HAZOP方法在煉化企業(yè)供電系統(tǒng)評估中的應用

李艷山，胡海燕

(中國石化青島安全工程研究院，山東青島 266071)

0 HAZOP概述

HAZOP是危險和可操作性分析(Hazard and Operability)的縮寫，起源于化工工藝過程的危害辨識，以“引導詞”+“要素”構成“偏差”作為分析基礎，圍繞設計意圖，分析和檢查偏離設計意圖的原因、后果以及現有的保護措施，并依據風險矩陣評定風險等級，對不可容忍的風險，采取技術和管理手段有計劃地將風險降低至可容忍范圍內。

HAZOP分析經過不斷改善和發(fā)展已廣泛應用于各種工藝過程和項目的風險評估工作中[1-5]。近幾年將HAZOP分析方法應用于企業(yè)供電系統(tǒng)的風險評估中，以其系統(tǒng)化的評估思維結合風險矩陣進行量化，應用越來越廣泛[6-7]。

1 HAZOP分析對煉化企業(yè)供電系統(tǒng)的意義

1.1 增加系統(tǒng)供電的安全性

煉化企業(yè)的供電系統(tǒng)在整個電網中是一個負荷節(jié)點，但是在縱深為1 000 m左右的土地上有著與電網發(fā)、輸、變、配、用等環(huán)節(jié)相同配置的供電系統(tǒng)，而且90%以上負荷為一級負荷。但是在現行的系統(tǒng)設計依據中，相匹配的標準、規(guī)范、圖集卻極少，在行業(yè)范例中，電網設計將供配電與發(fā)輸電分開，而煉化企業(yè)的電網卻同時包含這兩方面的內容，而且裝置差異化、積木式發(fā)展的供電需求與電網存在明顯區(qū)別。電氣在煉油化工產業(yè)鏈中是非主干專業(yè)，業(yè)務相關方對專業(yè)的研究和應用水平參差不齊，必然會導致煉化企業(yè)供電系統(tǒng)在運行中會出現各種各樣的問題。利用HAZOP評估方法，以團隊的電氣專業(yè)知識和經驗為基礎，系統(tǒng)性地分析整個裝置供電系統(tǒng)在結構、配置及可操作性方面存在的隱患，可以為系統(tǒng)在可研規(guī)劃、設計、運行等方面提供依據，提高裝置供電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行水平。

1.2 提升企業(yè)電氣管理的水平

大型煉化企業(yè)的供電系統(tǒng)在不斷發(fā)展，但核心電氣專業(yè)人員在數量、工作年限以及專業(yè)技能方面均與企業(yè)的大型化、專業(yè)化、智能化發(fā)展存在較大差距。從近幾年的煉化企業(yè)電氣事故中可以看出，煉化企業(yè)在電氣專業(yè)化管理上依然相對落后，在安全管控、智能化技術應用、人員技術素養(yǎng)等方面存在薄弱環(huán)節(jié)，導致事故頻發(fā)，影響全廠裝置的安全生產，有的甚至波及企業(yè)外部電網，帶來巨大的經濟和社會聲譽損失。企業(yè)的供電系統(tǒng)是一個整體，涉及范圍廣，設備種類多，需要參與管理的相關方有整體意識，在技術和組織管理上形成有效的安全控制手段。HAZOP的分析過程中以系統(tǒng)一次圖為依據，輔助以電力系統(tǒng)的仿真計算，從保護措施、主設備原理以及可操作性等方面進行系統(tǒng)性風險分析，使參與分析的專業(yè)人員深入了解、掌握整個系統(tǒng)，同時，也可以作為一個專業(yè)化管理工具，提升電氣安全管理水平。

2 HAZOP分析方法

2.1 HAZOP分析流程

裝置供電系統(tǒng)進行HAZOP分析主要依據電力系統(tǒng)一次圖，以節(jié)點為分析對象，通過偏差庫，分析過程中可涵蓋電力系統(tǒng)的絕緣配合、防雷及過電壓保護、繼電保護、接地網分析等常規(guī)內容，在裝置用電側則包含節(jié)能、自啟動、抗晃電等裝置平穩(wěn)運行關注的內容。分析流程如圖1所示。

2.2 裝置供電系統(tǒng)HAZOP分析關鍵點

2.2.1節(jié)點的選取

圖1 裝置供電系統(tǒng)HAZOP分析流程

適當的節(jié)點劃分可以簡化分析過程，避免重復勞動，同時也可使分析過程清晰，保護措施明了，易于提出和實施降低風險的改進措施。裝置供電系統(tǒng)HAZOP分析中，以一次系統(tǒng)圖紙為基礎，輔助以關鍵設備的二次圖紙、繼電保護配置、中央控制信號布置等資料。節(jié)點的劃分以一次系統(tǒng)為主，范圍一般以斷路器開始，以另一側斷路器為結束。雙回路供電的變電所，可以將2條回路4個斷路器之間有電氣聯(lián)系的部分作為一個節(jié)點來進行分析。結構簡單的變電所的分析節(jié)點以電源進線為起點，以饋出斷路器為終點。

2.2.2節(jié)點設計意圖

選取的節(jié)點要詳細分析其設計意圖，這樣才便于選擇合適的偏差庫。供電系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)電壓等級、接線型式、中性點接地方式等要素的選擇都有清晰的設計意圖和指導規(guī)范，辨析清楚節(jié)點的設計意圖，有利于選擇偏差和降低風險的措施。比如煉化企業(yè)常用的同塔雙回線，可以從傳輸功率(載流量)，兩回線是否考慮絕緣配合，檢修等方面去分析節(jié)點設計意圖。

2.2.3節(jié)點中關鍵設備的分析

選取的節(jié)點可能包含多種設備，比如變壓器、架空線、GIS等關鍵設備，根據節(jié)點的設計意圖選擇的偏差庫對單一設備的關注度可能會降低，可在分析過程中，根據分析目的對關鍵設備輔助以故障模式與影響分析(FMEA)的方法進行具體分析，以兼顧關鍵設備故障引起系統(tǒng)性事故的風險。

2.2.4原因的分析

導致偏差產生的原因有很多，通常HAZOP分析只記錄到初始原因，如果均細化到根原因將會導致太多的潛在危險劇情，花費過多的時間和精力[8]。比如，在分析電力系統(tǒng)時，大部分事故劇情是由于電力設備絕緣故障引起的，而絕緣故障究其根原因，很可能是由于生產制造缺陷、施工不規(guī)范等造成的，降低這類風險的措施一般在管理流程上進行規(guī)范，涉及的環(huán)節(jié)、流程過于復雜，針對運行中的煉化企業(yè)進行分析時不宜在這些根原因上花費太多時間，應將重點放至降低風險的保護措施上，比如快速保護、狀態(tài)性評價等。

2.2.5后果的分析

常規(guī)HAZOP分析由偏離造成的后果時，應假設現有的任何安全防護措施都失效所導致的最不利后果。但是在電氣HAZOP分析時，短路故障如果不考慮保護措施，導致的最不利的后果將是全廠性停電，甚至是整個電網區(qū)域的停電，這種后果的識別過于籠統(tǒng)，不利于風險的辨識和管理，也不利于安全措施的詳細分析。因此，煉化企業(yè)供電系統(tǒng)在分析過程中，主要從供電影響、人員傷害、財產損失、社會影響等方面分析節(jié)點內外由偏差導致的后果，充分發(fā)揮團隊的知識和經驗。

2.2.6安全措施的分析

電力系統(tǒng)從設計角度是嚴格按照“三道防線”來建設的。針對煉化企業(yè)電力系統(tǒng)HAZOP分析中，現有安全措施是指用以避免或減輕偏離所引起后果的可能性和嚴重度?？蓮囊韵玛P鍵點順序進行識別分析。

a) 可靠性設計：主要指所選設備的主要額定參數、動穩(wěn)定及熱穩(wěn)定、絕緣配合等是否滿足要求，并結合設備參數以及仿真計算結果進行校核。

b) 報警及人為干預調整：主要指接入中央控制室的報警信號，包括但不限于“三遙”信號，自動提醒人為進行調整。比如系統(tǒng)公共連接點的電壓接近限值，通過有載調壓變壓器的檔位調整，電容器的投退等手段，穩(wěn)定電壓。

c) 繼電保護系統(tǒng)：指配置的差動、過流等繼電保護，可依據主、后備保護進行區(qū)分，將后備保護進一步細分為近后備和遠后備，針對故障場景定性分析保護措施降低風險的后果。

d) 安全自動裝置：主要指備用電源自投裝置、電動機自啟動裝置等。具有自備機組的企業(yè)還應考慮穩(wěn)控系統(tǒng)。

e) 操作規(guī)程及應急預案：針對設備隱患或故障及系統(tǒng)性連環(huán)事故，有針對性的可操作條款，必要時可針對條款或預案逐條開展HAZOP分析。

3 HAZOP分析案例

以某煉化企業(yè)電力系統(tǒng)作為分析對象，選取其中一個節(jié)點為例來說明HAZOP評估在煉化中的應用，見圖2。

a) 節(jié)點的選取。該110 kV主變有2條同塔雙回架空線從上級變電所引入該企業(yè)，通過2臺110/35 kV變壓器給35 kV變電所提供電源，系統(tǒng)負荷在100 MW左右。示例節(jié)點以2條架空進線斷路器為起點，以3臺變壓器進線斷路器為終點，如圖2圈內所示。該節(jié)點包含的主要設備有斷路器、隔離開關、PT、CT、母線等主要一次設備。

b) 節(jié)點設計意圖。該節(jié)點是企業(yè)的關口變電站，主要承擔將110 kV電源引入企業(yè)電網并分配給2臺110 kV變壓器，節(jié)點內單一元件故障不影響供電連續(xù)性。單一母線能承擔全部負荷。正常運行方式，2條母線并列運行。

c) 偏差庫的選擇。偏差庫選擇可從偏離設計意圖出發(fā)，以電壓參數為例，可分為異常庫和故障庫。異常庫包括電壓偏高、電壓偏低、諧波含量高等，故障庫包括過電壓(可細分內部過電壓和雷電過電壓等)，低電壓(指外部系統(tǒng)故障引起的)。選擇偏差庫中，將短路引起的各種參數的偏離統(tǒng)一定義為短路，也可細化為單相、相間、三相等短路故障。

d) 分析過程。在分析過程中要逐一遍歷所選擇的偏差庫，分析引起偏差的原因、后果以及現有的安全措施，并結合風險矩陣量化風險等級。分析過程以表格形式記錄，以部分偏差為例，分析記錄如圖3。

圖2 節(jié)點示意

圖3 分析記錄表格

e) 結果的應用。該示例節(jié)點共分析出較大風險3項，一般風險12項，低風險33項，無重大風險。根據分析的剩余風險等級，按照重大風險(紅色)、較大風險(橙色)、一般風險(黃色)和低風險(藍色)[9-12]進行分級管理，同時對分析過程中，團隊提出的需增加的保護措施進行定責任人、定時完成，并定期進行回訪確認，形成閉環(huán)管理。

4 結語

針對煉化企業(yè)供電系統(tǒng)HAZOP分析，將風險進行分級管控，對設計、施工、運行等環(huán)節(jié)查漏補缺，可以有效提高企業(yè)電氣管理水平。企業(yè)團隊全程參與風險分析過程，在系統(tǒng)配置及專業(yè)技術上相互探討和學習，提高運維水平，保障供電系統(tǒng)的安全運行，促進企業(yè)增產增效。