改進(jìn)HAZOP分析法在石油化工企業(yè)消防安全評估中的應(yīng)用

摘要：針對傳統(tǒng)HAZOP（危險(xiǎn)與可操作性分析）分析法在石油化工企業(yè)消防安全評估中存在的定性依賴性強(qiáng)、定量分析不足、多因素耦合風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別能力弱等問題，提出一種基于模糊集理論與多因素耦合分析的改進(jìn)HAZOP分析法。通過構(gòu)建模糊引導(dǎo)詞體系，將定性偏差轉(zhuǎn)化為可量化參數(shù)，結(jié)合模糊綜合評判模型計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，并引入貝葉斯網(wǎng)絡(luò)分析多因素耦合效應(yīng)。以某常減壓蒸餾裝置為案例，驗(yàn)證改進(jìn)方法的適用性。結(jié)果表明，改進(jìn)HAZOP分析法可識(shí)別傳統(tǒng)方法遺漏的潛在風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，提升風(fēng)險(xiǎn)評估精度，為石油化工企業(yè)消防安全管理提供更科學(xué)的工具。

關(guān)鍵詞：HAZOP分析；石油化工；消防安全；模糊集理論；多因素耦合

中圖分類號(hào)：D631.6" " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " " "文章編號(hào)：2096-1227（2025）07-0019-04

0 引言

傳統(tǒng)HAZOP分析法屬于PHA里應(yīng)用極為廣泛的一種評價(jià)辦法，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)首先要把整個(gè)生產(chǎn)流程劃分成不同節(jié)點(diǎn)，依據(jù)不同節(jié)點(diǎn)的設(shè)備工藝特點(diǎn)，運(yùn)用“引導(dǎo)詞”對系統(tǒng)識(shí)別工藝偏差，結(jié)合“原因-后果-控制措施”這三要素評估風(fēng)險(xiǎn)，但其依賴專家經(jīng)驗(yàn)的定性分析特性使得結(jié)果主觀性強(qiáng)[1]，并且難以量化多因素耦合下的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)[2]。石油化工企業(yè)裝置規(guī)模大且工藝復(fù)雜，傳統(tǒng)HAZOP分析法的“節(jié)點(diǎn)-偏差”分析模式容易遺漏動(dòng)態(tài)操作中的潛在風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)火災(zāi)爆炸事故大多時(shí)候由多因素耦合引發(fā)，需要定量分析各因素的關(guān)聯(lián)效應(yīng)，開展定量化與精細(xì)化評估[3]，而石油化工領(lǐng)域的發(fā)展對推動(dòng)我國宏觀經(jīng)濟(jì)的整體發(fā)展有著關(guān)鍵作用，因此，改進(jìn)傳統(tǒng)HAZOP分析法以適應(yīng)石油化工企業(yè)消防安全需求具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[4]。

1 改進(jìn)HAZOP分析法的理論框架

1.1" 改進(jìn)HAZOP分析法的核心流程

改進(jìn)HAZOP分析法的核心流程主要覆蓋以下5個(gè)方面：①系統(tǒng)分解，需把評估對象劃分成若干個(gè)獨(dú)立的節(jié)點(diǎn)，如常減壓裝置中的初餾塔、常壓塔以及減壓塔。②模糊偏差識(shí)別，依據(jù)模糊引導(dǎo)詞來生成節(jié)點(diǎn)的潛在偏差。③風(fēng)險(xiǎn)量化，借助模糊綜合評判來計(jì)算各個(gè)偏差的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。④耦合效應(yīng)分析，運(yùn)用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)去識(shí)別多因素耦合的關(guān)鍵路徑。⑤提出控制措施，針對高風(fēng)險(xiǎn)偏差制定技術(shù)、管理或者工程控制方案。

1.2" 模糊引導(dǎo)詞體系的構(gòu)建

傳統(tǒng)HAZOP分析法的引導(dǎo)詞一般是“無流量”“反向流動(dòng)”“溫度過高”這類二元描述，沒辦法體現(xiàn)偏差的程度差別，本文運(yùn)用模糊集理論來定義模糊引導(dǎo)詞[5]，把偏差程度劃分成5個(gè)等級(jí)，分別是極低、低、中等、高、極高，并且對應(yīng)著隸屬度，以“流量”作為例子，模糊引導(dǎo)詞以及隸屬度函數(shù)的定義如下（以某管道設(shè)計(jì)流量作為基準(zhǔn)值Q0）：

極低流量（VL）：

低流量（L）：

中等流量（M）：

高流量（H）：

極高流量（VH）：

注：Q為實(shí)際流量，數(shù)據(jù)來源于管道實(shí)時(shí)監(jiān)測值；Q0為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)流量，來源于工藝設(shè)計(jì)規(guī)范值，流量單位均為m3/h；μ為模糊隸屬。

類似地，可定義“溫度”“壓力”“液位”等參數(shù)的模糊引導(dǎo)詞體系。

1.3" 多維度風(fēng)險(xiǎn)評估模型

傳統(tǒng)HAZOP分析法的風(fēng)險(xiǎn)評估是采用“嚴(yán)重度-可能性”矩陣，在此基礎(chǔ)上，本文引入“可檢測性”，構(gòu)建出三維風(fēng)險(xiǎn)評估模型，依照風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)的計(jì)算結(jié)果來進(jìn)行等級(jí)劃分（見表1），風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)RPN的計(jì)算公式如下：

RPN=S×P×D （1）

式中：S——嚴(yán)重度，根據(jù)后果等級(jí)（無影響、輕微、中等、嚴(yán)重、災(zāi)難）賦值為1～5；

P——可能性，根據(jù)發(fā)生頻率（極少、偶爾、有時(shí)、經(jīng)常、頻繁）賦值為1～5；

D——可檢測性，根據(jù)檢測難度（極易、容易、中等、較難、極難）賦值為1～5。

1.4" 多因素耦合分析的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型

貝葉斯網(wǎng)絡(luò)是一種用于描述變量之間概率關(guān)系的模型，它可借助局部狀態(tài)以及條件概率的形式，對系統(tǒng)裝置的狀態(tài)空間、裝置失效因素的相關(guān)性，以及裝置火災(zāi)事故的動(dòng)態(tài)演化過程加以描述。為了識(shí)別多因素耦合效應(yīng)，在本文中采用了貝葉斯網(wǎng)絡(luò)也就是BN來對偏差間的因果關(guān)系進(jìn)行建模[6]。BN是由節(jié)點(diǎn)以及有向邊所構(gòu)成的，節(jié)點(diǎn)代表著事件或者偏差，有向邊代表著因果關(guān)系，節(jié)點(diǎn)的概率分布可依據(jù)專家知識(shí)或者歷史數(shù)據(jù)來加以確定，如圖1所示貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型，通過條件概率P（C|A，B）量化高溫泄漏（A）與靜電火花（B）共同導(dǎo)致火災(zāi)爆炸（C）的耦合效應(yīng)，其中P（C|A，B）表示在A和B同時(shí)發(fā)生時(shí)C發(fā)生的概率。

2 改進(jìn)HAZOP分析法在石油化工企業(yè)消防安全評估中的應(yīng)用框架

2.1" 應(yīng)用場景與目標(biāo)

改進(jìn)后的HAZOP分析法可應(yīng)用于石油化工企業(yè)在役裝置的定期消防安全評估工作中，也可用于新建裝置設(shè)計(jì)階段的火災(zāi)爆炸風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控環(huán)節(jié)，還可以在事故后進(jìn)行安全審查以及驗(yàn)證整改效果等場景[7]。該方法的核心在于識(shí)別工藝參數(shù)的動(dòng)態(tài)偏差以及耦合效應(yīng)，對火災(zāi)爆炸風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行量化，確定多因素耦合的關(guān)鍵路徑，最終輸出分級(jí)管控措施。

2.2" 應(yīng)用流程與步驟

應(yīng)用流程與步驟見表2。

3 案例應(yīng)用：某常減壓蒸餾裝置消防安全評估

3.1" 裝置概況

選擇某沿海石油化工企業(yè)的300萬t/年常減壓蒸餾裝置作為評估對象。裝置的核心工藝包含原油電脫鹽、初餾、常壓蒸餾、減壓蒸餾等單元。裝置涉及的介質(zhì)主要是原油、汽油、柴油等易燃液體，火災(zāi)爆炸風(fēng)險(xiǎn)非常高。

3.2" 模糊偏差識(shí)別與風(fēng)險(xiǎn)評估

以常壓塔進(jìn)料段來說，其關(guān)鍵參數(shù)是“進(jìn)料流量”“進(jìn)料溫度”“塔內(nèi)壓力”。經(jīng)過專家研討，識(shí)別出以下模糊偏差：偏差1是進(jìn)料流量偏低；偏差2是進(jìn)料溫度偏高；偏差3是塔內(nèi)壓力過高。針對每個(gè)偏差，計(jì)算其S、P、D值并得出RPN（見表3）。

3.3" 多因素耦合效應(yīng)分析

圖2所示進(jìn)料溫度偏高（μ=0.7）+回流比降低（μ=0.6）的耦合效應(yīng)，使塔頂溫度超標(biāo)概率從15%升至42%。進(jìn)一步分析表明，該耦合效應(yīng)可能導(dǎo)致塔頂油氣泄漏，與靜電火花（來自機(jī)泵）耦合后，火災(zāi)爆炸風(fēng)險(xiǎn)的RPN從50提升至85（高風(fēng)險(xiǎn)）[9]。

3.4" 控制措施建議

對于高風(fēng)險(xiǎn)偏差“進(jìn)料溫度偏高（RPN=60）”，提出以下控制措施：①技術(shù)措施方面，增設(shè)進(jìn)料溫度聯(lián)鎖裝置，當(dāng)溫度超過設(shè)計(jì)值時(shí)，可自動(dòng)切斷進(jìn)料并啟動(dòng)緊急冷卻。②管理措施方面，加強(qiáng)對操作人員的培訓(xùn)，明確溫度出現(xiàn)異常時(shí)的應(yīng)急響應(yīng)流程。③工程措施方面，對換熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化，提升進(jìn)料預(yù)熱效率，減小溫度波動(dòng)幅度。

3.5" 應(yīng)用驗(yàn)證

依據(jù)改進(jìn)后的HAZOP分析法的分析結(jié)果，引導(dǎo)企業(yè)開展3項(xiàng)高風(fēng)險(xiǎn)整改工作：①安裝進(jìn)料溫度聯(lián)鎖系統(tǒng)。②修訂操作規(guī)程。③優(yōu)化換熱網(wǎng)絡(luò)。在實(shí)施6個(gè)月之后，從企業(yè)DCS系統(tǒng)日志與安全臺(tái)賬的裝置運(yùn)行數(shù)據(jù)可知：溫度異常事件減少了67%，火災(zāi)預(yù)警響應(yīng)時(shí)間縮短了40%，參數(shù)偏離次數(shù)降低了52%。溫度聯(lián)鎖系統(tǒng)的快速響應(yīng)機(jī)制有效降低了操作滯后風(fēng)險(xiǎn)，與行業(yè)最佳實(shí)踐相契合。

4 結(jié)果與討論

4.1" 改進(jìn)HAZOP分析法與傳統(tǒng)HAZOP分析法的對比

選取常減壓裝置的5個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)展開對比分析（見表4），分析結(jié)果表明改進(jìn)HAZOP分析法明顯優(yōu)于傳統(tǒng)方法。

1）在風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別方面，傳統(tǒng)HAZOP分析法存在遺漏情況，對于“流量中等偏低+溫度偏高”這種耦合偏差未能識(shí)別，而改進(jìn)方法借助模糊隸屬度對偏差程度進(jìn)行了量化，識(shí)別出3個(gè)額外的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。

2）在風(fēng)險(xiǎn)評估方面，傳統(tǒng)方法僅可對風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行定性劃分，例如給出“中風(fēng)險(xiǎn)”這樣的判定，改進(jìn)方法則借助RPN給出具體的數(shù)值（如60），更加精準(zhǔn)量化風(fēng)險(xiǎn)。

3）在耦合效應(yīng)方面，改進(jìn)HAZOP分析法的多因素耦合分析能力和動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)防控需求十分契合，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)靜態(tài)評估方法存在的不足。

4.2" 方法有效性驗(yàn)證

經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)研及歷史事故數(shù)據(jù)驗(yàn)證，改進(jìn)HAZOP分析法可識(shí)別出的高風(fēng)險(xiǎn)偏差，如“進(jìn)料溫度偏高”，與實(shí)際事故致因高度吻合。某石油化工企業(yè)2021年常減壓裝置火災(zāi)事故的直接原因就是進(jìn)料溫度異常升高導(dǎo)致油氣泄漏，這與本文的分析結(jié)果一致，驗(yàn)證了改進(jìn)方法的可靠性。

5 結(jié)論

本文針對傳統(tǒng)HAZOP分析法在評估時(shí)的局限，提出一種經(jīng)模糊集理論與多因素耦合分析的改進(jìn)方法，并借助某常減壓蒸餾裝置證實(shí)了其有效性，主要結(jié)論如下：

1）模糊引導(dǎo)詞體系使偏差識(shí)別更為精確。通過構(gòu)建模糊隸屬度函數(shù)，把傳統(tǒng)HAZOP分析法的定性偏差轉(zhuǎn)變?yōu)榭闪炕膮?shù)，有效減少專家主觀性導(dǎo)致的評估偏差，讓風(fēng)險(xiǎn)描述更為準(zhǔn)確。

2）多維度風(fēng)險(xiǎn)評估模型達(dá)成了風(fēng)險(xiǎn)的定量化分析。將模糊綜合評判與風(fēng)險(xiǎn)矩陣相結(jié)合，引入風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)，全面考量嚴(yán)重度、可能性以及可檢測性。

3）貝葉斯網(wǎng)絡(luò)揭示出多因素耦合效應(yīng)。借助貝葉斯網(wǎng)絡(luò)建模，識(shí)別關(guān)鍵耦合路徑，量化多因素協(xié)同作用時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)概率，彌補(bǔ)傳統(tǒng)方法在動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析方面的欠缺。

4）工程應(yīng)用價(jià)值顯著。改進(jìn)HAZOP在常減壓蒸餾裝置的消防安全評估里，成功識(shí)別出傳統(tǒng)方法遺漏的耦合風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]湯鵬程，王元吉.HAZOP的發(fā)展及在石油化工領(lǐng)域的作用與展望[J].四川化工，2024，27（5）：31-34+39.

[2]劉麗.石油化工裝置全生命周期HAZOP分析研究[J].化工安全與環(huán)境，2023，36（11）：68-71+88.

[3]郭來喜，閻萬晨.消防安全評估的深入研究與發(fā)展趨勢[J].今日消防，2024，9（10）：72-74.

[4]楊勇順.石油化工行業(yè)消防安全管理及安全分析[J].石化技術(shù)，2022，29（7）：270-272.

[5]王策，牛建強(qiáng).基于模糊層次分析法的石油化工企業(yè)安全標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)行機(jī)制評估及分析研究[J].化工安全與環(huán)境，2022，35（34）：6-9.

[6]周寧，吳克建，李雪，等.基于動(dòng)態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的石化裝置火災(zāi)事故動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2022，48（2）：6-10+21.

[7]賈辰龍.石油化工企業(yè)消防監(jiān)督檢查的重點(diǎn)及防范對策[J].今日消防，2024，9（6）：79-81.

[8]魏帥杰.HAZOP和LOPA在化工工藝安全管理中的應(yīng)用與效果評估[J].化工管理，2025，（2）：114-116.

[9]李瓊，龐敏，鐘虹，等.融合N-K模型社會(huì)網(wǎng)絡(luò)的化工企業(yè)爆炸風(fēng)險(xiǎn)因素耦合研究[J].安全與環(huán)境學(xué)報(bào)，2024，24（12）：4581-4590.