HAZOP理念在管道設計校核中的應用

賀永金孫慶君蔣虹史磊(.航天長征化學工程股份有限公司， 北京 0；.浩良河化肥分公司， 黑龍江 伊春 53000)

HAZOP理念在管道設計校核中的應用

賀永金1孫慶君1蔣虹2史磊1(1.航天長征化學工程股份有限公司， 北京 101111；2.浩良河化肥分公司， 黑龍江 伊春 153000)

針對化工設計管道校核工作數據量大、專業交接多、易錯點分布廣等特點，開發了一套切實可行、邏輯嚴謹的校核流程。其原理是借鑒“危險與可操作性分析”（HAZOP）對于工藝安全問題的分析思路，結合信息化手段，通過管道設計易錯點分類、偏離設計參數、分析易錯點容錯性等級、提出解決方案四個步驟，實現管道設計易錯點分類、分級、系統性管理，增強了管道校核嚴謹性，提高了管道設計質量。對于大型化工項目尤其EPC項目，可以有效降低管道成本，加強施工進度的控制力度。此校核流程已經應用與多個航天粉煤氣化項目，實施效果顯著。

管道設計；校核；HAZOP；應用

在設計流程中，一般通過“設計”、“校核”、“審核”三種手段來降低設計錯誤率,但是與管道設計相關的問題具有數據量大、專業交接多、易錯點分布廣、需實時更改等特點，因此，在原校核系統上，增加有效的、系統的校核手段，對管道設計質量的提升有很大幫助。

管道布置設計屬于多學科綜合性專業，是詳細設計中的主導專業。本文借鑒“危險與可操作性分析”的分析思路，開發了一套切實可行、邏輯嚴謹的校核流程，使管道設計工作步入精細化設計領域。

1 “危險與可操作性分析”分析思路

危險與可操作性分析方法(HAZOP)，是一種以系統工程為基礎，針對化工裝置而開發的一種危險性評價方法。其目的是確定用以保證過程安全所需的安全功能（如保護層），及其相關性能水平（風險降低）。其過程以關鍵詞為引導，找出過程中工藝狀態的變化（即偏差），然后再繼續分析造成偏差的原因、后果及可以采取的對策。

主要由以下4個步驟所組成：劃分節點，設定危險級別，識別現有安全措施，措施不達標采取措施。

1.1 劃分節點

HAZOP分析的基礎是“引導詞檢查”，它是仔細地查找與設計意圖背離的偏離。為了分析，可將系統分成多個節點，各個節點的設計意圖應能充分定義。[1]

1.2 產生偏離

對于每一個節點，HAZOP分析團隊以正常操作運行的參數和要素為標準值，分析運行過程中參數和要素的變動（即偏離），這些偏離通過引導詞和參數/要素組合產生。

1.3 評估風險等級

HAZOP分析團隊判斷一個危險劇情的現有安全措施是否充分，對于評估出的高后果或者高風險危險事件，宜開展保護層分析和安全儀表功能的安全完整性等級評估[2-3]。

1.4 提出建議措施

建議措施是指改進設計、操作規程，增加或減少安全保護措施，或者進一步進行分析研究等。

2 管道校核流程搭建思路

管道校核與工藝安全問題在數據量、專業交接、易錯點分布上具有共性。基于HAZOP分析思路在工藝安全分析上使用的良好效果，本文借鑒HAZOP的分析理念，為管道校核建立一個框架，把各類零散的問題分級、分類的放置到校核流程中。針對HAZOP分析的四個步驟，提出管道校核分類易錯點，偏離設計參數，劃分容錯性等級，提出解決方案四步流程，詳見圖1。

2.1 分類易錯點

通過整理以往的校核記錄、現場的“三查四定”、工程聯絡單、管道變更單等信息。采用聚類分析方法，將所采集的易錯點信息劃分為材料相關、與其他專業不一致、具體配管細節三類，再將每個類別分成多個小類，如圖2。

圖1

圖2

2.2 偏離設計參數

以正常設計參數作為基準值，分析各類參數可能出現的變動，這些變動可能造成設計值的沖突。例如：同參數（或者名稱）在不同文件中一致性分析，以“管道名稱”為例，管道名稱在工藝PID、管道索引表、PDMS三維模型中都會出現，可將管道名稱中管徑、等級、保溫等分別做偏離，檢查該偏離會對后續設計產生的影響和導致錯誤的類型。

2.3 劃分容錯性等級

實際上，在項目設計中對不同情況的容錯率有著不同的要求，比如氧氣管道的設計精準度要比普通小口徑碳鋼管高；涉及大型設備的土建條件，其設計精度需比管道的支吊架埋板條件高。在此根據錯誤可能造成的后果，如經濟效益、工期延誤等情況對易錯點的容錯性進行分級，1級為最低，4級為最高,表1顯示為我們在粉煤氣化上做的等級劃分依據。

表1

2.4 提出解決方案

尋找易錯點適宜解決的時間點，可以將易錯點的校核時間點分為：基礎設計、詳細設計30%、詳細設計60%、，詳細設計90%和入庫五個時間點。根據問題共性特點不同，采用針對性的方法，分為“閉環比較”、“程序匹配”、“專項檢查”三類：

閉環比較：解決同參數（或者名稱）在不同文件中一致性問題，為按照設計流程傳遞的數據，增設一條閉環的反饋路徑。

程序匹配：將引發的原因接近、數據量大的易錯點進行用共性的校對，尋找關鍵點，依托信息化手段解決。

專項檢查：對于引發原因相近，而無法實現程序檢查的易錯點，進行人工專題檢查。

3 項目應用舉例

3.1 應用舉例法蘭面連接匹配問題

法蘭面連接匹配問題，涉及閥門、法蘭[4]、管口等多種管件，參數包含設計壓力、標準、連接面形式等。如果通過人工檢查，工作量大，且難免出現遺漏。為此易錯點增設校核方法，具體信息如下：

分類：材料，誤選

容錯性等級：2級

偏離參數：設計壓力、標準、連接面形式

涉及文件：管道安裝圖、綜合材料表

解決方法：程序匹配

實施階段：入庫前

實施人員：設計、校核

檢查方案：選取墊片[5-6]作為校核對象，通過檢查墊片與法蘭面是否存在有效的連接關系，達到檢驗閥門、法蘭、管口的連接是否正確的目的，將復雜的問題簡單化。

算法如下：

a.收集所有墊片

b.檢查墊片與前，后元件的連接關系

c.如果正確且墊片位置不移動，返回正確信息

d.如果連接不正確或者墊片位置移動，則返回錯誤信息。

e.匯總錯誤列表，供設計人員查詢

檢查結果：返回法蘭面連接問題，見表2。

表2

此過程不僅檢查了配對法蘭面的匹配情況，還同時檢查了法蘭連接是否存在空隙。

3.2 易錯點整理與實施

隨著項目的增多，根據本文所采取的分析方法，可增加更多的易錯點并進行整理樣表3如下：

表3 項目管理易錯點匯總表

以上述表為校核數據庫，整理每個設計階段，為每個職位的人自動提取一份可以實施的易錯點表，樣表4如下：

表4 易錯點檢查表

4 實施效能評價

新型管道校核理念具備很強的拓展性：

a.知識積累，可不斷補充易錯點，將大眾經驗集于一體。

b.錯誤探索，通過偏離尋找可能出現的新錯誤，而不是被動收集錯誤。

c.其他專業應用，校核系統具有嚴密邏輯，不僅可用于管道專業，也可以推廣使用予其他專業領域。

在采取了本文所述的校核方法后，極大的降低了設計錯誤率。如，在內蒙古伊泰化工有限責任公司120萬噸/年精細化學品示范項目中共4010根管道，管道設計周期12個月。采用了本文介紹的管道校核流程后，共增加校核點21項，其中材料類8項，與相關專業一致性檢查6項，配管細節7項。檢查發現各校核點糾錯率約在2%-5%間，避免了由于設計失誤而造成的損失近兩百萬，極大程度的降低了延誤工期的可能性。目前，該項目管道施工已進入尾聲，管道變更僅有兩份，材料統計精確，已成為項目園區工期進展最快的裝置。

5 結論

本文針對管道校核方法中存在的缺陷，借鑒“危險與可操作性分析”（HAZOP）的分析思路，結合信息化手段，開展了新型管道校核流程的構建，為設計質量的整體提升提供了一個可升級的整合平臺。該理論已經實際運用多個航天粉煤氣化項目，經過現場施工檢驗，效果顯著。

[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,2012:56-64.

[2]機械工業儀器儀表綜合技術經濟研究所、上海自動化儀表股份有限公司技術中心、北京華控技術有限公司等.GBT21109.1-2007,過程工業領域安全儀表系統的功能安全[S],北京：中國標準出版社，2008.

[3]機械工業儀器儀表綜合技術經濟研究所.GBT20438-2006,電氣電子可編程電子安全相關系統的功能安全[S],北京：中國標準出版社，2007.

[4]中國石化工程建設有限公司.SH/T3406-2013石油化工鋼制管法蘭[S].北京：中國石化出版社，2014.

[5]中國石化工程建設有限公司.SH/T3407-2013石油化工鋼制管法蘭用纏繞式墊片[S].北京：中國石化出版社,2014.

[6]中國石化工程建設有限公司.SH/T3403-2013石油化工鋼制管法蘭用金屬墊環[S].北京：中國石化出版社,2014.

[7]張德義,王懷義,劉紹葉.石油化工裝置工藝管道安裝設計手冊[M].北京：中國石化出版社,2005.

The utilization of the HAZOP conception in checking the piping design

He Yongjin1, Sun Qingjun1, Jiang Hong2, Shi Lei1
(1.Changzheng Engineering Co., Limited. Bei Jing 101111, China)
(2.Haolianghe Chemical FertilizerBranch Co., Limited. Yichun 153000, China)

Piping design; check; HAZOP; Application

In allusion to large amount of data check for the chemical engineering designed, exchange of professional knowledge, wide distribution of error-prone point and other characteristics, the practical, rigorous logic of check process was developed. The principle was abstract from “Hazard and Operability Analysis(HAZOP)”. It analysis ideas for safety issues through pipeline design, classif cation of errorprone points and identif cation of pipeline fallible fault tolerance. It introduced four steps to assess the reliability of existing calibration, find ways to reduces the error rate of the measures to achieve fallible pipeline design sorting, grading, systematic management and enhance the stringency and pipeline designquality. For large chemical projects, especially EPC projects, it can effectively reduce the cost of the pipeline and to strengthen efforts to control the construction schedule. This check process has been applied to multiple aerospace coal gasif cation projects, and the implementation effect is signif cant.