危險與可操作性分析法在油氣集輸管道中的應(yīng)用與分析

胡燈明

南方石油勘探開發(fā)有限責(zé)任公司 （海南 ?？?570216）

1 危險與可操作性分析法概述

危險與可操作性分析法（HAZOP）的評價思路是按一定的原則將工藝過程或設(shè)備劃分為合理的分析節(jié)點（或單元），通過引導(dǎo)詞和系統(tǒng)工藝參數(shù)，對每一個分析節(jié)點識別出具有潛在危害的偏差，并分析偏差的原因、后果和已有的安全保護(hù)措施等，以確定系統(tǒng)的安全程度。該方法認(rèn)為：正常和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定狀態(tài)下的條件是安全的，當(dāng)出現(xiàn)了與正常條件背離或偏差后才會發(fā)生危險或事故，在評價過程中，允許分析人員在危險辨識和可能的偏差出現(xiàn)后做出理性的推測和判斷[1-6]。

HAZOP分析評價包括準(zhǔn)備、分析和完成分析報告3個基本步驟。

1）HAZOP分析評價的準(zhǔn)備工作，即確定分析對象和范圍、成立分析小組、收集資料、編制分析計劃等。

2）HAZOP分析，將評價對象劃分為若干分析節(jié)點（工藝單元），連續(xù)過程節(jié)點確定為管道（物料的通道），即分析管道內(nèi)介質(zhì)狀態(tài)及工藝參數(shù)產(chǎn)生的偏差；間歇過程節(jié)點確定為主體設(shè)備。根據(jù)引導(dǎo)詞表，選擇合適的引導(dǎo)詞和工藝參數(shù)，分析節(jié)點可能產(chǎn)生的偏差和偏差的原因及后果。

3）制定對策及給出評價結(jié)論。具體分析流程如圖1所示[1]。

圖1 海底管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)場安裝

其中分析會議是HAZOP評價的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，主要的工作流程及任務(wù)如圖2所示[4]。

2 危險與可操作性分析評價案例

HAZOP評價法的評價對象和過程重點針對工藝操作環(huán)節(jié)，就油氣集輸管道而言，管線部分幾乎不涉及工藝操作過程，工藝操作主要涉及站場部分，因此集輸管道站場采用此法進(jìn)行安全評價。以某油田30×104m3/d處理能力的集輸站為例（主要工藝單元包括：預(yù)處理、低壓氣壓縮、天然氣脫水、三甘醇再生、外輸、儀表風(fēng)、燃料氣、收發(fā)球、放空等單元），選取某一節(jié)點采用HAZOP方法進(jìn)行分析評價，并對該方法進(jìn)行分析。

圖2 HAZOP分析會議流程圖

2.1 選取工藝節(jié)點

考慮節(jié)點的目的和功能,同時兼顧節(jié)點內(nèi)容簡單清晰的原則，將節(jié)點視為完成一個特定功能的單元。根據(jù)站場工藝流程圖、工藝及儀表控制圖等，將該站清管球接收單位作為一個節(jié)點，采用HAZOP法對收球筒節(jié)點（單元）進(jìn)行安全評價，收球筒節(jié)點的工藝流程和工藝與儀表控制圖如圖3所示。

圖3 清管球接收單元的工藝流程圖

收球節(jié)點的工藝描述為：若不接收清管球，不分輸或站內(nèi)異常，緊急截斷閥關(guān)閉，直接通過旁通管線去下一站；若接收清管球，打開緊急切斷閥ESD，打開清管接收筒前面的電動調(diào)節(jié)閥XV1，筒上方的閥門XV2，天然氣通過XV2直接去匯管，當(dāng)清管球進(jìn)入收球筒時，有信號燈和報警設(shè)施YA-YS發(fā)出信號，然后關(guān)閉閥門XV1、XV2，打開去匯管的電動調(diào)節(jié)閥門XV3，天然氣通過匯管進(jìn)入分離。此時打開放空線閥門V1放空泄壓，排污閥V2排污，壓力為零時，打開注水閥門V3注水，最后打開盲板取出清管球(圖4）。

圖4 清管球接收單元工藝及儀表控制流程圖

2.2 HAZOP評價

如上分析，收球筒節(jié)點的主要工藝參數(shù)是壓力和流量，根據(jù)表1提供的常見引導(dǎo)詞[3]，建立偏差（引導(dǎo)詞+工藝參數(shù)）并進(jìn)行分析，分析評價記錄見表2。

表1 HAZOP評價引導(dǎo)詞（關(guān)鍵詞）及意義

通過對收球筒裝置的HAZOP分析，找出了在收球筒工藝及操作過程可能出現(xiàn)的偏差、原因和可能后果，共計27條（表2）。評價結(jié)論對后續(xù)設(shè)計完善、安全補(bǔ)償及安全管理等均具有較大的參考價值。

3 適用性及評價效果分析

HAZOP分析評價目前廣泛應(yīng)用于石油、石化等過程的工藝危險性分析，如英國石化有限公司在“健康、安全與環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)與程序”中明確規(guī)定在項目設(shè)計階段，要采用HAZOP法對方案進(jìn)行安全評價。通過對收球筒裝置的HAZOP評價分析表明，該方法適合于站場工藝設(shè)備的安全評價，評價結(jié)論針對性強(qiáng)且具有較好的應(yīng)用價值[7]。

3.1 危險與可操作性分析法的適用性分析

HAZOP分析起源于化工反應(yīng)裝置過程的安全評價，工藝流程相對復(fù)雜，設(shè)備較多。油氣集輸管道項目不涉及物質(zhì)反應(yīng)，管線部分幾乎不涉及工藝流程，站場部分的工藝流程比化工過程相對簡單。從資料收集準(zhǔn)備上，HAZOP分析對資料要求不高，可研報告提供的資料如項目功能、工藝流程圖、設(shè)備儀表圖等能滿足HAZOP的分析要求。HAZOP評價的直接對象是分析節(jié)點，根據(jù)節(jié)點控制的工藝參數(shù)指標(biāo)確定偏差進(jìn)行評價，分析節(jié)點可以是工藝單元（連續(xù)過程），也可以是操作步驟（間斷過程）。管道輸送屬于連續(xù)過程，站場涉及諸多工藝流程，可直接根據(jù)站場的功能劃分節(jié)點，節(jié)點劃分簡單且沒有遺漏（如評價案例）。在偏差的建立和選擇上，站場主要涉及的工藝參數(shù)是壓力、流量（部分節(jié)點包括溫度，比如分輸?shù)龋?，可根?jù)引導(dǎo)詞構(gòu)建有效偏差，結(jié)合工藝流程圖、節(jié)點功能等直接進(jìn)行HAZOP分析。因此，油氣集輸管道（站場）適合采用HAZOP法對其進(jìn)行安全預(yù)評價。

表2 收球筒HAZOP評價記錄表

在具體使用HAZOP分析法的過程中，由于站場工藝相對化工裝置工藝簡單，常出現(xiàn)節(jié)點內(nèi)設(shè)備數(shù)多于偏差種類（如收球筒節(jié)點閥門、設(shè)備數(shù)多于偏差數(shù)），若按照圖2的討論流程，則容易出現(xiàn)遺漏、流程不清晰和重復(fù)等現(xiàn)象。如分析偏差“流量過大”時，結(jié)合收球工藝流程，節(jié)點內(nèi)包括3條主要流程線：節(jié)點起點均是緊急截斷閥門前的管線，節(jié)點終點則有收球筒盲板（正常收球）、去匯氣管閥門后的管線（球進(jìn)入筒后的操作）、越站閥門后的管線（不分輸或異常情況）3種情況，逐個對3條主要流程線進(jìn)行HAZOP分析時，存在重復(fù)分析的現(xiàn)象。針對此類情形，建議在評價過程中，按照3條主要流程線的先后順序、逐個選擇偏差，建立有效偏差，直到所有偏差考慮完畢，再進(jìn)入下一設(shè)備并同樣進(jìn)行分析，直至分析結(jié)束進(jìn)入下一節(jié)點。

3.2 危險與可操作性分析法的評價效果分析

HAZOP分析在評價過程中對每個節(jié)點（管線和設(shè)備）內(nèi)的全部有效偏差進(jìn)行分析，并分析其偏差原因和可能后果，實行“點對點”分析，評價具體全面且具有較強(qiáng)的針對性。如偏差原因分析方面，排污閥流量過小在評價案例評估了排污閥通道被堵、閥體銹蝕、環(huán)境溫度低凍裂和閥桿彎曲變形等4類可能原因（表2），導(dǎo)致排污閥排污不暢，影響清管作業(yè)進(jìn)度，甚至導(dǎo)致生產(chǎn)事故。HAZOP分析法彌補(bǔ)了道化學(xué)法在評價結(jié)論上過分依賴物質(zhì)系數(shù)，不能對事故原因進(jìn)行分析的缺點。這些偏差產(chǎn)生的原因可直接對后續(xù)的設(shè)計、管理等提出參考意見，如在排污閥的選擇、操作、保養(yǎng)上建立相關(guān)規(guī)程等，盡量避免類似偏差引發(fā)事故，減少安全風(fēng)險。

HAZOP分析會議中，評價成員會根據(jù)節(jié)點內(nèi)管線和設(shè)備的功能、工藝等提出很多可能的偏差，其中有的偏差是無效的或分析不全面。以上述收球筒節(jié)點的評價為例，“放空管流量可逆”則為無意義偏差，若不考慮放空閥門泄漏，則不能構(gòu)建“放空閥流量過大”這個偏差。偏差是HAZOP分析的起點，偏差構(gòu)建的質(zhì)量和全面程度直接與評價人員的專業(yè)、經(jīng)驗和知識結(jié)構(gòu)有關(guān)，所以HAZOP評價過程和結(jié)論受評價人員主觀影響較大。同時，HAZOP評價過程和評價結(jié)論僅注重于定性描述，無法比較節(jié)點之間（或節(jié)點內(nèi)設(shè)備之間）危險等級的高低，需要結(jié)合其他評價方法配合使用。

4 應(yīng)用建議

1）通過油氣集輸管道站場的收球裝置節(jié)點HAZOP分析，并建立分析節(jié)點向上向下深入分析，向上分析能找出節(jié)點出現(xiàn)偏差的原因和系統(tǒng)的危險因素，向下分析能發(fā)現(xiàn)偏差導(dǎo)致的后果，評價過程全面、針對性強(qiáng)且具有一定的深度。該方法評價前對資料準(zhǔn)備要求不高，通適性較強(qiáng)，便于形成專家系統(tǒng)，且對后續(xù)設(shè)計優(yōu)化、管理制度編制等都具有重要意義，應(yīng)大力推廣。

2）HAZOP分析評價法在分析過程中，建議注重評價人員專業(yè)、經(jīng)驗和知識結(jié)構(gòu)，以利于建立高質(zhì)量的偏差，并盡可能地找到節(jié)點乃至系統(tǒng)的危險因素和后果。同時，該方法應(yīng)與道化學(xué)指數(shù)法等定量的評價方法相互配合，彌補(bǔ)節(jié)點（節(jié)點內(nèi)部）之間不能比較危險性大小的不足。

3）鑒于HAZOP分析法的全面性和較強(qiáng)的針對性，推薦國內(nèi)新建的工藝建設(shè)項目，除了選擇其他安全評價方法外，盡可能選擇HAZOP分析法進(jìn)行評價。但國內(nèi)在HAZOP評價法的研究、應(yīng)用上，仍主要集中在化工裝置工藝的安全評價，并陸續(xù)開發(fā)了相關(guān)評價軟件，如基于丁辛醇裝置HAZOP、基于石油化工過程的HAZOP專家系統(tǒng)與集成等[7]，而基于油氣集輸管道安全與評價的HAZOP研究與應(yīng)用卻不多。建議安全分析評價在實際應(yīng)用基礎(chǔ)上，研究油氣集輸系統(tǒng)的HAZOP評價軟件，不斷優(yōu)化集成，逐步形成智能專家系統(tǒng)，發(fā)揮該方法在油氣集輸安全評價領(lǐng)域的重要作用。

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