HAZOP分析在HYCO工藝裝置項目設計階段的應用

李曉波(廣鋼氣體廣州有限公司，廣東 廣州 510000)

0 引言

隨著社會經濟的高速發展，危險化學品裝置也在向大型化、復雜化、自動化的方向高速發展，給危險化學品裝置的安全設計和安全管理帶來巨大挑戰。為保障人民群眾的利益和社會環境的健康發展，國家安全監管總局在“十二五”規劃中強調，繼續推動中央企業開展化工生產裝置HAZOP，積極推進新建危險化學品建設項目在設計階段應用HAZOP，逐漸將HAZOP應用范圍擴大至涉及有毒有害、易燃易爆，以及采用危險化工工藝的化工裝置[1]。因此，危險化學品經營公司在項目建設設計階段，采取充分且必要的安全審查顯得尤其重要。

1 HAZOP分析方法的目的和意義

危險性和可操作性分析(hazard and operability，HAZOP)，是從系統過程的角度去具體討論工藝裝置的一種辨識設計缺陷、工藝過程危害、安全環保問題等的危險性評價及應對方法。HAZOP分析的基本假設是“當實際流程在設計所允許的最大變動范圍內運行時，不存在出現危險和操作問題的可能性”。這是每個HAZOP成員必須牢牢掌握的。

HAZOP主要應用在新設施或新流程的設計，現存設施或流程的周期性危害分析或管理發生改變HAZOP不僅應用于石油、化工和熱力系統，而且還應用于儲存、運輸、操作、制造等流程和規程系統。HAZOP分析，以其在實際生產建設實踐中發揮的重要安全預防作用，被行業公認是可極大提高生產裝置可靠性及安全性的一種安全分析評價方法。按照美國AP1750的規定，HAZOP定期分析的頻率是3～10年。一般在項目初步設計完后可進行一次HAZOP分析，項目投產前可進行一次HAZOP分析，投產后每5年左右進行一次，如遇有重大改造、變更后必須進行一次HAZOP分析。在中國，HAZOP分析也越來越受國家重視，原國家安監總局已將其作為重點推廣的危險分析方法，在《化工建設項目安全設計導則》中多處提到HAZOP分析，并且發布《危險與可操作性分析HAZOP分析應用導則》，于2013年1月1日實施。

2 HAZOP分析方法的闡述與應用實踐

工藝設計的HAZOP分析一般在工藝設計完成后進行，此時裝置還未開始施工，HAZOP分析后的相關調整可以及時進行修改變更，經濟便捷。在工藝裝置供應商完成詳細設計后，項目部組織工藝裝置供應商、最終用戶、設計院等相關專家進行HAZOP分析。分析研究過程可分為研究準備、分析研究過程和編制分析報告及跟蹤3大階段，由主席/主持人組織各成員按規定的程序與方法來進行逐項分析研究。

2.1 成立HAZOP分析團隊

成立HAZOP分析小組是首要任務。HAZOP分析必須由一個團隊協作完成，這也是HAZOP分析與其他安全評價審查方法的明顯不同之處，其他安全審查方法有時候可能由個人專家獨立完成。分析小組包括組長/主席(以下簡稱“主席”)、工藝工程師、電氣工程師、儀表工程師、設計方工藝工程師、工藝裝置供應商代表、工藝、儀表工程師、項目部代表、生產操作代表、秘書等，一般5～10人為宜，根據實際情況每人可身兼多種角色。HAZOP分析小組主席一般由資深HAZOP專家擔任，他的責任是組織和指導分析小組高質量的完成 HAZOP 分析研究工作，主席是能否有效完成HAZOP的關鍵因素。同時分析小組成員也必須有足夠的經驗、技術知識積累以及相關工作范圍內的決策權，這樣才能保障HAZOP報告中應對措施的有效執行。

2.2 HAZOP分析準備階段

準備HAZOP分析所需要的常用工具及專業資料。HAZOP分析工具主要包括分析記錄用軟件和風險評估矩陣。記錄軟件由記錄員操作，一般業內采用HazardReview-Leader、PHAWorks、PHA-Pro等，本次分析采用Leader。風險評估矩陣的發生頻率及影響程度一般由企業自行確定。專業資料由項目部代表協助主席收集，并確保資料的準確性和及時有效性。在項目建設階段，HAZOP分析的主要資料有工藝說明、工藝物料平衡圖(PFD)、工藝儀表流程圖(P&ID)、HYCO工藝裝置平面布置圖、操作維護手冊、報警聯鎖清單、化學品安全技術說明(MSDS)、設備結構圖、管道特性表、電氣配電系統圖等。如果裝置部分分包商資料不全時，應暫時略過，當分包商具備條件時，在就個別分包裝置單獨進行HAZOP分析。

然后主席根據一定規則及經驗將HYCO工藝裝置分為多個研究單元，一般8～15個單元為宜，也可根據實際會議討論時間長短適當增減。單元節點劃分的規則可以歸結如下：(1)將每一個主要工藝部分作為一個單元，設備/主要閥門作為節點；(2)根據同一介質額溫度、壓力發生較大變化的，將同一工藝部分分開單元討論；(3)不同介質分別進行單獨討論。

本HYCO工藝裝置(氫氣+一氧化碳，英文Hydrogen+CO，在業界簡稱為HYCO)為甲醇裂解制氫裝置，按照規則及以往經驗，劃分為甲醇原料系統、脫鹽水系統、原料混合液至轉化器前、轉化器至PSA系統前、PSA系統、尾氣系統、循環水系統、導熱油低溫系統、導熱油進出工藝循環系統、鍋爐燃燒系統、鍋爐燃燒輔助系統、儀表氣及氮氣輔助系統、電氣系統等13個單元分別進行了討論。

2.3 完成HAZOP分析研究

主席在完成分析小組成員召集后，首先進行各成員的介紹與自我介紹，便于后續的討論溝通。然后依次由設計方代表和工藝裝置供應商代表、進行裝置布局、裝置流程設計方面的詳細介紹說明。之后由主席介紹工藝裝置分析單元的劃分分段及理由、矩陣使用與數據說明、會議討論流程等，將整個分析過程及意圖進行傳達，確保團隊中成員在討論中發揮最大的作用，提出各自專業的問題和指導意見。

然后HAZOP分析研究正式開始。分析研究過程是通過引導詞引導分析節點的工藝參數形成有意義的偏差，分析其產生原因、可能導致的后果、已有的安全保護措施及應該采取的安全措施等[2]。討論結果由記錄員在Leader軟件或excel中完成記錄。主席負責分析研究過程中議題的范圍及相關性把控，避免討論研究的過度發散及偏離HAZOP主題來影響整個HAZOP分析研究的進度。例如：主席選擇引導詞流量+偏差高向分析小組提問：什么原因導致流量偏高?流量偏高會導致什么可能的后果(后果包括操作、安全、環保三方面)?裝置設計時已有哪些應對措施?是否需要其他的應對措施?小組成員在討論這些問題，主席將凝練專家提出的意見，完成相應結果風險矩陣，記錄員進行相應記錄。主席將指定某人對完成該項應對措施負責，并注明日期。如果對流量偏高的情況的分析完成，主席可在表中按照順序選擇這個引導詞流量+下一個偏差低結合來進行分析研究。同樣的程過程反復完成，直到完成所有單元的所有引導詞+偏差組合。危險及可操作性研究示意圖如圖1所示。

圖1 危險及可操作性研究示意圖

2.4 生成HAZOP分析報告并跟進執行

HAZOP分析報告中指定的應對措施，由責任人落實執行，項目代表負責跟進，保證HAZOP分析的成果落實，而不是淪為一紙空談。最后，HAZOP分析報告、會議簽到記錄、修改后的相關文件一起存檔，方便后續相關安全審計及事故分析時有據可查。

3 結語

HAZOP 分析應用在在HYCO裝置項目建設過程初期，通過前置安全審查，進一步識別了裝置的工藝風險，并形成了建議措施[3]。這不僅使設計和操作人員更加全面地了解工藝裝置的設計理念和原則，完善了設計，還有效排除了工藝裝置在設計中的缺陷和將來生產操作中可能發生的超溫超壓、設備破壞、產品質量不良及其他嚴重安全事故。同時，其研究成果對裝置未來的生產維護、安全管理提供了良好的指導作用，從而避免了很多重復的缺陷整改，降低裝置的建設和運營維護成本，為項目建設和使用增值。因此，在項目建設設計階段進行HAZOP分析是非常有必要且有重要意義的。