HAZOP結(jié)合What-if方法在某延遲焦化裝置除焦中的應(yīng)用

衣佳琳，王海彥，張繼國(guó)，吳 迪，袁 景

(1.遼寧石油化工大學(xué) 石油化工學(xué)院，遼寧 撫順 113001；2.遼寧石油化工大學(xué) 環(huán)境與安全工程學(xué)院，遼寧 撫順 113001；3.中國(guó)石油天然氣股份有限公司 撫順石化公司石油二廠，遼寧 撫順 113004；4.中國(guó)石油大學(xué)(華東)，山東 青島 266580)

0 引言

HAZOP分析(危險(xiǎn)與可操作性分析，即Hazard and Operability Analysis)是英國(guó)帝國(guó)化學(xué)工業(yè)公司(ICI)蒙德分部于20世紀(jì)60年代開發(fā)的1種以引導(dǎo)詞為核心的危險(xiǎn)分析方法，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，HAZOP分析已成為過程工業(yè)應(yīng)用最廣泛的分析方法之一[1-5]。在海外工程項(xiàng)目中，合同明確要求承包商應(yīng)在設(shè)計(jì)階段開展HAZOP分析，而且作為1個(gè)非常重要的里程碑節(jié)點(diǎn)，整個(gè)分析過程有嚴(yán)格的跟蹤和審查流程。國(guó)內(nèi)在該領(lǐng)域起步較晚，2013年，原國(guó)家安全監(jiān)管總局和住房城鄉(xiāng)建設(shè)部《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)危險(xiǎn)化學(xué)品建設(shè)項(xiàng)目安全設(shè)計(jì)管理的通知》規(guī)定，涉及重點(diǎn)監(jiān)管危險(xiǎn)化工工藝、重點(diǎn)監(jiān)管危險(xiǎn)化學(xué)品和危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源(簡(jiǎn)稱“兩重點(diǎn)一重大”)和首次工業(yè)化設(shè)計(jì)的建設(shè)項(xiàng)目，必須在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)階段開展HAZOP分析。同年，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《危險(xiǎn)與可操作性分析(HAZOP)應(yīng)用導(dǎo)則》(AQ/T 3049—2013)發(fā)布并實(shí)施，明確了HAZOP分析的技術(shù)原理和工作流程[6]。2017年，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《危險(xiǎn)與可操作性分析(HAZOP)應(yīng)用指南》(GB/T 35320—2017)出臺(tái)，體現(xiàn)了國(guó)家層面對(duì)該工作的重視程度不斷提高[7]。

HAZOP分析的理論依據(jù)是[8-11]：工藝流程的狀態(tài)參數(shù)(溫度、壓力、流量、液位等)一旦偏離設(shè)計(jì)意圖，就會(huì)發(fā)生問題或出現(xiàn)危險(xiǎn)。HAZOP分析由不同專業(yè)和知識(shí)背景的技術(shù)人員組成的分析小組通過會(huì)議形式進(jìn)行，即所謂的“頭腦風(fēng)暴”。首先將工藝流程劃分為若干個(gè)節(jié)點(diǎn)，然后匹配引導(dǎo)詞(none,less,more等)和工藝參數(shù)(溫度、壓力、流量、液位等)，確定有意義的偏離，通過討論形式辨識(shí)偏離產(chǎn)生的原因，以及如果任由其發(fā)展將導(dǎo)致的后果。為避免危險(xiǎn)發(fā)生，識(shí)別獨(dú)立有效的保護(hù)措施，確定風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別，并判斷剩余風(fēng)險(xiǎn)是否可以接受。本偏離完成后再進(jìn)行下一偏離分析，本節(jié)點(diǎn)內(nèi)所有偏離完成后再分析下一節(jié)點(diǎn)。常規(guī)HAZOP分析流程如圖1所示。

圖1 常規(guī)HAZOP分析流程Fig.1 Procedure of traditional HAZOP analysis

目前，國(guó)內(nèi)HAZOP分析相關(guān)研究和應(yīng)用主要以工藝過程風(fēng)險(xiǎn)分析為主，對(duì)操作人員誤操作等人的不安全行為造成的風(fēng)險(xiǎn)關(guān)注較少。相關(guān)研究結(jié)果表明，絕大部分傷害事故是由于人的不安全行為造成的，僅少量是由不安全的環(huán)境和生產(chǎn)條件造成的(如杜邦公司的不安全行為造成傷害的比例為96%)[12-13]。另外，精細(xì)化工大量采用間歇操作的形式，相比于傳統(tǒng)的石油化工行業(yè)，人的參與度更高。因此，開展針對(duì)操作人員誤操作以及操作規(guī)程的風(fēng)險(xiǎn)分析有非常重要的意義。Schurman等[14]引入1套新的引導(dǎo)詞(錯(cuò)過、時(shí)間不當(dāng))和參數(shù)(人、信息、行為)，將對(duì)人為因素可能引起的危險(xiǎn)的分析整合到HAZOP分析中；Mushtaq等[15]提出將間歇過程分解為3個(gè)操作階段(加料、卸料和反應(yīng))的研究方法，加料和卸料被視為連續(xù)過程，而將反應(yīng)分解為不同的操作，例如混合、加熱等；付建民等[12]結(jié)合實(shí)例開展針對(duì)操作規(guī)程的HAZOP分析，提出通?？扇　拔赐瓿伞?、“部分完成”、“順序錯(cuò)誤”作為引導(dǎo)詞。

本文提出采用HAZOP結(jié)合What-if(故障假設(shè))的方法分析在操作過程中可能存在的危險(xiǎn)與可操作性問題，系統(tǒng)說明該方法的技術(shù)原理以及與傳統(tǒng)HAZOP分析方法的區(qū)別，并在某延遲焦化裝置除焦操作的分析中應(yīng)用該方法。

1 HAZOP結(jié)合What-if技術(shù)原理

人的不安全行為具有多樣性和不確定性，傳統(tǒng)HAZOP分析方法常用的“引導(dǎo)詞+參數(shù)”構(gòu)成偏離的方法難以與操作過程中的不安全行為一一對(duì)應(yīng)。例如簡(jiǎn)單的打開閥門動(dòng)作，可以識(shí)別出“開閥速度快”、“開閥速度慢”、“開閥順序顛倒”等多個(gè)場(chǎng)景，若采用傳統(tǒng)的HAZOP分析方法則無法識(shí)別以上場(chǎng)景。

HAZOP結(jié)合What-if方法是在傳統(tǒng)HAZOP分析的基礎(chǔ)上，引入What-if(故障假設(shè))，其技術(shù)原理為進(jìn)一步加深“頭腦風(fēng)暴”，分析的基礎(chǔ)通常為操作規(guī)程或作業(yè)指導(dǎo)書，小組成員需要熟悉現(xiàn)場(chǎng)操作的過程和風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，了解操作人員在壓力、不良情緒等消極因素影響下可能做出的誤判、誤操作等。分析過程中可以把操作規(guī)程/作業(yè)指導(dǎo)書的各步驟作為節(jié)點(diǎn)，偏離為企業(yè)管理缺陷類別(如“操作規(guī)程/作業(yè)指導(dǎo)書錯(cuò)誤”和“操作規(guī)程/作業(yè)指導(dǎo)書不具體”等)以及人的不安全行為類別(如“操作人員未按操作規(guī)程/作業(yè)指導(dǎo)書執(zhí)行”等)。場(chǎng)景的原因針對(duì)具體的操作內(nèi)容，如“反應(yīng)器入口閥1和閥2操作順序顛倒”、“反應(yīng)器入口閥1開閥速度過快”等，原因?qū)е碌暮蠊ǔ呢?cái)產(chǎn)損失、人員傷害、環(huán)境污染等方面進(jìn)行識(shí)別，然后根據(jù)后果的嚴(yán)重程度提出改進(jìn)措施，如優(yōu)化操作規(guī)程/作業(yè)指導(dǎo)書、重要的操作步驟專人監(jiān)督、增加自動(dòng)控制或安全聯(lián)鎖等。

2 與傳統(tǒng)HAZOP分析方法的區(qū)別

2.1 分析對(duì)象不同

傳統(tǒng)HAZOP分析方法是基于連續(xù)流程工藝開發(fā)的危險(xiǎn)分析方法，經(jīng)過多年的發(fā)展，其工藝參數(shù)從最基礎(chǔ)的流量、液位、溫度、壓力不斷擴(kuò)展，基本可以涵蓋連續(xù)流程工藝的各種場(chǎng)景。而且裝置的自動(dòng)化程度大幅提升，大部分煉油化工裝置的連續(xù)運(yùn)行周期為4 a甚至更長(zhǎng)，以往需要操作人員干預(yù)的工藝過程，如催化劑再生、備用反應(yīng)器切換等，大多已實(shí)現(xiàn)順序控制，因此，操作人員的不安全行為對(duì)連續(xù)流程工藝的影響逐漸減小。

但是，仍然有一些工藝過程在現(xiàn)階段難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，如延遲焦化裝置的除焦作業(yè)、精細(xì)化工行業(yè)的間歇操作等，這部分操作過程往往需要操作人員的頻繁干預(yù)，經(jīng)過人為判斷后再進(jìn)行下一步操作。其基本特征是工作量大、操作頻繁、重復(fù)性高，這些特征造成操作人員誤操作的可能性相對(duì)較大。本文提出的HAZOP結(jié)合What-if方法主要應(yīng)用在此類領(lǐng)域。

2.2 分析側(cè)重點(diǎn)不同

傳統(tǒng)HAZOP分析方法以工藝管道和儀表流程圖(P & ID)為主，以操作規(guī)程/作業(yè)指導(dǎo)書為輔，重點(diǎn)關(guān)注連續(xù)流程工藝的控制方案和非正常工況下的保護(hù)措施。首先根據(jù)工藝目的和操作條件將流程分割為若干個(gè)節(jié)點(diǎn)，然后匹配引導(dǎo)詞和參數(shù)確定有意義的偏離，逐個(gè)場(chǎng)景進(jìn)行分析，不斷循環(huán)，直到所有的節(jié)點(diǎn)和偏離分析結(jié)束。其基本思想是盡量降低操作人員對(duì)工藝過程的干預(yù)，采用工程技術(shù)措施消減風(fēng)險(xiǎn)。

HAZOP結(jié)合What-if方法以操作規(guī)程/作業(yè)指導(dǎo)書為主，以工藝管道和儀表流程圖(P & ID)為輔，通常將操作規(guī)程/作業(yè)指導(dǎo)書的各步驟作為分析節(jié)點(diǎn)，偏離為企業(yè)管理缺陷類別以及人的不安全行為類別，其分析過程重點(diǎn)關(guān)注操作過程中的不安全行為及相應(yīng)的后果，對(duì)于后果嚴(yán)重程度較低的場(chǎng)景通過優(yōu)化操作規(guī)程/作業(yè)指導(dǎo)書、專人監(jiān)督操作等管理性措施解決，對(duì)于后果非常嚴(yán)重的場(chǎng)景，建議增加自動(dòng)控制或安全聯(lián)鎖等工程技術(shù)措施。

2.3 分析小組角色不同

在傳統(tǒng)的HAZOP分析過程中，工藝、儀表專業(yè)等設(shè)計(jì)人員是分析的“主角”，因?yàn)閭鹘y(tǒng)HAZOP分析更多關(guān)注工藝控制方案和聯(lián)鎖保護(hù)措施等，對(duì)這部分內(nèi)容最熟悉的就是設(shè)計(jì)人員。操作人員在分析過程中一般充當(dāng)“配角”，其更關(guān)注設(shè)備檢維修方案及操作的便利性。而在HAZOP結(jié)合What-if方法分析過程中，設(shè)計(jì)人員和操作人員的角色正好相反，即操作人員是“主角”，設(shè)計(jì)人員是“配角”，因?yàn)樵摲椒ǖ姆治龌A(chǔ)是操作規(guī)程/作業(yè)指導(dǎo)書，操作人員更熟悉在操作過程中可能出現(xiàn)的誤判、誤操作等。

3 在某延遲焦化裝置除焦操作分析中的應(yīng)用

某延遲焦化裝置設(shè)計(jì)公稱規(guī)模為240萬t/a，操作彈性為70%～130%。設(shè)計(jì)連續(xù)生產(chǎn)時(shí)間為4 a，年開工時(shí)間8 400 h，為2爐4塔設(shè)置，按24 h或36 h周期切換焦炭塔生產(chǎn)。裝置主要產(chǎn)品為焦化汽油、焦化柴油、焦化蠟油、凈化干氣、凈化液化氣及石油焦。

焦炭塔區(qū)是延遲焦化裝置的核心工段，操作溫度普遍高于物料的自燃點(diǎn)，火災(zāi)危險(xiǎn)性大，而且切換頻繁，操作復(fù)雜，經(jīng)初步估計(jì)，1次完整的切換作業(yè)操作人員需要操作幾十個(gè)閥門，且閥門均為現(xiàn)場(chǎng)操作，發(fā)生誤操作的可能性較高。

根據(jù)企業(yè)提供的操作規(guī)程，1次完整的切換作業(yè)總共包括13個(gè)步驟：切換四通閥開始進(jìn)料-生焦-切換四通閥停止進(jìn)料-小吹汽-大吹汽-給水-泡焦-放水-開頂蓋、底蓋-除焦-關(guān)頂蓋、底蓋-趕空氣試壓-油氣暖塔。本文采用HAZOP結(jié)合What-if的方法，以其中的“給水-泡焦”為例，介紹該方法在延遲焦化裝置除焦操作分析中的應(yīng)用。

“給水-泡焦”的詳細(xì)操作步驟如下：

1)打開冷焦水泵，控制給水流量；打開冷焦水管線DN100旁路閥(位于管線CCWS-2002上)；通過PI3001E的壓力顯示控制給水線調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)給水流量，防止焦炭塔超壓。

2)關(guān)斷給汽線DN250主閥(位于管LS-1057上)。

3)開始小給水冷焦，記時(shí)器記時(shí)60 min(時(shí)間可根據(jù)裝置實(shí)際操作調(diào)整)。

4)切換大給水冷焦，打開冷焦水給水線DN350主閥(位于管CCWS-2002上)，關(guān)閉DN100的旁路閥，加大冷焦水泵給水量。開始大給水冷焦(大給水時(shí)間根據(jù)裝置實(shí)際操作確定)。

5)當(dāng)焦炭塔冷焦水液位高高，慢慢打開冷焦溢流線上的閥門EVZ-127(位于管線CCWR-2002/1上)，排放冷焦水，排水時(shí)間計(jì)時(shí)60 min(該參數(shù)可根據(jù)裝置實(shí)際操作調(diào)整)，同時(shí)關(guān)閉吹汽放空閥EV-104A，防止水進(jìn)放空塔。

6)當(dāng)C-101A塔壁溫度中最高溫度小于100 ℃，并且壓力PI3001E小于0.030 MPa(該參數(shù)可根據(jù)裝置實(shí)際操作調(diào)整)，關(guān)斷冷焦水泵出口流量控制閥，停止冷焦供水。關(guān)斷給水線DN350主閥EVZ-104A(位于管線CCWS-2002上)。

7)打開第2道呼吸閥EVZ-109A，同時(shí)手動(dòng)打開第1道呼吸閥EVZ-134A。

8)浸泡60 min(該參數(shù)可根據(jù)裝置實(shí)際操作調(diào)整)，允許開始冷焦水排放。

9)慢慢打開排水線上的DN350的閥門EVZ-105A(位于管線CCWR-2003上)，排放冷焦水，排水時(shí)間計(jì)時(shí)180 min(該參數(shù)可根據(jù)裝置實(shí)際操作調(diào)整)。

10)冷焦水排放完成后，關(guān)閉閥門EVZ-105A。

將“給水-泡焦”作為1個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析，根據(jù)HAZOP結(jié)合What-if方法的技術(shù)原理，偏離為企業(yè)管理缺陷類別(如“操作規(guī)程/作業(yè)指導(dǎo)書錯(cuò)誤”、“操作規(guī)程/作業(yè)指導(dǎo)書不具體”等)以及人的不安全行為類別(如“操作人員未按操作規(guī)程/作業(yè)指導(dǎo)書執(zhí)行”等)，場(chǎng)景的原因針對(duì)具體的操作內(nèi)容，部分分析結(jié)果如表1所示。從表1可以看到，分析識(shí)別出本節(jié)點(diǎn)“操作規(guī)程錯(cuò)誤”2項(xiàng)，“操作規(guī)程不具體”1項(xiàng)。企業(yè)反饋操作人員經(jīng)過專項(xiàng)培訓(xùn)且操作有專人監(jiān)督，因此認(rèn)為不存在“操作人員未按操作規(guī)程執(zhí)行”的場(chǎng)景。根據(jù)建議措施，企業(yè)應(yīng)對(duì)操作規(guī)程進(jìn)行優(yōu)化和完善，并納入變更管理，加強(qiáng)對(duì)操作人員的培訓(xùn)，提升企業(yè)的生產(chǎn)安全水平。

表1 “給水-泡焦”節(jié)點(diǎn)部分分析結(jié)果Table 1 Partial analysis results of “feed water-coke soaking” node

4 結(jié)論

1)在傳統(tǒng)HAZOP分析的基礎(chǔ)上結(jié)合What-if(故障假設(shè))，分析操作過程中的危險(xiǎn)與可操作性問題。該方法可以定性識(shí)別復(fù)雜操作、間歇作業(yè)等過程中的隱患和風(fēng)險(xiǎn)。

2)針對(duì)具體操作開展HAZOP結(jié)合What-if分析，企業(yè)可以在以下3個(gè)方面受益：更新并完善操作規(guī)程/作業(yè)指導(dǎo)書，提高操作的安全性與合理性；根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)級(jí)，關(guān)鍵操作設(shè)置自動(dòng)控制或安全聯(lián)鎖，降低誤操作的風(fēng)險(xiǎn)，提高本質(zhì)安全水平；為操作人員上崗培訓(xùn)提供生動(dòng)素材，幫助其快速理解操作規(guī)程/作業(yè)指導(dǎo)書，改善培訓(xùn)效果。

3)需要注意的是，HAZOP結(jié)合What-if分析仍然是1種定性分析方法，為保證分析的質(zhì)量和效果，企業(yè)應(yīng)組織各專業(yè)有經(jīng)驗(yàn)的操作人員參與到分析過程中。