HAZOP分析在川科1井站脫硫試采工程中的探索與應用

江 健， 王黎明， 江楚天

(1中國石化西南油氣分公司川西采氣廠 2南京理工大學化工學院)

川科1井是中國石化在川西地區(qū)新場氣田深層海相雷口坡組氣藏的第一口含H2S氣井。2011年9月正式投產，目前日產量10.50×104m3/d，已穩(wěn)產6年，累計產氣1.95×108m3。該井的正常生產對氣井產能評價、實踐完善單井脫硫建設模式、加速川西人口密集地區(qū)的海相含硫氣藏開發(fā)具有極其重要的意義。

相對于常規(guī)陸相氣井采氣工藝，川科1井站采用現場采氣、凈化、外輸等多個作業(yè)環(huán)節(jié)連續(xù)運行的方式進行生產，動設備較多，脫硫工程工藝流程復雜，控制節(jié)點多，安全風險高，并且還是絡合鐵脫硫工藝在含硫氣田開發(fā)中的首次應用，存在工藝裝置運行參數需摸索、運行經驗需不斷總結等實際問題。因此，依據川科1井試采地面建設工程的相關設計文件和資料、在運行階段編制完善的操作文件和現場運行參數，進行針對系統(tǒng)的全面安全風險控制措施有效性評價，開展川科1井站脫硫裝置HAZOP分析工作是非常有必要的，可以達到識別系統(tǒng)運行缺陷，控制安全風險，減少在生產過程中可能存在的危害因素，合理分配安全資金投入，實現絡合鐵脫硫工程的安全運行等目的，為以后川西海相含硫氣藏安全開發(fā)提供參考。

一、HAZOP分析的目的

1.目前常用的風險評價方法

JSA分析法是事先或定期對某項工作任務進行潛在的危害識別和風險評價，并根據評價結果制定和實施相應的控制措施，達到最大限度消除或控制風險目的的方法。其目的是規(guī)范作業(yè)風險識別、分析和控制，確保作業(yè)人員健康和安全。JSA分析法主要用于生產和施工作業(yè)場所現場作業(yè)活動的安全分析，包括新的作業(yè)、非常規(guī)性(臨時)的作業(yè)、承包商作業(yè)、改變現有的作業(yè)和評估現有的作業(yè)，應用范圍較為局限。

SCL是為辨識或診斷某一系統(tǒng)的安全狀況而事先擬好的問題清單。為發(fā)現環(huán)境、工藝過程、設備、操作、管理和組織措施中的不安全因素，事先把檢查對象加以分解，找出不安全因素，根據法律、法規(guī)和標準規(guī)范等，確定檢查項目和標準要求，并將檢查項目按系統(tǒng)構成順序編制成表，以便進行檢查。SCL法是一種最通用的定性安全評價方法，適用于設備、作業(yè)場所、操作規(guī)程、管理等各種層面的檢查，應用十分廣泛。但SCL法只能對已經存在的標準和對象進行評價，系統(tǒng)上一些潛在的風險和隱患無法通過檢查表進行識別，SCL法只能作定性評價不能進行定量評價。

2. HAZOP分析的目的

HAZOP(危險與可操作性分析)分析方法是英國帝國化學工業(yè)公司(ICI)于1960年代發(fā)展起來的一套以引導詞為主體的危害分析方法，用來檢查設計的安全及危害的因果來源，也是目前主要用于裝置運行風險評估的方法之一。HAZOP分析是由各專業(yè)人員組成的分析小組，通過對系統(tǒng)工藝過程和操作詳細的進行檢查，以確定過程的偏差是否導致不希望的后果發(fā)生，HAZOP分析將列出引起偏差的原因、產生的后果、以及針對這些偏差及后果已使用的安全保護措施，當分析組確信對這些偏差的保護措施不當時，將提出相應的改進措施。HAZOP分析確立了系統(tǒng)安全的觀點，系統(tǒng)性、完善性好，有利于發(fā)現各種可能的潛在危險[1]。由于融入了風險矩陣和LOPA(保護層分析)，HAZOP分析可以進行定性分析和定量的評價[2-4]。

應用HAZOP分析旨在識別出川科1井脫硫試采工程中可能存在的設計缺陷、設備故障、作業(yè)過程中的人員失誤等可能帶來的各種后果，結合LOPA分析，在系統(tǒng)層面識別和分析一些潛在的風險和隱患，并提出控制或降低風險以及改善工藝系統(tǒng)可操作性的措施，防止事故的發(fā)生或減小事故可能的后果。

二、HAZOP分析開展過程

1. 川科1井站工藝流程

川科1井含H2S天然氣經過加熱節(jié)流降壓后進入酸氣分離器進除去固相和液相雜質，然后進入吸收塔與絡合鐵貧液反應脫除H2S，凈化后的天然氣進入凈化氣分離器進行氣液分離后外輸。吸收塔底的絡合鐵富液進入富液閃蒸罐降壓閃蒸分離出溶解的部分天然氣，閃蒸后的富液進入富液再生槽頂部的噴射器，與自吸進入的空氣兩相混合發(fā)生氧化反應，并在富液再生槽內進一步氧化再生形成貧液，貧液進入分離槽，通過貧液泵再次進入吸收塔，完成液相的循環(huán)。富液再生槽內形成的硫泡沫進入硫泡沫槽，然后經硫泡沫泵增壓進入真空轉鼓過濾機脫去水分，生成硫膏外運。

2. HAZOP分析應用過程

HAZOP分析需要將工藝圖或操作程序劃分為分析節(jié)點或操作步驟，然后用引導詞找出過程中存在的危險，識別出那些具有潛在危險的偏差，并對偏差原因、后果及控制措施等進行分析[1]。

川科1井站HAZOP分析成立了分析小組，人員主要包括HAZOP分析師、采氣廠及海相試采大隊管理層、川科1井運行及技術管理人員和現場操作人員。

在進行川科1井站脫硫裝置HAZOP分析之前，分析小組根據HAZOP分析方法的要求，將主要工藝流程的的PID圖紙劃分為16個工藝節(jié)點，包括：采氣井口，井口加熱爐，酸氣分離器，預吸收塔，一級吸收塔，二、三級吸收塔，凈化氣分離器，富液閃蒸罐，富液再生槽，分離槽，硫磺回收，地下槽，火炬分液罐，火炬(點火裝置)，緩蝕劑加注撬，污水罐。

根據川科1井站的工藝流程、控制參數、風險和危害，HAZOP分析共考慮20類工藝參數，其與不同的引導詞構成了本次HAZOP分析所使用的偏差，各類工藝參數見表1。

表1 HAZOP分析所應用的偏差表

3. 關鍵點安全保護層分析

根據川科1井站生產裝置存在高低壓系統(tǒng)共存特點，其工藝過程最大風險是高壓酸氣竄入低壓系統(tǒng)。為評估安全設計是否符合要求，本文采用LOPA(保護層分析)技術進行風險論證分析。

LOPA是在定性危害分析的基礎上，進一步評估保護層的有效性，并進行風險決策的系統(tǒng)方法，其主要目的是確定是否有足夠的保護層使風險滿足企業(yè)的風險標準。

按照LOPA過程，特定后果場景頻率計算的常用程序，即：使用初始事件頻率乘以IPL(獨立保護層)的PFDs乘積。

(1)

本次評估的初始事件為：酸氣分離器LV系統(tǒng)失效。后果場景為：高壓酸氣竄入污水罐，導致污水罐超壓爆炸。

根據設計，獨立的保護層包括：污水罐設有安全閥，污水罐放空閥常關。

根據國家相關風險標準和有關文獻提供的失效數據，其風險等級分析見表2。

表2 川科1井LOPA分析表

注：場景為酸氣分離器液控失效，高壓酸氣竄入污水罐，導致污水罐超壓爆炸。

根據表2分析，川科1井站生產裝置酸氣分離器液控失效導致污水罐超壓爆炸的頻率為1×10-3，表明該處安全設計風險較高，需采取相應行動降低風險，為此在HAZOP分析中提出了相應對策措施，采取措施后，酸氣分離器液控失效導致污水罐超壓爆炸的頻率將降低到1×10-6，風險級別將由D5降低到D1，安全風險顯著降低。

三、HAZOP分析成果

通過對一系列偏差系統(tǒng)地對川科1井站生產裝置每一個工藝節(jié)點進行審核，分析導致偏差產生的原因和由此可能產生的后果，并通過在對現場已采用的安全措施進行識別和判斷的基礎上，共提出了57條安全對策措施和建議，根據風險級別和實際條件，采納了17條建議(見表3)，并擇機進行整改。

表3 HAZOP分析建議措施分類說明表

四、結論

(1)通過HAZOP分析及針對風險制定的整改措施的實施，川科1井站的的風險管控能力得到了較大提升，事故發(fā)生幾率有了明顯下降。

HAZOP分析小組通過對20類偏差的分析，對川科1井站生產裝置16個工藝節(jié)點進行審核，分析導致偏差產生的原因和由此可能產生的后果，系統(tǒng)、全面地評估了工藝、設施、管理等方面的風險和缺陷。

識別出了目前工藝過程的最大風險—酸氣分離器液控失效導致污水罐超壓爆炸，事故發(fā)生頻率為1×10-3，風險級別為D5。

(2)通過在對現場已采用的安全措施進行識別和判斷的基礎上，共提出了57條安全對策措施和建議，根據風險等級和實際條件，采納了17項針對性的建議措施。以系統(tǒng)最大風險為例，采取措施后，事故發(fā)生頻率降低到1×10-6，風險級別將降低到D1。

(3)川西地區(qū)人口稠密、經濟發(fā)達，安全生產是含硫氣田的開發(fā)的首要任務和重要工作。HAZOP分析作為一種重要的風險識別手段，不但滿足了國家法律法規(guī)要求和中國石化關于在役裝置風險識別和防控要求，還顯著提高了脫硫裝置的安全性。HAZOP分析在川科1井脫硫試采工程中的成功應用，展示了氣田開發(fā)不同階段和脫硫裝置運行不同時期風險防控的重點和關注的對象，有計劃的開展在役裝置HAZOP分析并制定有針對性的措施對氣田安全生產具有非常重要的指導意義。

[1]中國石油天然氣集團公司安全環(huán)保與節(jié)能部.煉化裝置在役階段工藝危害分析指南[M].北京：石油工業(yè)出版社，2011.

[2]周榮義，李石林，劉何清.HAZOP分析中LOPA的應用研究[J].中國安全科學學報，2010，20(7)：76-81.

[3]中國石油化工股份有限公司青島安全工程研究院.HAZOP分析指南[M].北京：中國石化出版社，2008.

[4]吳重光.危險與可操作線分析(HAZOP)基礎及應用[M].北京：中國石化出版社，2012.