基于HAZOP 分析在化工過程故障診斷過程中應(yīng)用分析

蘇茂輝，王 策

（山東鑫安消防安全工程有限公司，山東 濱州 256600）

引言

我國是化工行業(yè)生產(chǎn)大國，化工行業(yè)占據(jù)著我國國民經(jīng)濟的重要作用，對我國國民經(jīng)濟的發(fā)展和科技進步具有重要的促進作用，但是同時也帶來嚴重的安全和環(huán)保問題，破壞和諧的社會環(huán)境。通過統(tǒng)計2016年～2021 年近五年我國化工事故數(shù)據(jù)信息，可以得到近五年我國化工事故起數(shù)和死亡人數(shù)統(tǒng)計圖，如圖1 所示[1-3]。雖然近幾年我國的化工事故呈現(xiàn)逐年遞減的趨勢，但是與發(fā)達國家相比還有較大的差距，平均維持在每年100 多起的水平。從逐年降低的事故起數(shù)和死亡人數(shù)數(shù)據(jù)可以反映出國家對化工安全生產(chǎn)的重視程度逐漸增大，安全管理的理念和安全意識也在逐年提高。

圖1 2016—2021 年全國化工事故起數(shù)和死亡人數(shù)統(tǒng)計

為進一步分析我國化工事故特征，對2018 年當年的事故死亡人數(shù)分布進行統(tǒng)計得到如圖2 所示，從圖2 可以看出我國的化工安全事故多以中毒和窒息、火災(zāi)爆炸、高處墜落事故為主，占到當年化工事故死亡人數(shù)的66%[4-5]。我國每年因化工事故造成的死亡人數(shù)維持在150 以上的水平，也反映出我國當前的化工事故死亡人數(shù)仍較為嚴重。化工事故所造成的的死亡人數(shù)呈現(xiàn)逐年遞減的趨勢，表明我國的化工從事者的安全意識和管理水平將之前有所提高，但是安全形勢仍不容樂觀。隨著化工行業(yè)的規(guī)模化、信息化、自動化和集團化等發(fā)展，化工的產(chǎn)品和機械也越來越復(fù)雜，一旦發(fā)生安全事故，所造成的化工行業(yè)的整體危害性和后果更為嚴重。因此需要不斷增強隱患問題的辨識和分析能力，加強對事故的預(yù)防和管控能力。

圖2 2018 年全國事故死亡人數(shù)分布統(tǒng)計圖

1 HAZOP 評估分析簡介

HAZOP 分析評估是一種廣泛應(yīng)用于精細化工、石油化工、醫(yī)藥、機械制造等各個行業(yè)的危險分析、評估的方法，它采用頭腦風暴的方式發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)裝置中可能存在的各種事故隱患、聯(lián)鎖操作和管理流程中的問題[6]。其分析流程如下頁圖3 所示[7]。

圖3 HAZOP 分析流程圖

HAZOP 分析方法是當前國際上危險與可操作性評估中常用的方法，也是檢驗生產(chǎn)裝置系統(tǒng)性和完備性較好的分析方法，被石油化工、醫(yī)藥和軍工生產(chǎn)等各行各業(yè)所廣泛使用，我國也通過立法的方式對涉及“兩重點一重大”的化工項目進行強制的HAZOP 定期評估進行規(guī)定[8]。HAZOP 分析方法在有害因素風險辨識方面有著獨到的優(yōu)勢，一是可以對整個生產(chǎn)裝置的工藝異常狀況進行全面的辨識分析，也可以從某一局面生產(chǎn)工藝的角度進行風險辨識；二是不僅可以辨識出生產(chǎn)工藝故障和潛在的風險隱患，還可有針對性地制定預(yù)防措施，防止異常狀況和安全事故的發(fā)生。

2 HAZOP 分析技術(shù)的應(yīng)用實踐

2.1 HAZOP 分析和故障診斷的關(guān)系

HAZOP 分析主要是針對化工工藝參數(shù)偏差開展的頭腦風暴風險辨識，與故障的定義“化工過程中操作參數(shù)或工藝變量出現(xiàn)人為不可接受的偏差”具有相似的地方，都是針對化工過程的偏差分析[9]。于是專家就采用符號有向圖（SDG）將HAZOP 分析和故障診斷進行結(jié)合[10]。SDG 模型在實際應(yīng)用中存在建模困難的問題，不能推導(dǎo)出全面的偏差原因、偏差結(jié)果，并且存在在線故障診斷過程中網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜條件下可能導(dǎo)致推理速度受限，雖然SDG 模型進行HAZOP 分析中存在諸多的問題，但是對偏差風險分析具有一定的啟發(fā)意義。

2.2 HAZOP 分析在精細化工裝置的應(yīng)用

1）分析系統(tǒng)中同工藝生產(chǎn)裝置。HAZOP 分析在精細化工生產(chǎn)裝置的使用、生產(chǎn)、維護和保養(yǎng)等不同的時期，可以全面辨識分析出系統(tǒng)存在的缺陷。為了保證HAZOP 分析可以順利進行，把系統(tǒng)中的某個工藝流程和管道作為研究對象。對多套生產(chǎn)裝置若采用的管道、儀表系統(tǒng)、設(shè)施和工藝參數(shù)等都沒有較大的差異，其生產(chǎn)所有的原料、中間品和產(chǎn)品等基本相同，可以對這幾套裝置同時作為研究對象進行HAZOP 分析評估。

2）客觀科學(xué)的分析節(jié)點。精細化工生產(chǎn)裝置一般為采用間歇式反應(yīng)，對生產(chǎn)工藝進行科學(xué)、客觀的劃分分析節(jié)點，節(jié)點主要為生產(chǎn)的主要設(shè)備、儀表和管線。

3）精準確定偏差。在分析階段采用有、無、高、底等引導(dǎo)詞結(jié)合工藝參數(shù)對偏差進行分析研究，結(jié)合溫度、壓力、流速和操作流程等工藝參數(shù)進行分析，結(jié)合化工生產(chǎn)工藝的實際情況，結(jié)合管理人員的頭腦風暴的方式進行討論分析，用引導(dǎo)詞作為導(dǎo)向來確定偏差分析。

4）進行偏差原因分析。因化工生產(chǎn)所涉及的原料、中間品和產(chǎn)品都涉及到危化品具有較高的危險性，工藝偏差、誤操作和管理流程偏差都會發(fā)生安全事故和故障，都需要高度重視，也應(yīng)作為危害控制評價分析的重要依據(jù)。

5）偏差導(dǎo)致的結(jié)果和風險分析。精細化工對反應(yīng)的溫度、壓力和流速等都有較高的特定要求，裝置工藝所涉及的儀表、聯(lián)鎖等較多，其工藝所涉及的偏差也較多，所帶來的衍生風險隱患也較多，需要進行詳細的偏差分析，排查出生產(chǎn)過程中存在的各種安全隱患問題，把安全風險降低和控制在可接受的程度。一旦化工物料發(fā)生泄漏就會對社會造成惡劣的影響，如果對生產(chǎn)裝置和設(shè)備性能產(chǎn)生影響，也會造成生產(chǎn)裝置的停車，對產(chǎn)品的質(zhì)量和性能產(chǎn)生影響，不利于企業(yè)對生產(chǎn)經(jīng)濟成本的控制。

3 HAZOP 分析應(yīng)用案例

常減壓裝置是化工行業(yè)常用的典型裝置設(shè)備，其HAZOP 分析劃分的節(jié)點如表1 所示。原油進入電脫鹽罐前進行換熱，為電脫鹽系統(tǒng)原油進料提供相應(yīng)的進料無/少流量和多流量的偏差進行HAZOP 分析評估的結(jié)果具體如162 頁表2 所示。

表1 HAZOP 分析劃分的節(jié)點

表2 精餾塔液位高偏差的HAZOP 分析統(tǒng)計表

4 工藝危害與控制技術(shù)分析

為了進一步提高精細化工的本質(zhì)安全，對化工生產(chǎn)過程的溫度、壓力和操作流程都要進行精準化的控制，進一步提高生產(chǎn)的智能化、自動化和機械化，對精細化工的生產(chǎn)進行實時的監(jiān)測和過程控制，降低生產(chǎn)工藝的危害，通過自動化控制將工藝風險和危害控制在安全風險可接受的范圍。增加生產(chǎn)過程的本質(zhì)安全和安全預(yù)防措施，過程安全的保護等級要求高于過程系統(tǒng)，精細化工裝置的設(shè)計單位必須于具有甲級化工設(shè)計資質(zhì)的單位進行設(shè)計，并對化工工藝的系統(tǒng)安全設(shè)計提出合理化的建議和要求，明確化工設(shè)計的意圖。結(jié)合化工生產(chǎn)的工藝特點和工藝危害特點，合理和科學(xué)地設(shè)計工藝參數(shù)和系統(tǒng)控制回路，從安全的角度出發(fā)設(shè)計出安全冗余。