HAZOP分析在HYCO工藝裝置項目設(shè)計階段的應(yīng)用

李曉波(廣鋼氣體廣州有限公司，廣東 廣州 510000)

0 引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，危險化學(xué)品裝置也在向大型化、復(fù)雜化、自動化的方向高速發(fā)展，給危險化學(xué)品裝置的安全設(shè)計和安全管理帶來巨大挑戰(zhàn)。為保障人民群眾的利益和社會環(huán)境的健康發(fā)展，國家安全監(jiān)管總局在“十二五”規(guī)劃中強調(diào)，繼續(xù)推動中央企業(yè)開展化工生產(chǎn)裝置HAZOP，積極推進(jìn)新建危險化學(xué)品建設(shè)項目在設(shè)計階段應(yīng)用HAZOP，逐漸將HAZOP應(yīng)用范圍擴(kuò)大至涉及有毒有害、易燃易爆，以及采用危險化工工藝的化工裝置[1]。因此，危險化學(xué)品經(jīng)營公司在項目建設(shè)設(shè)計階段，采取充分且必要的安全審查顯得尤其重要。

1 HAZOP分析方法的目的和意義

危險性和可操作性分析(hazard and operability，HAZOP)，是從系統(tǒng)過程的角度去具體討論工藝裝置的一種辨識設(shè)計缺陷、工藝過程危害、安全環(huán)保問題等的危險性評價及應(yīng)對方法。HAZOP分析的基本假設(shè)是“當(dāng)實際流程在設(shè)計所允許的最大變動范圍內(nèi)運行時，不存在出現(xiàn)危險和操作問題的可能性”。這是每個HAZOP成員必須牢牢掌握的。

HAZOP主要應(yīng)用在新設(shè)施或新流程的設(shè)計，現(xiàn)存設(shè)施或流程的周期性危害分析或管理發(fā)生改變HAZOP不僅應(yīng)用于石油、化工和熱力系統(tǒng)，而且還應(yīng)用于儲存、運輸、操作、制造等流程和規(guī)程系統(tǒng)。HAZOP分析，以其在實際生產(chǎn)建設(shè)實踐中發(fā)揮的重要安全預(yù)防作用，被行業(yè)公認(rèn)是可極大提高生產(chǎn)裝置可靠性及安全性的一種安全分析評價方法。按照美國AP1750的規(guī)定，HAZOP定期分析的頻率是3～10年。一般在項目初步設(shè)計完后可進(jìn)行一次HAZOP分析，項目投產(chǎn)前可進(jìn)行一次HAZOP分析，投產(chǎn)后每5年左右進(jìn)行一次，如遇有重大改造、變更后必須進(jìn)行一次HAZOP分析。在中國，HAZOP分析也越來越受國家重視，原國家安監(jiān)總局已將其作為重點推廣的危險分析方法，在《化工建設(shè)項目安全設(shè)計導(dǎo)則》中多處提到HAZOP分析，并且發(fā)布《危險與可操作性分析HAZOP分析應(yīng)用導(dǎo)則》，于2013年1月1日實施。

2 HAZOP分析方法的闡述與應(yīng)用實踐

工藝設(shè)計的HAZOP分析一般在工藝設(shè)計完成后進(jìn)行，此時裝置還未開始施工，HAZOP分析后的相關(guān)調(diào)整可以及時進(jìn)行修改變更，經(jīng)濟(jì)便捷。在工藝裝置供應(yīng)商完成詳細(xì)設(shè)計后，項目部組織工藝裝置供應(yīng)商、最終用戶、設(shè)計院等相關(guān)專家進(jìn)行HAZOP分析。分析研究過程可分為研究準(zhǔn)備、分析研究過程和編制分析報告及跟蹤3大階段，由主席/主持人組織各成員按規(guī)定的程序與方法來進(jìn)行逐項分析研究。

2.1 成立HAZOP分析團(tuán)隊

成立HAZOP分析小組是首要任務(wù)。HAZOP分析必須由一個團(tuán)隊協(xié)作完成，這也是HAZOP分析與其他安全評價審查方法的明顯不同之處，其他安全審查方法有時候可能由個人專家獨立完成。分析小組包括組長/主席(以下簡稱“主席”)、工藝工程師、電氣工程師、儀表工程師、設(shè)計方工藝工程師、工藝裝置供應(yīng)商代表、工藝、儀表工程師、項目部代表、生產(chǎn)操作代表、秘書等，一般5～10人為宜，根據(jù)實際情況每人可身兼多種角色。HAZOP分析小組主席一般由資深HAZOP專家擔(dān)任，他的責(zé)任是組織和指導(dǎo)分析小組高質(zhì)量的完成 HAZOP 分析研究工作，主席是能否有效完成HAZOP的關(guān)鍵因素。同時分析小組成員也必須有足夠的經(jīng)驗、技術(shù)知識積累以及相關(guān)工作范圍內(nèi)的決策權(quán)，這樣才能保障HAZOP報告中應(yīng)對措施的有效執(zhí)行。

2.2 HAZOP分析準(zhǔn)備階段

準(zhǔn)備HAZOP分析所需要的常用工具及專業(yè)資料。HAZOP分析工具主要包括分析記錄用軟件和風(fēng)險評估矩陣。記錄軟件由記錄員操作，一般業(yè)內(nèi)采用HazardReview-Leader、PHAWorks、PHA-Pro等，本次分析采用Leader。風(fēng)險評估矩陣的發(fā)生頻率及影響程度一般由企業(yè)自行確定。專業(yè)資料由項目部代表協(xié)助主席收集，并確保資料的準(zhǔn)確性和及時有效性。在項目建設(shè)階段，HAZOP分析的主要資料有工藝說明、工藝物料平衡圖(PFD)、工藝儀表流程圖(P&ID)、HYCO工藝裝置平面布置圖、操作維護(hù)手冊、報警聯(lián)鎖清單、化學(xué)品安全技術(shù)說明(MSDS)、設(shè)備結(jié)構(gòu)圖、管道特性表、電氣配電系統(tǒng)圖等。如果裝置部分分包商資料不全時，應(yīng)暫時略過，當(dāng)分包商具備條件時，在就個別分包裝置單獨進(jìn)行HAZOP分析。

然后主席根據(jù)一定規(guī)則及經(jīng)驗將HYCO工藝裝置分為多個研究單元，一般8～15個單元為宜，也可根據(jù)實際會議討論時間長短適當(dāng)增減。單元節(jié)點劃分的規(guī)則可以歸結(jié)如下：(1)將每一個主要工藝部分作為一個單元，設(shè)備/主要閥門作為節(jié)點；(2)根據(jù)同一介質(zhì)額溫度、壓力發(fā)生較大變化的，將同一工藝部分分開單元討論；(3)不同介質(zhì)分別進(jìn)行單獨討論。

本HYCO工藝裝置(氫氣+一氧化碳，英文Hydrogen+CO，在業(yè)界簡稱為HYCO)為甲醇裂解制氫裝置，按照規(guī)則及以往經(jīng)驗，劃分為甲醇原料系統(tǒng)、脫鹽水系統(tǒng)、原料混合液至轉(zhuǎn)化器前、轉(zhuǎn)化器至PSA系統(tǒng)前、PSA系統(tǒng)、尾氣系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)、導(dǎo)熱油低溫系統(tǒng)、導(dǎo)熱油進(jìn)出工藝循環(huán)系統(tǒng)、鍋爐燃燒系統(tǒng)、鍋爐燃燒輔助系統(tǒng)、儀表氣及氮氣輔助系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等13個單元分別進(jìn)行了討論。

2.3 完成HAZOP分析研究

主席在完成分析小組成員召集后，首先進(jìn)行各成員的介紹與自我介紹，便于后續(xù)的討論溝通。然后依次由設(shè)計方代表和工藝裝置供應(yīng)商代表、進(jìn)行裝置布局、裝置流程設(shè)計方面的詳細(xì)介紹說明。之后由主席介紹工藝裝置分析單元的劃分分段及理由、矩陣使用與數(shù)據(jù)說明、會議討論流程等，將整個分析過程及意圖進(jìn)行傳達(dá)，確保團(tuán)隊中成員在討論中發(fā)揮最大的作用，提出各自專業(yè)的問題和指導(dǎo)意見。

然后HAZOP分析研究正式開始。分析研究過程是通過引導(dǎo)詞引導(dǎo)分析節(jié)點的工藝參數(shù)形成有意義的偏差，分析其產(chǎn)生原因、可能導(dǎo)致的后果、已有的安全保護(hù)措施及應(yīng)該采取的安全措施等[2]。討論結(jié)果由記錄員在Leader軟件或excel中完成記錄。主席負(fù)責(zé)分析研究過程中議題的范圍及相關(guān)性把控，避免討論研究的過度發(fā)散及偏離HAZOP主題來影響整個HAZOP分析研究的進(jìn)度。例如：主席選擇引導(dǎo)詞流量+偏差高向分析小組提問：什么原因?qū)е铝髁科?流量偏高會導(dǎo)致什么可能的后果(后果包括操作、安全、環(huán)保三方面)?裝置設(shè)計時已有哪些應(yīng)對措施?是否需要其他的應(yīng)對措施?小組成員在討論這些問題，主席將凝練專家提出的意見，完成相應(yīng)結(jié)果風(fēng)險矩陣，記錄員進(jìn)行相應(yīng)記錄。主席將指定某人對完成該項應(yīng)對措施負(fù)責(zé)，并注明日期。如果對流量偏高的情況的分析完成，主席可在表中按照順序選擇這個引導(dǎo)詞流量+下一個偏差低結(jié)合來進(jìn)行分析研究。同樣的程過程反復(fù)完成，直到完成所有單元的所有引導(dǎo)詞+偏差組合。危險及可操作性研究示意圖如圖1所示。

圖1 危險及可操作性研究示意圖

2.4 生成HAZOP分析報告并跟進(jìn)執(zhí)行

HAZOP分析報告中指定的應(yīng)對措施，由責(zé)任人落實執(zhí)行，項目代表負(fù)責(zé)跟進(jìn)，保證HAZOP分析的成果落實，而不是淪為一紙空談。最后，HAZOP分析報告、會議簽到記錄、修改后的相關(guān)文件一起存檔，方便后續(xù)相關(guān)安全審計及事故分析時有據(jù)可查。

3 結(jié)語

HAZOP 分析應(yīng)用在在HYCO裝置項目建設(shè)過程初期，通過前置安全審查，進(jìn)一步識別了裝置的工藝風(fēng)險，并形成了建議措施[3]。這不僅使設(shè)計和操作人員更加全面地了解工藝裝置的設(shè)計理念和原則，完善了設(shè)計，還有效排除了工藝裝置在設(shè)計中的缺陷和將來生產(chǎn)操作中可能發(fā)生的超溫超壓、設(shè)備破壞、產(chǎn)品質(zhì)量不良及其他嚴(yán)重安全事故。同時，其研究成果對裝置未來的生產(chǎn)維護(hù)、安全管理提供了良好的指導(dǎo)作用，從而避免了很多重復(fù)的缺陷整改，降低裝置的建設(shè)和運營維護(hù)成本，為項目建設(shè)和使用增值。因此，在項目建設(shè)設(shè)計階段進(jìn)行HAZOP分析是非常有必要且有重要意義的。