HAZOP中原因和后果關(guān)系方式的優(yōu)劣與改進(jìn)措施

李陳江

（中石化上海工程有限公司，上海 200120）

危險與可操作性分析（HAZOP）在石油化工、醫(yī)藥等領(lǐng)域應(yīng)用越來越多。在工程設(shè)計階段開展HAZOP分析是提高裝置本質(zhì)安全的有效措施。但是HAZOP分析也有一定的難度，它是一項團(tuán)隊工作，需要依靠多專業(yè)有經(jīng)驗人員的集體智慧識別危險，探討消除和控制危險的方案。

對于一個較長流程的HAZOP，通常會將整個流程切分成若干個小的節(jié)點，節(jié)點之間存在著物料等流線的傳遞。這些傳遞就不可避免的將產(chǎn)生安全隱患的原因或者后果傳遞出了這個節(jié)點，很可能導(dǎo)致節(jié)點內(nèi)的原因在若干個節(jié)點后產(chǎn)生安全隱患或者后果；反之，也可能由某個遠(yuǎn)端節(jié)點的原因在當(dāng)前節(jié)點產(chǎn)生后果。對于這些并不在當(dāng)前分析節(jié)點的原因或者后果，需要在后繼的HAZOP過程中予以閉合，保證整個HAZOP過程的完整性，也就是保證每一個原因?qū)е碌慕Y(jié)果均被HAZOP團(tuán)隊的分析討論覆蓋到。

1 HAZOP團(tuán)隊成員的需求

從HAZOP團(tuán)隊的組成來分析，最精簡的HAZOP團(tuán)隊通常由：HAZOP主席、記錄員、工藝工程師、儀表工程師、操作專家、化學(xué)專家等人員組成。每個團(tuán)隊成員擅長與專注的內(nèi)容存在著明顯的不同，卻要在短時間內(nèi)反映（回溯）出HAZOP主席關(guān)注的問題所在，實際上并不是那么容易的事情。換句話來說，在HAZOP主席提出一個安全問題的時候，各個專業(yè)的工程師需要在有限的時間內(nèi)對此問題給出需要的答案，實際上是一個效率不高的過程。筆者結(jié)合參與HAZOP的經(jīng)歷以及一些文獻(xiàn)[1]對團(tuán)隊成員的需求進(jìn)行如下分析：

1.1 HAZOP主席

作為HAZOP的負(fù)責(zé)人，HAZOP主席需要將整個流程劃分成若干個節(jié)點，并選擇其中某一個作為分析起點，并在分析過程中負(fù)責(zé)喚起工藝工程師對后果的聯(lián)想。由于單個節(jié)點可能討論較長時間，甚至不能在同一工作日完成，所以將造成安全隱患的情景重現(xiàn)，在間斷討論后再恢復(fù)至團(tuán)隊腦海中的工作，對于HAZOP主席來說是非常重要的。這項工作可以通過紙質(zhì)文件再用顏色進(jìn)行標(biāo)識，但回溯整個設(shè)計意圖的工作還是需要再次進(jìn)行，如果能夠在電子PID圖上動態(tài)顯示，那么將大大減輕HAZOP主席的工作量。另外，對于節(jié)點外的原因或后果，需要在若干天后再次喚起可能造成當(dāng)前節(jié)點情況的原因，或者可能造成已分析節(jié)點中的后果。這就需要一個強(qiáng)大的關(guān)鍵詞索引功能，原因和后果中需要標(biāo)記出未關(guān)閉的狀態(tài)，也就是連接（傳遞）至節(jié)點外的狀態(tài)。在沒有軟件輔助的條件下，HAZOP主席必須有良好的記憶力，并且必須按照一定的規(guī)律對HAZOP記錄進(jìn)行查閱和復(fù)習(xí)。

1.2 錄入員

錄入員更關(guān)注錄入效率，錄入的結(jié)果應(yīng)該顯示在團(tuán)隊都能看到的屏幕上供大家檢查是否符合之前討論的結(jié)果。同時，配合HAZOP主席的工作，快速檢索到需要的節(jié)點，并在其中增加相應(yīng)的文字內(nèi)容，這將會有助于效率的提高。錄入員最好具有化工工藝背景，擁有一定的化工工藝/儀表控制知識，對所討論的化工工藝有所了解，思路清晰、反應(yīng)敏捷，以便更好的理解整個HAZOP過程，幫助團(tuán)隊提高分析效率。

1.3 工藝工程師

工藝工程師更關(guān)注工藝流程，對在HAZOP分析過程中經(jīng)常需要解釋整個過程的原理以及當(dāng)前情況導(dǎo)致的后果，需要在流程圖、工藝描述、工藝計算間來回切換。這些過程并不需要展示給團(tuán)隊觀看，但需要快速的方便工藝工程師操作。

1.4 儀表工程師

儀表工程師更關(guān)注儀表可測數(shù)據(jù)，需要對儀表結(jié)構(gòu)進(jìn)行了解，同時，對流程圖上的連鎖關(guān)系進(jìn)行查詢。由于HAZOP過程中容易出現(xiàn)長時間的儀表無關(guān)性討論，需要及時顯示當(dāng)前討論管路，包括快速查詢儀表位號幫助儀表工程師快速切換至當(dāng)前討論儀表。

1.5 操作專家

操作專家比較關(guān)心當(dāng)前過程的SOP，實際上很可能在分析時，這個節(jié)點的SOP還未撰寫，整個HAZOP過程恰恰是為SOP撰寫提供一個良好完整的分析過程。而操作專家也容易面對儀表工程師同樣的問題，就是長時間無關(guān)性討論，所以，快速查詢編號的系統(tǒng)同樣對操作專家非常必要。

1.6 化學(xué)專家

化學(xué)專家是整個團(tuán)隊中最了解物性參數(shù)的人，他作為MSDS的活字典存在于HAZOP分析團(tuán)隊中，他需要及時檢查工藝安全分析內(nèi)容以及MSDS的內(nèi)容，為團(tuán)隊提供各種物料性質(zhì)危險的報警提示?？焖贆z索物性參數(shù)顯然對化學(xué)專家非常必要。

2 HAZOP報告記錄方式

從HAZOP報告的記錄方式也就是原因與后果的關(guān)系方式來分析。筆者通過全程參與HAZOP過程的經(jīng)驗，將記錄HAZOP過程的原因和后果的方式總結(jié)為兩種做法，即原因處列出所有后果和后果處列出所有原因，這兩種方法它們各有利弊?，F(xiàn)分析如下：

2.1 原因處列出所有后果（方法1）

每次分析一個原因?qū)е铝鞒讨械乃泻蠊?，只顯示因果關(guān)系不容易產(chǎn)生混淆，但由于長流程的項目導(dǎo)致后果可能在當(dāng)前分析流程后的若干個節(jié)點中，不容易找到最終的影響結(jié)果。容易遺漏產(chǎn)生的后果，但之后節(jié)點對之前節(jié)點的參照（引用）就會大大減少，HAZOP的關(guān)系圖相對簡單。實際上也就減少了HAZOP進(jìn)程的折返。

此方法的優(yōu)點是：如果繪制一張原因和后果的關(guān)系（模型）圖（每個原因點與后果點組成線段，起點為當(dāng)前分析節(jié)點，終點為后果所在節(jié)點）的話，關(guān)系圖將會是一張若干個點放射狀的組合，結(jié)構(gòu)相對簡單。這樣的關(guān)系圖對于之后的回溯將會是比較簡單的情況，每個原因所造成的后果甚至可以用單獨列表的形式列出。為在HAZOP后再次檢驗分析結(jié)果創(chuàng)造了良好的契機(jī)。

此方法的缺點也很容易發(fā)現(xiàn)：在當(dāng)前節(jié)點分析時，不容易考慮到節(jié)點外的后果。如果節(jié)點中有若干個對外節(jié)點影響很大的原因，將導(dǎo)致當(dāng)前節(jié)點分析緩慢，分析成果中記錄了大量外節(jié)點信息。不容易控制每個節(jié)點所用的時間，也不容易估算出今后節(jié)點將要使用的時間，不利于項目進(jìn)度的管理。

圖1中畫出了簡化以后方法1的四個節(jié)點間原因和后果的關(guān)系（模型）圖，節(jié)點1中的原因?qū)е铝斯?jié)點2中的后果，實際記錄的結(jié)果將會只體現(xiàn)在節(jié)點1的報告中，而在節(jié)點2中沒有體現(xiàn)。節(jié)點1中同樣包含一個原因來自節(jié)點4的后果，節(jié)點1分析時可能并沒有預(yù)見到這樣一個后果，而在后續(xù)的節(jié)點4的分析過程中發(fā)現(xiàn)了這樣一個可以導(dǎo)致節(jié)點1中產(chǎn)生后果的原因，針對這樣的情況，方法1恰恰能夠處理好這樣的情況。因為只要將結(jié)果一同寫入節(jié)點4的記錄中就完成了這項工作。

圖1 方法1原因關(guān)系示意圖

2.2 后果處列出所有原因（方法2）

每次只分析一個原因?qū)е庐?dāng)前節(jié)點中的后果，非本節(jié)點的后果僅標(biāo)識其后果所在節(jié)點位置信息，在后果所在節(jié)點再對具體后果進(jìn)行分析，本節(jié)點不描述非本節(jié)點后果。實際上最終顯示的文本信息就成了后果顯示所有原因，原因處有一個指向最終后果的標(biāo)識。

此方法的優(yōu)點是：由于非本節(jié)點的后果僅標(biāo)識其后果所在節(jié)點位置信息，分析當(dāng)前節(jié)點的進(jìn)度得以保證，在節(jié)點劃分合理的情況下，每個節(jié)點的分析進(jìn)程將會比較統(tǒng)一。容易控制每個節(jié)點所用的時間，也容易估算出今后節(jié)點將要使用的時間，有利于項目進(jìn)度的管理。

此方法的缺點也顯而易見：在先開始分析的節(jié)點容易遺漏原因造成的節(jié)點外的后果，在后分析的節(jié)點容易遺漏由遠(yuǎn)端原因造成的后果，在最終檢查非本節(jié)點后果標(biāo)識時將會完成之前未完成的后果，需要非常的記憶力和對安全問題的敏感性，這對分析團(tuán)隊提出了更高的要求。相應(yīng)的需要對原因項和后果項設(shè)置封閉與否標(biāo)識，也就是需要在節(jié)點之間來回切換。關(guān)系網(wǎng)圖將會比方法1復(fù)雜的多，雖然是以每個節(jié)點作為一個范圍，但節(jié)點內(nèi)會有很多引用或者指向其他節(jié)點的標(biāo)識，否則，在之后的節(jié)點容易忽視之前節(jié)點引入的安全隱患。

圖2 方法2原因關(guān)系示意圖

圖2中畫出了簡化以后方法2的兩個節(jié)點間原因和后果的關(guān)系圖，節(jié)點1中的原因?qū)е铝斯?jié)點2中的后果，但實際記錄時在節(jié)點1中標(biāo)記后果所在位置，并不直接體現(xiàn)后果，真正的后果將被記錄在節(jié)點2的報告中。

2.3 討論

方法2實際上是對于方法1的擴(kuò)展，從關(guān)系圖上可以看出圖1和圖2從圖示的角度僅僅是將連線改成標(biāo)識的形式，并沒有改變因果關(guān)系圖的本質(zhì)。實際的情況中節(jié)點數(shù)甚至多至數(shù)十個，關(guān)系圖將會演變成一張蜘蛛網(wǎng)。也就是說節(jié)點數(shù)增加后，原因和結(jié)果的關(guān)系圖的復(fù)雜性將會成倍增加，為了方便討論，筆者只以四個節(jié)點的情況闡述關(guān)系圖的基本理念。四個節(jié)點的關(guān)系圖也已經(jīng)能夠說明問題了。

根據(jù)兩張關(guān)系圖的比較可知，這兩種方法對于長流程的HAZOP過程[2]各有利弊。方法1注重因果關(guān)系的延續(xù)性，討論的因果關(guān)系更有邏輯性，匯總檢查時原因和結(jié)果在同處顯示，不需要在若干個節(jié)點間來回跳躍，但是帶來的弊端就是分析過程往往可能由于很多非當(dāng)前節(jié)點的后果消耗很長的HAZOP時間，給人一種進(jìn)度緩慢的表象。方法2則注重節(jié)點的獨立性，非當(dāng)前節(jié)點后果只是標(biāo)識，但是，試想一下在若干天后再討論若干天以前的原因引起的后果，對于HAZOP主席的記憶力、團(tuán)隊成員的回溯能力和完成HAZOP的成就感都是一項挑戰(zhàn)。

這兩種方法被很多跨國公司使用，例如：世界知名的杜邦公司就使用方法1來進(jìn)行HAZOP的分析記錄。各家都有選擇其一的理由，也都或多或少感覺到各自的缺陷。之前已經(jīng)提及方法2實際上是對于方法1的擴(kuò)展，將連線改成標(biāo)識的形式這一改變給后續(xù)的改進(jìn)工作提供了一定的便利。筆者認(rèn)為雖然方法2看似打斷了關(guān)系圖的連線，實際上卻為HAZOP記錄提供了一種非常規(guī)整化的模型。試想如果整個HAZOP過程每個節(jié)點之間都有無法切斷的原因和結(jié)果連線，那么，整個HAZOP的“蜘蛛網(wǎng)”關(guān)系圖無論對于團(tuán)隊還是計算機(jī)都將是一道難題。

為了進(jìn)一步展現(xiàn)出HAZOP過程中隱藏的危險性[3]，下面用一個實例來說明。如圖3中所示，某反應(yīng)罐（位于當(dāng)前分析節(jié)點1）和它的加料罐（位于若干周后分析的節(jié)點n）之間有一根平衡管，這個加料罐從重要性的角度來說，應(yīng)該是比較次要的，所以，與其他一些次要設(shè)備畫在一張流程圖上，并沒有同反應(yīng)罐畫在同一張流程圖上，劃分HAZOP節(jié)點的時候，很容易被劃到另外一個節(jié)點，而且這個節(jié)點要在HAZOP的最終階段才進(jìn)行分析，那就已經(jīng)是若干周后了。假設(shè)加料罐需要從上游原料罐（位于若干周后分析的另一節(jié)點n+1）接受原料并且稀配，這根平衡管就將成為這兩個節(jié)點甚至三個節(jié)點間的一個惡夢。當(dāng)反應(yīng)罐由于PCV閥門損壞或者手動閥門（如：氮氣吹掃閥門）誤操作發(fā)生高壓時，加料罐通過平衡管也產(chǎn)生高壓，這個時候如果恰逢加料罐接收料液，就會導(dǎo)致加料罐無法接收料液，加料罐的上游就會產(chǎn)生高液位或者高壓。圖3所示上游加料罐屬于第三個節(jié)點，一個誤操作或者安全隱患就沿著平衡管傳遞到了很遠(yuǎn)的第三個節(jié)點。第三個節(jié)點也許是由其他團(tuán)隊分析的內(nèi)容。他們的團(tuán)隊如果不是共享數(shù)據(jù)的話，極大的可能是會忽視來自遠(yuǎn)端節(jié)點的原因的。

3 結(jié)束語

既然發(fā)現(xiàn)了上述方式的弊端所在，接下來筆者就提出一些改進(jìn)的建議。常見的HAZOP記錄方式完全沒有考慮到HAZOP的特殊性，僅僅采用EXCEL或者WORD這樣的專注文本編輯的軟件，在長達(dá)數(shù)月之久的HAZOP過程中常常顯得捉襟見肘。比如，用EXCEL作為記錄工具時，為了顯示未完成分析的原因，通常會將顏色修改作為標(biāo)識，若干個節(jié)點后能否再想起來標(biāo)識的節(jié)點含有什么原因會導(dǎo)致當(dāng)前節(jié)點產(chǎn)生不良后果，都是很大的疑問。在之后的節(jié)點回來再次查詢沒有分析全面的原因，對于EXCEL這樣的弱類型數(shù)據(jù)表管理軟件也是件效率很低的事。如果遇到之前實例發(fā)生的情況，除非HAZOP團(tuán)隊中有一些專業(yè)素質(zhì)很高，記憶力超群的人，恐怕就會忽略可能發(fā)生的隱患了。

如果能夠開發(fā)出一個軟件幫助每個成員更好的關(guān)注HAZOP過程，更快的給出HAZOP分析需要的信息，將會對HAZOP過程有很大的裨益?，F(xiàn)今的時代已經(jīng)是網(wǎng)絡(luò)時代，HAZOP分析時往往是每個成員擁有一臺PC電腦，如果能充分利用每個成員的PC屏幕空間，提高每個成員的工作效率，顯然能夠提高整個團(tuán)隊的工作效率，從而縮短HAZOP周期，加快項目進(jìn)程。

要充分利用每個團(tuán)隊成員的PC屏幕空間，我們就要對HAZOP團(tuán)隊成員各自專注的方向進(jìn)行分析。這樣才能了解HAZOP團(tuán)隊究竟需要什么，現(xiàn)有的記錄方式的弊端到底在什么地方。了解了各個成員需要的內(nèi)容，很容易看出這些成員所共同關(guān)注的內(nèi)容，例如：工藝過程描述、PID等，這些內(nèi)容需要投射在團(tuán)隊都能看到的屏幕上；同時，每個團(tuán)隊成員又各自有他們自己關(guān)心和需要檢索查詢的內(nèi)容，這些內(nèi)容應(yīng)該顯示在團(tuán)隊成員各自的顯示器上。筆者基于上述需求提出一個方案，也就是多界面的HAZOP軟件，根據(jù)不同的成員角色和對應(yīng)的需求給出不同的HAZOP工作界面，這些界面使用同一個HAZOP分析數(shù)據(jù)庫。對于長流程HAZOP，數(shù)據(jù)庫的使用將有效避免回溯、檢索、共享等困難，幫助多個團(tuán)隊在有限時間內(nèi)完成目標(biāo)任務(wù)。該軟件將有如下五個界面：①登陸界面：團(tuán)隊成員根據(jù)各自角色登陸并自動進(jìn)入相應(yīng)的界面；②錄入界面：用于錄入HAZOP結(jié)果，供錄入員專用，并可及時更新HAZOP數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)；③瀏覽界面：所有的參加分析的團(tuán)隊成員均觀看的界面，僅讀取數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)而不修改數(shù)據(jù)庫，保證數(shù)據(jù)的安全性；④查詢界面：用于檢查回溯HAZOP過程，主要提供HAZOP主席在會議結(jié)束后重新檢查結(jié)果，查詢原因和后果的關(guān)系（關(guān)閉狀態(tài)）、分類查詢、按工藝參數(shù)（壓力、溫度、流量、液位）查詢、按設(shè)備位號查詢；⑤管理界面[4]：用于管理數(shù)據(jù)庫，初始化數(shù)據(jù)庫（例如：導(dǎo)入設(shè)備位號等工作）。由于涉及數(shù)據(jù)庫編程[5]，暫時還無法完成軟件的所有編制工作，但筆者希望僅以此文作為HAZOP軟件開發(fā)的思路，開發(fā)出基于網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)的HAZOP記錄軟件，從而提高HAZOP分析的工作效率。

[1] 吳重光.危險與可操作性分析（HAZOP）應(yīng)用指南[M]．北京：中國石化出版社，2012. 45-48.

[2] 張斌.HAZOP技術(shù)在丁辛醇裝置上的應(yīng)用研究[D].青島：中國石油大學(xué)(華東)，2008（5）.

[3] 大慶催化裂化裝置關(guān)鍵節(jié)點HAZOP分析報告_四稿.中國石油大學(xué)(華東).環(huán)境與安全技術(shù)中心.

[4] HAZOP manager V6.0 demonstrations. Lihou Technical & Software Services. 150 Shenley Fields Road Selly Oak Birmingham B29 5BT United Kingdom.

[5] 李欣龍.HAZOP項目工程軟件的研究與開發(fā)[D].北京：北京化工大學(xué)，2009.