HAZOP中原因和后果關系方式的優劣與改進措施

李陳江

（中石化上海工程有限公司，上海 200120）

危險與可操作性分析（HAZOP）在石油化工、醫藥等領域應用越來越多。在工程設計階段開展HAZOP分析是提高裝置本質安全的有效措施。但是HAZOP分析也有一定的難度，它是一項團隊工作，需要依靠多專業有經驗人員的集體智慧識別危險，探討消除和控制危險的方案。

對于一個較長流程的HAZOP，通常會將整個流程切分成若干個小的節點，節點之間存在著物料等流線的傳遞。這些傳遞就不可避免的將產生安全隱患的原因或者后果傳遞出了這個節點，很可能導致節點內的原因在若干個節點后產生安全隱患或者后果；反之，也可能由某個遠端節點的原因在當前節點產生后果。對于這些并不在當前分析節點的原因或者后果，需要在后繼的HAZOP過程中予以閉合，保證整個HAZOP過程的完整性，也就是保證每一個原因導致的結果均被HAZOP團隊的分析討論覆蓋到。

1 HAZOP團隊成員的需求

從HAZOP團隊的組成來分析，最精簡的HAZOP團隊通常由：HAZOP主席、記錄員、工藝工程師、儀表工程師、操作專家、化學專家等人員組成。每個團隊成員擅長與專注的內容存在著明顯的不同，卻要在短時間內反映（回溯）出HAZOP主席關注的問題所在，實際上并不是那么容易的事情。換句話來說，在HAZOP主席提出一個安全問題的時候，各個專業的工程師需要在有限的時間內對此問題給出需要的答案，實際上是一個效率不高的過程。筆者結合參與HAZOP的經歷以及一些文獻[1]對團隊成員的需求進行如下分析：

1.1 HAZOP主席

作為HAZOP的負責人，HAZOP主席需要將整個流程劃分成若干個節點，并選擇其中某一個作為分析起點，并在分析過程中負責喚起工藝工程師對后果的聯想。由于單個節點可能討論較長時間，甚至不能在同一工作日完成，所以將造成安全隱患的情景重現，在間斷討論后再恢復至團隊腦海中的工作，對于HAZOP主席來說是非常重要的。這項工作可以通過紙質文件再用顏色進行標識，但回溯整個設計意圖的工作還是需要再次進行，如果能夠在電子PID圖上動態顯示，那么將大大減輕HAZOP主席的工作量。另外，對于節點外的原因或后果，需要在若干天后再次喚起可能造成當前節點情況的原因，或者可能造成已分析節點中的后果。這就需要一個強大的關鍵詞索引功能，原因和后果中需要標記出未關閉的狀態，也就是連接（傳遞）至節點外的狀態。在沒有軟件輔助的條件下，HAZOP主席必須有良好的記憶力，并且必須按照一定的規律對HAZOP記錄進行查閱和復習。

1.2 錄入員

錄入員更關注錄入效率，錄入的結果應該顯示在團隊都能看到的屏幕上供大家檢查是否符合之前討論的結果。同時，配合HAZOP主席的工作，快速檢索到需要的節點，并在其中增加相應的文字內容，這將會有助于效率的提高。錄入員最好具有化工工藝背景，擁有一定的化工工藝/儀表控制知識，對所討論的化工工藝有所了解，思路清晰、反應敏捷，以便更好的理解整個HAZOP過程，幫助團隊提高分析效率。

1.3 工藝工程師

工藝工程師更關注工藝流程，對在HAZOP分析過程中經常需要解釋整個過程的原理以及當前情況導致的后果，需要在流程圖、工藝描述、工藝計算間來回切換。這些過程并不需要展示給團隊觀看，但需要快速的方便工藝工程師操作。

1.4 儀表工程師

儀表工程師更關注儀表可測數據，需要對儀表結構進行了解，同時，對流程圖上的連鎖關系進行查詢。由于HAZOP過程中容易出現長時間的儀表無關性討論，需要及時顯示當前討論管路，包括快速查詢儀表位號幫助儀表工程師快速切換至當前討論儀表。

1.5 操作專家

操作專家比較關心當前過程的SOP，實際上很可能在分析時，這個節點的SOP還未撰寫，整個HAZOP過程恰恰是為SOP撰寫提供一個良好完整的分析過程。而操作專家也容易面對儀表工程師同樣的問題，就是長時間無關性討論，所以，快速查詢編號的系統同樣對操作專家非常必要。

1.6 化學專家

化學專家是整個團隊中最了解物性參數的人，他作為MSDS的活字典存在于HAZOP分析團隊中，他需要及時檢查工藝安全分析內容以及MSDS的內容，為團隊提供各種物料性質危險的報警提示。快速檢索物性參數顯然對化學專家非常必要。

2 HAZOP報告記錄方式

從HAZOP報告的記錄方式也就是原因與后果的關系方式來分析。筆者通過全程參與HAZOP過程的經驗，將記錄HAZOP過程的原因和后果的方式總結為兩種做法，即原因處列出所有后果和后果處列出所有原因，這兩種方法它們各有利弊。現分析如下：

2.1 原因處列出所有后果（方法1）

每次分析一個原因導致流程中的所有后果，只顯示因果關系不容易產生混淆，但由于長流程的項目導致后果可能在當前分析流程后的若干個節點中，不容易找到最終的影響結果。容易遺漏產生的后果，但之后節點對之前節點的參照（引用）就會大大減少，HAZOP的關系圖相對簡單。實際上也就減少了HAZOP進程的折返。

此方法的優點是：如果繪制一張原因和后果的關系（模型）圖（每個原因點與后果點組成線段，起點為當前分析節點，終點為后果所在節點）的話，關系圖將會是一張若干個點放射狀的組合，結構相對簡單。這樣的關系圖對于之后的回溯將會是比較簡單的情況，每個原因所造成的后果甚至可以用單獨列表的形式列出。為在HAZOP后再次檢驗分析結果創造了良好的契機。

此方法的缺點也很容易發現：在當前節點分析時，不容易考慮到節點外的后果。如果節點中有若干個對外節點影響很大的原因，將導致當前節點分析緩慢，分析成果中記錄了大量外節點信息。不容易控制每個節點所用的時間，也不容易估算出今后節點將要使用的時間，不利于項目進度的管理。

圖1中畫出了簡化以后方法1的四個節點間原因和后果的關系（模型）圖，節點1中的原因導致了節點2中的后果，實際記錄的結果將會只體現在節點1的報告中，而在節點2中沒有體現。節點1中同樣包含一個原因來自節點4的后果，節點1分析時可能并沒有預見到這樣一個后果，而在后續的節點4的分析過程中發現了這樣一個可以導致節點1中產生后果的原因，針對這樣的情況，方法1恰恰能夠處理好這樣的情況。因為只要將結果一同寫入節點4的記錄中就完成了這項工作。

圖1 方法1原因關系示意圖

2.2 后果處列出所有原因（方法2）

每次只分析一個原因導致當前節點中的后果，非本節點的后果僅標識其后果所在節點位置信息，在后果所在節點再對具體后果進行分析，本節點不描述非本節點后果。實際上最終顯示的文本信息就成了后果顯示所有原因，原因處有一個指向最終后果的標識。

此方法的優點是：由于非本節點的后果僅標識其后果所在節點位置信息，分析當前節點的進度得以保證，在節點劃分合理的情況下，每個節點的分析進程將會比較統一。容易控制每個節點所用的時間，也容易估算出今后節點將要使用的時間，有利于項目進度的管理。

此方法的缺點也顯而易見：在先開始分析的節點容易遺漏原因造成的節點外的后果，在后分析的節點容易遺漏由遠端原因造成的后果，在最終檢查非本節點后果標識時將會完成之前未完成的后果，需要非常的記憶力和對安全問題的敏感性，這對分析團隊提出了更高的要求。相應的需要對原因項和后果項設置封閉與否標識，也就是需要在節點之間來回切換。關系網圖將會比方法1復雜的多，雖然是以每個節點作為一個范圍，但節點內會有很多引用或者指向其他節點的標識，否則，在之后的節點容易忽視之前節點引入的安全隱患。

圖2 方法2原因關系示意圖

圖2中畫出了簡化以后方法2的兩個節點間原因和后果的關系圖，節點1中的原因導致了節點2中的后果，但實際記錄時在節點1中標記后果所在位置，并不直接體現后果，真正的后果將被記錄在節點2的報告中。

2.3 討論

方法2實際上是對于方法1的擴展，從關系圖上可以看出圖1和圖2從圖示的角度僅僅是將連線改成標識的形式，并沒有改變因果關系圖的本質。實際的情況中節點數甚至多至數十個，關系圖將會演變成一張蜘蛛網。也就是說節點數增加后，原因和結果的關系圖的復雜性將會成倍增加，為了方便討論，筆者只以四個節點的情況闡述關系圖的基本理念。四個節點的關系圖也已經能夠說明問題了。

根據兩張關系圖的比較可知，這兩種方法對于長流程的HAZOP過程[2]各有利弊。方法1注重因果關系的延續性，討論的因果關系更有邏輯性，匯總檢查時原因和結果在同處顯示，不需要在若干個節點間來回跳躍，但是帶來的弊端就是分析過程往往可能由于很多非當前節點的后果消耗很長的HAZOP時間，給人一種進度緩慢的表象。方法2則注重節點的獨立性，非當前節點后果只是標識，但是，試想一下在若干天后再討論若干天以前的原因引起的后果，對于HAZOP主席的記憶力、團隊成員的回溯能力和完成HAZOP的成就感都是一項挑戰。

這兩種方法被很多跨國公司使用，例如：世界知名的杜邦公司就使用方法1來進行HAZOP的分析記錄。各家都有選擇其一的理由，也都或多或少感覺到各自的缺陷。之前已經提及方法2實際上是對于方法1的擴展，將連線改成標識的形式這一改變給后續的改進工作提供了一定的便利。筆者認為雖然方法2看似打斷了關系圖的連線，實際上卻為HAZOP記錄提供了一種非常規整化的模型。試想如果整個HAZOP過程每個節點之間都有無法切斷的原因和結果連線，那么，整個HAZOP的“蜘蛛網”關系圖無論對于團隊還是計算機都將是一道難題。

為了進一步展現出HAZOP過程中隱藏的危險性[3]，下面用一個實例來說明。如圖3中所示，某反應罐（位于當前分析節點1）和它的加料罐（位于若干周后分析的節點n）之間有一根平衡管，這個加料罐從重要性的角度來說，應該是比較次要的，所以，與其他一些次要設備畫在一張流程圖上，并沒有同反應罐畫在同一張流程圖上，劃分HAZOP節點的時候，很容易被劃到另外一個節點，而且這個節點要在HAZOP的最終階段才進行分析，那就已經是若干周后了。假設加料罐需要從上游原料罐（位于若干周后分析的另一節點n+1）接受原料并且稀配，這根平衡管就將成為這兩個節點甚至三個節點間的一個惡夢。當反應罐由于PCV閥門損壞或者手動閥門（如：氮氣吹掃閥門）誤操作發生高壓時，加料罐通過平衡管也產生高壓，這個時候如果恰逢加料罐接收料液，就會導致加料罐無法接收料液，加料罐的上游就會產生高液位或者高壓。圖3所示上游加料罐屬于第三個節點，一個誤操作或者安全隱患就沿著平衡管傳遞到了很遠的第三個節點。第三個節點也許是由其他團隊分析的內容。他們的團隊如果不是共享數據的話，極大的可能是會忽視來自遠端節點的原因的。

3 結束語

既然發現了上述方式的弊端所在，接下來筆者就提出一些改進的建議。常見的HAZOP記錄方式完全沒有考慮到HAZOP的特殊性，僅僅采用EXCEL或者WORD這樣的專注文本編輯的軟件，在長達數月之久的HAZOP過程中常常顯得捉襟見肘。比如，用EXCEL作為記錄工具時，為了顯示未完成分析的原因，通常會將顏色修改作為標識，若干個節點后能否再想起來標識的節點含有什么原因會導致當前節點產生不良后果，都是很大的疑問。在之后的節點回來再次查詢沒有分析全面的原因，對于EXCEL這樣的弱類型數據表管理軟件也是件效率很低的事。如果遇到之前實例發生的情況，除非HAZOP團隊中有一些專業素質很高，記憶力超群的人，恐怕就會忽略可能發生的隱患了。

如果能夠開發出一個軟件幫助每個成員更好的關注HAZOP過程，更快的給出HAZOP分析需要的信息，將會對HAZOP過程有很大的裨益。現今的時代已經是網絡時代，HAZOP分析時往往是每個成員擁有一臺PC電腦，如果能充分利用每個成員的PC屏幕空間，提高每個成員的工作效率，顯然能夠提高整個團隊的工作效率，從而縮短HAZOP周期，加快項目進程。

要充分利用每個團隊成員的PC屏幕空間，我們就要對HAZOP團隊成員各自專注的方向進行分析。這樣才能了解HAZOP團隊究竟需要什么，現有的記錄方式的弊端到底在什么地方。了解了各個成員需要的內容，很容易看出這些成員所共同關注的內容，例如：工藝過程描述、PID等，這些內容需要投射在團隊都能看到的屏幕上；同時，每個團隊成員又各自有他們自己關心和需要檢索查詢的內容，這些內容應該顯示在團隊成員各自的顯示器上。筆者基于上述需求提出一個方案，也就是多界面的HAZOP軟件，根據不同的成員角色和對應的需求給出不同的HAZOP工作界面，這些界面使用同一個HAZOP分析數據庫。對于長流程HAZOP，數據庫的使用將有效避免回溯、檢索、共享等困難，幫助多個團隊在有限時間內完成目標任務。該軟件將有如下五個界面：①登陸界面：團隊成員根據各自角色登陸并自動進入相應的界面；②錄入界面：用于錄入HAZOP結果，供錄入員專用，并可及時更新HAZOP數據庫中數據；③瀏覽界面：所有的參加分析的團隊成員均觀看的界面，僅讀取數據庫中的數據而不修改數據庫，保證數據的安全性；④查詢界面：用于檢查回溯HAZOP過程，主要提供HAZOP主席在會議結束后重新檢查結果，查詢原因和后果的關系（關閉狀態）、分類查詢、按工藝參數（壓力、溫度、流量、液位）查詢、按設備位號查詢；⑤管理界面[4]：用于管理數據庫，初始化數據庫（例如：導入設備位號等工作）。由于涉及數據庫編程[5]，暫時還無法完成軟件的所有編制工作，但筆者希望僅以此文作為HAZOP軟件開發的思路，開發出基于網絡和數據庫技術的HAZOP記錄軟件，從而提高HAZOP分析的工作效率。

[1] 吳重光.危險與可操作性分析（HAZOP）應用指南[M]．北京：中國石化出版社，2012. 45-48.

[2] 張斌.HAZOP技術在丁辛醇裝置上的應用研究[D].青島：中國石油大學(華東)，2008（5）.

[3] 大慶催化裂化裝置關鍵節點HAZOP分析報告_四稿.中國石油大學(華東).環境與安全技術中心.

[4] HAZOP manager V6.0 demonstrations. Lihou Technical & Software Services. 150 Shenley Fields Road Selly Oak Birmingham B29 5BT United Kingdom.

[5] 李欣龍.HAZOP項目工程軟件的研究與開發[D].北京：北京化工大學，2009.