偏高，一旦發(fā)生故障均有可能導(dǎo)致不同程度的非計劃停車事故。當(dāng)一個有意義的偏差被識別，HAZOP分析團(tuán)隊需要對其原因進(jìn)行深入分析，可能是由一個或多個原因?qū)е?，通?？梢钥紤]以下3個方面的因素：設(shè)備故障可以考慮絕緣擊穿、短路、接地故障等內(nèi)容；外部環(huán)境重點考慮外電源影響、雷擊、外力破壞等因素；人員需要考慮有誤操作的可能性。

表1 裝置供電系統(tǒng)HAZOP分析偏差示例

后果是指系統(tǒng)偏離設(shè)計意圖時所導(dǎo)致的結(jié)果。就某個事故而言，后果是指偏離發(fā)生后，在考慮現(xiàn)有安全措施，例如繼電保護(hù)或安全自動裝置都失效的情況下，可能持續(xù)發(fā)展形成的最壞結(jié)果。裝置供電系統(tǒng)HAZOP分析后果時重點考慮供電系統(tǒng)波動或中斷引起裝置非計劃停車的范圍，分為全廠性停電、大面積停電、局部停電。

評估風(fēng)險等級是HAZOP審查分析的重要環(huán)節(jié)，通過判斷現(xiàn)有安全措施是否充分，可以將風(fēng)險降低到可接受水平。本文結(jié)合應(yīng)用中國石化風(fēng)險矩陣，建立企業(yè)風(fēng)險可接受的準(zhǔn)則。風(fēng)險矩陣將每個損失事件發(fā)生的可能性(L)和后果的嚴(yán)重程度(S)兩個要素結(jié)合起來，構(gòu)建一個m×n階矩陣，劃分為多個風(fēng)險等級，并通過采用紅、橙、黃、藍(lán)等不同顏色表征，風(fēng)險R的函數(shù)關(guān)系可以表示為：

R=F(L，S)

(1)

在評定風(fēng)險等級時，主要考慮財產(chǎn)方面的損失以及對人員的傷害，通過重點分析引起裝置非計劃停車范圍來評定風(fēng)險等級嚴(yán)重程度，見表2。

HAZOP分析中一項重要內(nèi)容是針對偏差、原因及后果尋找現(xiàn)有安全措施以及建議措施，來避免或減輕事故發(fā)生頻率與后果的嚴(yán)重度?，F(xiàn)有安全措施是指已有的繼電保護(hù)、安全自動裝置等控制措施或電氣管理程序；建議措施是指通過修改設(shè)計、變更或增加繼電保護(hù)、安全自動裝置等工程手段。

表2 裝置供電系統(tǒng)HAZOP分析風(fēng)險矩陣

3 裝置供電系統(tǒng)HAZOP分析方法應(yīng)用

以某石化企業(yè)電力系統(tǒng)220kV外架空線(地處沿海雷電多發(fā)區(qū)域。架空線路同塔雙回設(shè)計，給某石化企業(yè)供電，全廠約5 km，接入企業(yè)220 kV變電站采用電纜敷設(shè)，長200 m。)劃分為一個分析節(jié)點為例，按照圖1分析流程開展HAZOP分析，得到的分析結(jié)果如表3所示。通過HAZOP分析，識別出重大風(fēng)險3項、較大風(fēng)險8項。由于電源引自一個變電站，采用同塔雙回設(shè)計，未實現(xiàn)真正的雙電源供電，供電可靠性較低，在線路遭受雷擊、外力破壞等故障時有可能導(dǎo)致兩條線路同時跳閘。因此建議增加第二電源供電方式，才能有效降低風(fēng)險。

表3 裝置供電系統(tǒng)HAZOP風(fēng)險分析示例

4 結(jié)論

本文從石化裝置發(fā)生多起較大面積非計劃停電事故的現(xiàn)狀出發(fā)，創(chuàng)建基于HAZOP的裝置供電系統(tǒng)安全評估方法、流程、評價指標(biāo)，可系統(tǒng)辨識裝置供電系統(tǒng)發(fā)、輸、變、配、用各個環(huán)節(jié)潛在的風(fēng)險，結(jié)合風(fēng)險矩陣評估引起裝置非計劃停車的風(fēng)險等級。該評估方法系統(tǒng)、科學(xué)，填補(bǔ)HAZOP評估方法在石油化工電氣領(lǐng)域應(yīng)用的空白，可有效提升中國石化生產(chǎn)裝置運行風(fēng)險辨識能力和供電安全評估水平，確保裝置長周期可靠運行。