危險(xiǎn)與可操作性分析是 60 年代由英國(guó)帝國(guó)化學(xué)公司基于系統(tǒng)工程的成果開(kāi)發(fā)的，是在設(shè)計(jì)特別是流程工業(yè)的工程設(shè)計(jì)中的一種結(jié)構(gòu)化和系統(tǒng)化的審查方法，目的在于識(shí)別、分級(jí)和定性可能造成人員傷害或財(cái)產(chǎn)損失的風(fēng)險(xiǎn) 。 是一種基于引導(dǎo)詞的定性評(píng)價(jià)技術(shù)，通過(guò) 1 個(gè)多專業(yè)小組組織一系列會(huì)議完成。隨著 HAZOP 分析 1970 年公布，在這之后持續(xù)改善、發(fā)展，在歐美各國(guó)已廣泛應(yīng)用于各類工藝流程和項(xiàng)目的定性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作中。在很多國(guó)家，也通過(guò)立法手段強(qiáng)制其在工程建設(shè)項(xiàng)目中推廣應(yīng)用，如英國(guó)標(biāo) 準(zhǔn) ：BS IEC 61882:2001Hazard and operability studies- Application guide。
HAZOP 分析在石油化工工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程中的目的是識(shí)別、評(píng)估工程設(shè)計(jì)主要是工藝設(shè)計(jì)中存在的危害及操作相關(guān)問(wèn)題。分析團(tuán)隊(duì)首先要解析工藝流程，包含所有相關(guān)設(shè)計(jì)條件和設(shè)計(jì)意圖，系統(tǒng)地檢查流程以找出對(duì)設(shè)計(jì)條件可能發(fā)生的所有偏離，然后確定哪些偏離可能導(dǎo)致危險(xiǎn)或引起操作問(wèn)題，為項(xiàng)目及今后生產(chǎn)運(yùn)行的 HSE 風(fēng)險(xiǎn)管理提供依據(jù) 。隨著石油化工裝置大型化，裝置處理規(guī)模越來(lái)越大，工藝流程越來(lái)越復(fù)雜，同時(shí)伴隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，我國(guó)對(duì) HSE（健康、安全和環(huán)保）的要求也越來(lái)越嚴(yán)格，工程公司、設(shè)計(jì)院也將面臨著巨大的壓力，這促使建設(shè)單位和設(shè)計(jì)單位都越來(lái)越重視 HSE 問(wèn)題，為了避免在裝置生命周期內(nèi)各類重大事故的發(fā)生。國(guó)內(nèi)各個(gè)石油化工設(shè)計(jì)院陸續(xù)開(kāi)展了 HAZOP工作。
通過(guò)對(duì)某甲醇制烯烴裝置（簡(jiǎn)稱 MTO）進(jìn)行 HAZOP 分析，在實(shí)例中深入探討 HAZOP 分析的目的、意義、工作程序及注意事項(xiàng)。
1. 工藝簡(jiǎn)介
1.1 技術(shù)概況
由甲醇出發(fā)制乙烯、丙烯等低碳烯烴的路線是采用低成本資源制取烯烴的流程之一，目前的流程開(kāi)發(fā)和工業(yè)應(yīng)用已成熟。MTO 技術(shù)在近年工業(yè)化，使得煤炭或天然氣經(jīng)氣化生產(chǎn)基礎(chǔ)有機(jī)化工原料成為可能，這對(duì)于改變傳統(tǒng)煤化工的產(chǎn)品格局有著決定性作用，也是實(shí)現(xiàn)煤化工或天然氣化工走向與石油化工聯(lián)合發(fā)展的有效途徑。
中國(guó)石化從 2007 年 11 月 4 日~2008 年 6 月30 日、2010 年 10 月~12 月期間進(jìn)行了 3 個(gè)階段的工業(yè)化試驗(yàn)，從試驗(yàn)中得到了完整的工業(yè)數(shù)據(jù)，積累了開(kāi)工和操作經(jīng)驗(yàn)，為大型工業(yè)化裝置工程設(shè)計(jì)、建設(shè)和生產(chǎn)運(yùn)行提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)保障。
1.2 流程簡(jiǎn)述
經(jīng)典的 MTO 裝置一般包括反應(yīng) - 再生單元和烯烴回收等 2 大部分。自氣態(tài)甲醇與催化劑在反應(yīng)器充分混合并發(fā)生反應(yīng)。反應(yīng)器出口物料經(jīng)反應(yīng)氣第三級(jí)旋風(fēng)分離器并在降溫后進(jìn)入急冷塔。反應(yīng)氣進(jìn)入急冷塔后與大量的飽和水接觸， 以進(jìn)一步脫除催化劑細(xì)粉后進(jìn)入分離塔。
由分離塔頂來(lái)的反應(yīng)氣在 1 個(gè)四段離心式壓縮機(jī)中被壓縮，在壓縮機(jī)三段和四段之間反應(yīng)氣經(jīng)過(guò)水洗及堿洗處理脫除其中的酸性氣體及有機(jī)氧化物。反應(yīng)氣壓縮機(jī)四段排出的物流與冷卻水換熱，再被冷劑進(jìn)一步冷卻，然后進(jìn)入干燥器進(jìn)料罐。共設(shè)有 2 個(gè)干燥器，其中 1 個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，另1 個(gè)進(jìn)行再生、備用。
來(lái)自反應(yīng)氣干燥器的反應(yīng)氣和烴凝液進(jìn)入下游脫乙烷塔。脫乙烷塔頂氣相部分被冷劑降溫冷凝下來(lái)，液相作為塔頂回流，氣相進(jìn)入下游脫甲烷塔，而塔釜液相送入脫丙烷塔。
丙烯冷劑將脫甲烷塔頂氣相部分冷凝，液相作為脫甲烷塔回流，氣相進(jìn)入乙烯回收塔底部進(jìn)一步回收乙烯，然后作為燃料氣送出界區(qū)，塔釜物流被加熱后送入C2 加氫反應(yīng)器，進(jìn)行C2 加氫， 以脫除物料中的乙炔。反應(yīng)器出來(lái)的產(chǎn)物先被冷卻后再被送入分子篩保護(hù)床干燥器，從干燥器出來(lái)的物流進(jìn)入乙烯塔。乙烯精餾塔頂氣相被丙烯冷劑冷凝并回流到塔內(nèi)，乙烯塔側(cè)線采出乙烯產(chǎn)品送至界區(qū)外乙烯產(chǎn)品罐，乙烷從乙烯塔底抽出送出界區(qū)。
脫乙烷塔塔釜物料進(jìn)入脫丙烷塔，冷凝下來(lái)的液體部分作為回流，部分送入下游丙烯精餾塔。塔底物料一部分作為脫戊烷塔進(jìn)料，另一部分作為乙烯回收塔吸收劑，送入乙烯回收塔頂部。丙烯精餾塔運(yùn)用類似于乙烯裂解裝置的雙塔系統(tǒng)，將進(jìn)料分離成聚合級(jí)丙烯產(chǎn)品和丙烷塔底物流。該塔操作壓力使得第二丙烯精餾塔的塔頂氣相由冷卻水全部冷凝。急冷水向丙烯精餾塔提供再沸器熱量。聚合級(jí)丙烯產(chǎn)品經(jīng)由回流泵送至球罐，為下一步聚合做好準(zhǔn)備。
2. HAZOP分析
2.1 HAZOP分析方法
危險(xiǎn)與可操作性分析技術(shù)是石油化工領(lǐng)域開(kāi)發(fā)的危害識(shí)別技術(shù)，它充分利用安全系統(tǒng)工程核心理論，也是目前工藝危害識(shí)別（PHA）中應(yīng)用最廣泛的技術(shù)。多專業(yè)工程師組成 HAZOP 分析團(tuán)隊(duì)，以會(huì)議的形式，對(duì)石油化工裝置工藝流程的危險(xiǎn)和操作性問(wèn)題進(jìn)行分析。HAZOP 分析的直接對(duì)象是 P&ID 圖上的具有獨(dú)立功能的單元， 這些單元稱為“分析節(jié)點(diǎn)”，或工藝單元，或操作步驟。對(duì)于每一分析節(jié)點(diǎn)，HAZOP 分析組以正常操作運(yùn)行的工藝 ( 狀態(tài) ) 參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)值，兼顧開(kāi)停車工況，分析運(yùn)行過(guò)程中工藝狀態(tài)參數(shù)的偏離，同時(shí)分析出現(xiàn)偏離故障的原因、后果及應(yīng)采取的措施。HAZOP 實(shí)施過(guò)程可以分為以下 3 個(gè)主要階段 。
2.1.1 HAZOP分析準(zhǔn)備階段
HAZOP 分析的初始工作包括以下內(nèi)容：
1） 確定分析目的、對(duì)象和范圍
確定分析目的、對(duì)象和范圍，盡可能清晰明確。分析范圍通常由裝置和項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人確定，并得到 HAZOP 分析小組領(lǐng)導(dǎo)的幫助認(rèn)可。應(yīng)當(dāng)按照正確的分析方式和既定目標(biāo)開(kāi)展分析工作，而且要確定典型事故場(chǎng)景，即事故演進(jìn)的過(guò)程。
2） 確定 HAZOP 主席
HAZOP 主席應(yīng)做如下事情：挑選分析組員， 制定工作計(jì)劃，保證 HAZOP 分析有序、高效的進(jìn)行，報(bào)告的審查，整改措施的確認(rèn)等。
3） 獲取必要的資料
最重要的資料就是工藝管道和儀表流程圖(P&ID)，有時(shí)還需要總平面布置圖、平面布置圖、工藝流程圖（PFD）、物料平衡、操作手冊(cè)、儀表控制圖、聯(lián)鎖邏輯圖，有關(guān)圖紙和參數(shù)應(yīng)當(dāng)在會(huì)議之前發(fā)到每個(gè)參與人員的手中。
4） 挑選 HAZOP 小組組員
HAZOP 分析小組的背景、技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)對(duì)確保分析結(jié)果的可信度和深度很重要，這就要求分析組的組織者應(yīng)當(dāng)負(fù)責(zé)組成有一定人數(shù)且有經(jīng)驗(yàn)的分析組。HAZOP 分析小組應(yīng)包括以下幾方面
的人員：工藝工程師、儀表工程師、HSE 工程師、操作工藝工程師、操作儀表／控制工程師、記錄工程師。
1） 確定分析程序
根據(jù)分析的不同目的，HAZOP 分析的內(nèi)容可能會(huì)有所差別，HAZOP 主席在初始工作階段可以初步確定分析節(jié)點(diǎn)并提出初步的偏離清單， 準(zhǔn)備 1 份分析表格。
2） 安排會(huì)議
一旦初始工作完成，組長(zhǎng)就負(fù)責(zé)組織會(huì)議， 合理制定分析計(jì)劃。估算分析所需的時(shí)問(wèn)，然后主席或建設(shè)單位可以開(kāi)始安排會(huì)議的時(shí)間，保證高效率的會(huì)議。
2.1.2 召開(kāi)會(huì)議進(jìn)行HAZOP分析
初始工作完成之后，就需要召開(kāi) HAZOP 會(huì)議，分析流程和要點(diǎn)，見(jiàn)圖 1。劃分節(jié)點(diǎn)是為了邏輯地、有效地進(jìn)行識(shí)別分析，要將 P&ID 按照逐個(gè)設(shè)備、管線或操作劃分為不同的分析節(jié)點(diǎn)。對(duì)于每個(gè)節(jié)點(diǎn)按照?qǐng)D 1 所示，逐項(xiàng)分析并記錄。HAZOP 會(huì)議上，會(huì)議記錄人員將分析討論過(guò)程中所有重要的內(nèi)容精確地記錄在事先設(shè)計(jì)好的工作表內(nèi)。
2.1.3 分析偏離庫(kù)的建立
本次分析采用經(jīng)典的 HAZOP 分析方法，即引導(dǎo)詞分析法。引導(dǎo)詞法是通過(guò)使用一系列引導(dǎo)詞來(lái)發(fā)現(xiàn)偏離的分析方法。將引導(dǎo)詞和工藝參數(shù)相結(jié)合，形成偏離，對(duì)偏離開(kāi)展分析。根據(jù)MTO 裝置 HAZOP 分析的要求，形成適合裝置的偏離列表，見(jiàn)表 1。
建立偏離庫(kù)是為了避免遺漏而在分析開(kāi)始之前人為構(gòu)造的，在分析過(guò)程中如遇到特殊的工藝參數(shù)（偏離庫(kù)中沒(méi)有）也應(yīng)隨時(shí)構(gòu)造，如果某個(gè)偏離在節(jié)點(diǎn)中沒(méi)有意義也無(wú)需展開(kāi)分析。
3. 分析情況匯總
3.1 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)
將裝置按照功能劃分為不同分析節(jié)點(diǎn)，以滿足 HAZOP 分析的要求，也可在同一段“硬節(jié)點(diǎn)” 內(nèi)根據(jù)不同操作步驟劃分“軟”節(jié)點(diǎn)。本甲醇制烯烴系統(tǒng)裝置的 HAZOP 分析依據(jù)分析對(duì)象的實(shí)際情況及功能，將 170 張 P&ID 劃分為 63 個(gè)分析節(jié)點(diǎn)，產(chǎn)生了 68 項(xiàng)建議措施，節(jié)點(diǎn)數(shù)與建議措施的比例接近 1:1，平均 1 個(gè)節(jié)點(diǎn)占 3 張 P&ID。建議措施中有 35 項(xiàng)需進(jìn)一步進(jìn)行 分析 [3]， 整個(gè)分析耗時(shí) 20 個(gè)工作日。
3.2 數(shù)據(jù)整體分析
上述 68 項(xiàng)建議措施中有 3 項(xiàng)由建設(shè)單位完成，65 項(xiàng)由設(shè)計(jì)單位在后續(xù)設(shè)計(jì)階段落實(shí)。65 項(xiàng)中 62 項(xiàng)完全接受，有 3 項(xiàng)未采納 HAZOP 分析建議措施，設(shè)計(jì)單位根據(jù)現(xiàn)有類似裝置提出了不同的做法。
從圖 2 中可以看出：95.6% 的項(xiàng)目均已得到落實(shí)，僅有不到 5% 的項(xiàng)目根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)另行調(diào)整。同時(shí)，也可以看出設(shè)計(jì)單位負(fù)責(zé)的建議措施比例相當(dāng)高，達(dá)到了 95.6%。這從另一個(gè)側(cè)面說(shuō)明要想做到安全，必須先從設(shè)計(jì)入手，才能盡可能做到本質(zhì)安全。
3.3 偏離數(shù)據(jù)分析
分析了 357 個(gè)偏離場(chǎng)景，平均每個(gè)節(jié)點(diǎn) 5.7個(gè)偏離，包括 8 個(gè)高風(fēng)險(xiǎn)和 60 個(gè)中風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)景。其余為低風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)景。
需進(jìn)一步采取建議措施的偏離場(chǎng)景中，經(jīng)風(fēng)險(xiǎn)分析有 8 個(gè)為高風(fēng)險(xiǎn)，60 個(gè)中風(fēng)險(xiǎn)，其中有27 個(gè)為中風(fēng)險(xiǎn)中較高的，33 個(gè)為中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)中風(fēng)險(xiǎn)較低的，為了節(jié)省 LOPA 分析的工作量，避免無(wú)謂的分析工時(shí)，在 LOPA 分析前各參加方結(jié)合相關(guān)裝置實(shí)際操作的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)其中 8 個(gè)高風(fēng)險(xiǎn)的場(chǎng)景和 27 個(gè)較高的中風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)景進(jìn)行保護(hù)層分析（LOPA 分析）。
3.4 部分結(jié)果分析
共分析了 357 個(gè)偏離場(chǎng)景，平均每個(gè)節(jié)點(diǎn)5.7 個(gè)偏離，包括 8 個(gè)高風(fēng)險(xiǎn)和 60 個(gè)中風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)景。其余為低風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)景。由于篇幅有限，僅摘抄 2 組部分高風(fēng)險(xiǎn)偏離場(chǎng)景。
3.4.1 第24節(jié)點(diǎn)
脫丙烷塔釜泵故障，導(dǎo)致?lián)Q熱器碳四洗液量少，造成乙烯回收塔甲烷尾氣溫度過(guò)低。一段時(shí)間后低溫甲烷造成管線普通碳鋼部分低溫破裂。
3.4.2 第29節(jié)點(diǎn)
丙烯機(jī)一段吸入罐調(diào)節(jié)閥液位調(diào)節(jié)閥故障導(dǎo)致丙烯機(jī)二段吸入罐液位過(guò)高，如長(zhǎng)時(shí)間不處理會(huì)造成液滴進(jìn)入壓縮機(jī)，壓縮機(jī)葉輪損壞。
從上述 2 段場(chǎng)景描述中可以看出：雖然HAZOP 分析識(shí)別出了發(fā)生危險(xiǎn)的準(zhǔn)確地點(diǎn)，也較為詳細(xì)的描述了事故發(fā)展的過(guò)程，但對(duì)于初始事件發(fā)生多久后導(dǎo)致后續(xù)事件的發(fā)生、液位多高會(huì)導(dǎo)致帶液、帶液到什么程度才可能損壞壓縮機(jī)等問(wèn)題沒(méi)有給出具體答案。
4. HAZOP分析的優(yōu)缺點(diǎn)
4.1 HAZOP分析的優(yōu)點(diǎn)及意義
由上述的數(shù)據(jù)分析可以看出：一套完整詳細(xì)的 HAZOP 分析對(duì)提高裝置的工藝管理水平有著顯著的幫助，主要表現(xiàn)在如下方面：
1） 在工程設(shè)計(jì)階段早期特別是基礎(chǔ)設(shè)計(jì)階段審查設(shè)計(jì)方案，及時(shí)修正設(shè)計(jì)中的缺陷或不足。
2） 能夠?qū)υ谝垩b置系統(tǒng)運(yùn)行狀況進(jìn)行檢查，查找隱患問(wèn)題，為以后的檢修維護(hù)、技改提出建議。
3） 能夠?yàn)橥晟撇僮髦笜?biāo)和操作手冊(cè)提供參考依據(jù)。
4） 制定應(yīng)急處置預(yù)案時(shí)可參考作為假象事故。
5） 作為新員工培訓(xùn)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，使其能夠更透徹地了解裝置流程。
4.2 HAZOP分析的缺點(diǎn)
在歷時(shí) 1 個(gè)多月的分析中，發(fā)現(xiàn) HAZOP 分析存在幾個(gè)方面的缺點(diǎn)：
1） 所有的偏離均由定性的方式表達(dá)，之后的風(fēng)險(xiǎn)分析也僅僅是一個(gè)半定量化的補(bǔ)充，無(wú)法回答如：漏多少，漏多長(zhǎng)時(shí)間，溫度高到什么程度等問(wèn)題；
2） 人腦在處理大型工藝系統(tǒng)時(shí)無(wú)法得出完備的危險(xiǎn)識(shí)別結(jié)果，專家在場(chǎng)也會(huì)有遺漏，且評(píng)
審報(bào)告的質(zhì)量受審查成員的專業(yè)素養(yǎng)、工作經(jīng)驗(yàn)及與會(huì)態(tài)度等影響，這些因素可能導(dǎo)致審查結(jié)果失去參考價(jià)值；
1） 會(huì)議討論方式會(huì)出現(xiàn)概念混亂，經(jīng)常需要主席協(xié)調(diào)；
2） 事故后果是通過(guò)構(gòu)造偏離假設(shè)的，需要數(shù)據(jù)補(bǔ)充完善。
5. 建議
綜上所述，由上述的數(shù)據(jù)分析可以看出：一套完整詳細(xì)的 HAZOP 分析對(duì)提高裝置的工藝管理水平有著顯著的幫助，用 HAZOP 分析對(duì)偏離的模擬，得出在一定范圍內(nèi)現(xiàn)有的安全措施可以對(duì)應(yīng)到保護(hù)層的某一層，優(yōu)先順序是從里到外。對(duì)偏離采取的措施要對(duì)事故的發(fā)生起到一定阻止、減緩作用。但對(duì)于裝置內(nèi)原始風(fēng)險(xiǎn)水平較高的部分以及由此引發(fā)的災(zāi)難性后果，需要利用量化風(fēng)險(xiǎn)分析的手段進(jìn)一步分析。而量化風(fēng)險(xiǎn)（QRA）分析最大的優(yōu)點(diǎn)就是人的大腦具有定性分析的邏輯能力，這是機(jī)器或人工智能無(wú)法企及的，對(duì)產(chǎn)生危害的可能性進(jìn)行定量的描述（這是機(jī)器分析的長(zhǎng)處），其分析的目標(biāo)更加具體明確，可信度也大大增加。定量分析的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)比性強(qiáng)、可計(jì)算、客觀性，使得可以使用精準(zhǔn)的方法加以控制。而量化風(fēng)險(xiǎn)分析也可以把 HAZOP 作為量化風(fēng)險(xiǎn)分析的識(shí)別過(guò)程縮小。
作者：李少鵬 1，郭森榮 2，張 力1（1. 中國(guó)石化工程建設(shè)有限公司 ；2. 中國(guó)石油化工集團(tuán)）
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