HAZOP分析在委內(nèi)瑞拉油田改擴建工程中的應用

徐子健 王曉紅 李凌雁 施曉萌 高志永 李明

中國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)系著國家的經(jīng)濟安全，各國政府對油田的生產(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)展過程中借鑒歐美API（美國石油學會）、ASME（美國機械工程師學會）、IEC（國際電工委員會）等標準，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，通常需要使用電伴熱或加注稀釋劑的方式進行儲存運輸[5]，故其油田原油處理設備長期在高溫高壓狀態(tài)下連續(xù)運行。因此，為了降低生產(chǎn)事故和職業(yè)危害的風險，有必要提前識別設計缺陷、人為操作失誤和設備故障所造成的后果。委內(nèi)瑞拉國家石油公司（PDVSA）頒布的標準IR-P-02[6]中，要求使用HAZOP（危險與可操作性分析）方法控制或降低風險以提高工藝系統(tǒng)的可靠性及安全性。

該項目位于委內(nèi)瑞拉科里奧利重油帶某稠油油田，2006 年投產(chǎn)運營，運營期間不斷擴充產(chǎn)能，新舊設備同時運行，操作較為繁雜。隨著近幾年該國經(jīng)濟形勢惡化，社會動蕩，熟練操作工人不斷減少，油田生產(chǎn)運行過程中的不確定性增加。因此，為了防止生產(chǎn)事故的發(fā)生、降低事故后果的嚴重程度，在設計階段開展HAZOP 安全分析工作變得尤為重要。

1 HAZOP簡介及分析流程

HAZOP 是一種能夠系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)化地識別工程中設計缺陷及含有危險因素事件的評價方法[7]。由20 世紀60 年代的英國帝國化工股份有限公司（ICI）開發(fā)，該方法目前已被廣泛應用于石油、石化工藝等過程危險性分析中[8]，HAZOP技術(shù)也已經(jīng)成為世界各國石油石化公司中工藝、儀表工程師具備的一項基本技能[9-10]。

圖1 HAZOP分析流程Fig.1 HAZOP analysis flow

HAZOP 分析基于設計和操作意圖偏差引起的風險假設事件。需要參考相關(guān)設計文件，以管道和儀表流程圖（P&ID）為基礎，將系統(tǒng)劃分為若干個分析節(jié)點，使用工藝的相關(guān)參數(shù)作為過程變量，將工藝參數(shù)與引導詞結(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致的結(jié)果，對現(xiàn)有安全措施進行風險評估，且對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分析應用實例

2.1 工藝流程

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

其主要工藝流程為：含水原油與稀釋劑在井口混合，通過集輸管線輸送至站內(nèi)的生產(chǎn)分離器進行氣液分離。分離出的伴生氣進入除油器，析出其中夾帶的凝液，隨后將伴生氣輸送至高壓火炬進行燃燒，并在去往高壓火炬的管線上預留燃料氣處理系統(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，通過脫氣罐減壓、脫氣，送至常壓含水原油儲罐，儲罐中的含水原油通過外輸泵增壓后送至下游脫鹽脫水站進行后續(xù)處理。含水原油儲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行燃燒。

2.2 步驟

（1）分析準備。該項目HAZOP 分析小組由13人組成，包括分析主席、秘書、工藝工程師、儀表工程師、安全工程師、現(xiàn)場操作專業(yè)工人及設計人員。

準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、管道設備平面布置圖、現(xiàn)場總圖等。

（2）節(jié)點劃分。結(jié)合IEC、PDVSA相關(guān)標準[13-14]，以P&ID 為基礎，參考PFD、因果連鎖表、操作控制原理、現(xiàn)場總圖等設計文件，根據(jù)工藝單元的控制回路、功能和物料特性，以及HAZOP 小組對工藝流程的分析，將該系統(tǒng)劃分為4 個節(jié)點，如表1所示。

（3）確定引導詞及偏差。通過對設計文件、設計意圖的分析，選擇溫度、壓力、流量和液位等工藝參數(shù)為過程變量。并應用引導詞，正常操作狀態(tài)下為標準值，引導詞與工藝參數(shù)結(jié)合引出存在的偏差。除此之外，由于設備存在異常狀態(tài)而進行檢修的可能，因此增設檢修作為引導詞。表2給出本次分析中使用的引導詞及工藝參數(shù)。

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

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

（4）風險等級評定。是基于事件發(fā)生的概率和事件后果的嚴重程度，根據(jù)風險矩陣圖確定每一種偏差事件的風險水平。本項目風險矩陣對應由PDVSA標準IP-R-02[3]中規(guī)定，如圖3所示。

圖3中橫坐標為根據(jù)事件發(fā)生概率所劃分的等級，縱坐標為根據(jù)事件嚴重程度劃分的等級。其中傷亡人數(shù)、經(jīng)濟損失對環(huán)境造成的影響越大，事件嚴重程度等級越高。對于某一事故，可由橫縱坐標分別對應的事件等級，確定其在事故風險矩陣對應圖中的位置，進而得出其風險等級。本項目中風險等級可劃分為高（A，Alto）、較高（MA，Medio Alto）、中等（M，Medio）、低（B，Bajo）四個等級。其中高和較高為業(yè)主不可接受風險，對于此類風險應當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 引導詞及工藝參數(shù)Tab.2 Guide words and process parameters

圖3 風險矩陣對應Fig.3 Risk matrix correspondence

2.3 結(jié)果

2.3.1 結(jié)果簡析

HAZOP 小組對此項目中4 個節(jié)點進行了分析。分析獲得101 條偏差，其中高風險偏差5 條，較高風險偏差9 條，中等風險偏差37 條，低風險偏差50 條。高風險及較高風險偏差主要集中在以下三點：①改擴建過程中重新進行流量分配時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)濟損失的外輸泵區(qū)；③未設置備用的設備。

2.3.2 典型偏差

HAZOP 小組針對在設計中風險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、風險等級及建議或措施如下所述。

（1）節(jié)點1。偏差：分離器入口匯管流量過低。原因，入口匯管WDB-02953 上的手動閥門誤關(guān)閉；結(jié)果，入口匯管壓力上升，生產(chǎn)停止；風險等級，MA。已有安全措施：分離器入口流量計FIT-10017/8/9 有低流量報警功能。建議：入口匯管WDB-02953上的手動閥門增設鎖開（LO）。

（2）節(jié)點2。偏差：除油器0001-V-1301 出口流量過低。原因，除油器0001-V-1301處于檢修狀態(tài)或出口閥門誤操作關(guān)閉；結(jié)果，0001-V-1302/3處理量增大，0001-V-1301 壓力增大，節(jié)點1 壓力升高，可能造成安全閥起跳，全廠停車；風險等級，M。已有安全措施：除油器0001-V-1301出口流量計PIT-13001 低流量報警。建議：核定當1 臺除油器無法正常使用時，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壓力控制閥PCV-18005，當任意1臺除油器無法正常工作時，除油器入口匯管升高，壓力控制閥PCV-18005 打開，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，除油器周圍管廊密集，人工操作和檢維修空間小，檢修時設備漏氣；結(jié)果，設備檢修時工人中毒、受傷，影響正常生產(chǎn)；風險等級，M。建議：除油器出口增設管道短節(jié)及閥門。

（3）節(jié)點3。偏差：含水原油儲罐0002-TK-1002A/B液位過低。原因，含水原油儲罐入口閥門誤操作關(guān)閉；結(jié)果，當儲罐液位下降速度過快、低于低液位時，導致外輸泵空轉(zhuǎn)，對泵造成損壞，影響下游站場接收原油；風險等級，A。已有措施：液位計LZIT 在低液位時報警，并在低低液位時連鎖關(guān)停含水原油儲罐出口外輸泵。

（4）節(jié)點4。偏差：檢修。原因，操作工人檢修時誤進入火炬熱輻射區(qū)；結(jié)果，火炬緊急關(guān)閉，影響正常生產(chǎn)；風險等級，MA。建議：增加警示標志。修改措施：增設警示牌，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

通過對委內(nèi)瑞拉某油田改擴建項目進行HAZOP 分析，對設計中存在的漏洞、缺陷進行了系統(tǒng)的識別。分析共獲得101條偏差，其中高風險偏差共計5 條，較高風險偏差共計9 條，并針對設計中的不足提出了28 條建議及措施。依據(jù)相應的改進建議，設計方提供了改進的安全方案，有效地降低了風險等級，為整個工藝流程的可靠性、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海外工程項目的HAZOP分析提供借鑒參考。

遼河油田特油公司SAGD 2#注汽站