中圖分類號(hào)：TM911 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2025）23-0143-07

Abstract：Asanewenergy hydrogen productiondevice，hydrogen productionstations havereceivedmoreandmoreattention tothereliabityoftheirequipmentandthesafetyoftheirproductionproceses.HazardandOperabilityAnalysis（HAZOP）isa safetyassssmentmethodusedtopreventmajoracidents.Inthispaper，theHAZOPanalysismethodisappiedtotheproce equipmentofahydrogenproductionstation.Bydeterminingthemainanalysisnodesofthehydrogenproductionstation，the causes，consequencesandcorespondingcountermeasuresof processdeviationsaredeeplystudied.Combinedwiththeriskmatrix， theaccidentriskleveliseteinedpotentialdangersandoperabilityproblemsintemainprocessandauiliaryprocessflow ofthehydrogenproductionstationareidentifiedanddesigndefectsintheprocessunitandpossbleequipmentfailuresor personeloperatingerorsarerevealed.Inresponsetotheaboveproblems，improvementmeasuresareproposedtoreducerisks andoptimizetheoperabilityoftheprocesssystem.Theresearchresultsprovidepositivereferencesignificanceforreducingthe probability of accidents in hydrogen production stations and mitigating the consequences of accidents.

Keywords： HAZOP analysis; hydrogen production station; process flow; risk matrix; improvement measures

危險(xiǎn)與可操作性分析（HAZOP）技術(shù)是一種對(duì)生產(chǎn)裝置的安全設(shè)計(jì)、操作進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和控制的主要手段和方法。近年來HAZOP分析得到廣泛應(yīng)用，如LNG燃料系統(tǒng)化工運(yùn)行裝置煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)和隧道施工通風(fēng)安全。HAZOP分析法是過程工業(yè)中安全保障的有效方法，能夠有效地識(shí)別工藝過程及設(shè)備中存在的各類隱患，是目前工藝危害辨識(shí)中應(yīng)用最廣泛的技術(shù)。氫能作為中國(guó)能源體系的重要組成部分，是保障國(guó)家能源安全、實(shí)現(xiàn)\"雙碳\"目標(biāo)、培育新經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)的重要支撐。氫氣易燃易爆、爆炸極限寬 （4%～75.6% ）、點(diǎn)火能量低、擴(kuò)散系數(shù)大，且易對(duì)材料力學(xué)性能產(chǎn)生劣化影響，在制備、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、加注和使用過程中均具有潛在的泄漏、火災(zāi)和爆炸風(fēng)險(xiǎn)。因此，為了系統(tǒng)地、全面地分析制氫站生產(chǎn)工藝和操作上存在的風(fēng)險(xiǎn)，采用HAZOP技術(shù)分析某制氫站生產(chǎn)工藝流程風(fēng)險(xiǎn)，以有效控制重大工藝安全事故的發(fā)生。

1 HAZOP分析技術(shù)

HAZOP（危險(xiǎn)與可操作性分析）技術(shù)是一種基于系統(tǒng)工程的方法，專門用于識(shí)別工藝過程中潛在的危害和操作問題，由一個(gè)多學(xué)科背景的專家小組組成，通過一系列的會(huì)議，系統(tǒng)地分析工藝過程中的潛在風(fēng)險(xiǎn)。HAZOP的分析對(duì)象是工藝過程中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)可以是工藝單元、操作步驟或設(shè)備。分析的核心是識(shí)別并評(píng)估因工藝參數(shù)偏離正常運(yùn)行狀態(tài)而可能產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)、后果及安全對(duì)策。HAZOP分析的步驟可以概括為以下幾個(gè)階段。

1.1分析準(zhǔn)備

HAZOP分析的準(zhǔn)備工作包括以下幾個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

確定分析的目的、對(duì)象和范圍：由項(xiàng)目負(fù)責(zé)人明確分析目標(biāo)，并根據(jù)既定的方向進(jìn)行深入分析，重點(diǎn)關(guān)注可能帶來的后果。

確定HAZOP分析小組的組長(zhǎng)：分析組長(zhǎng)負(fù)責(zé)選拔成員、制訂工作計(jì)劃，并確保分析過程有序、有效，最終審核報(bào)告和整改措施。

收集必要的資料：包括工藝流程圖（PFD）工藝管道與儀表流程圖（Pamp;ID）設(shè)備布局圖等，同時(shí)提供操作規(guī)程和控制圖紙。分析人員應(yīng)提前閱讀相關(guān)資料。

挑選HAZOP分析小組成員：該小組應(yīng)包括工藝工程師、設(shè)備工程師、安全工程師、操作主管、儀表控制工程師、設(shè)計(jì)工程師和記錄員等，確保涵蓋各專業(yè)領(lǐng)域的意見。

確定分析程序：根據(jù)分析目的，HAZOP組長(zhǎng)初步選擇分析節(jié)點(diǎn)，并準(zhǔn)備偏離目錄和工作表格，作為會(huì)議記錄使用。

安排會(huì)議：在完成準(zhǔn)備工作后，組長(zhǎng)負(fù)責(zé)組織會(huì)議，合理安排時(shí)間、次數(shù)，確保會(huì)議的順利進(jìn)行。

1.2分析會(huì)議

完成準(zhǔn)備工作后，HAZOP分析小組將召開會(huì)議。為了確保分析的系統(tǒng)性與有效性，會(huì)議中將Pamp;ID分解成多個(gè)分析節(jié)點(diǎn)，對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)逐一分析（圖1）。分析過程中，會(huì)議記錄員會(huì)將所有重要內(nèi)容精確記錄在工作表中，確保所有討論和結(jié)論得到詳細(xì)記錄，便于后續(xù)分析和整改。

會(huì)議結(jié)束后，HAZOP分析小組將整理會(huì)議記錄，總結(jié)分析結(jié)果，形成分析報(bào)告。報(bào)告的目標(biāo)是識(shí)別分析對(duì)象中的危害和隱患，并針對(duì)安全性和可操作性問題提出解決方案。報(bào)告應(yīng)明確安全建議措施，針對(duì)分析中發(fā)現(xiàn)的重大危害和隱患，提供具體的改進(jìn)措施。這些安全建議應(yīng)包含對(duì)潛在風(fēng)險(xiǎn)的描述、可能的嚴(yán)重后果、措施的有效性、可能帶來的新問題及責(zé)任人和整改的時(shí)間要求等。

其中，1臺(tái)電解水制氫成套設(shè)備必須配備交直流耦合雙電源系統(tǒng)。全套電解水制氫設(shè)備包括電解槽5套、氣液處理裝置、氫氣純化裝置，以及冷水機(jī)組、堿液箱、水箱、加水泵和加堿泵等，制氫能力為 1000Nm³/h 。水電解制氫（氧）是用KOH水溶液作為電解液，將水電解為氫氣和氧氣的過程。制氫裝置電解槽為2個(gè)雙極板型的電解小室組并聯(lián)而成，兩小室組的小室數(shù)相等，具有共用的正極輸電板，其結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)行安全，工藝性能可靠。氫、氧分離器為臥式，分離性能好，氫氧兩側(cè)液位平衡穩(wěn)定，裝置高度大大降低。電解液強(qiáng)制循環(huán)，電解消耗的原料水由補(bǔ)水泵自動(dòng)補(bǔ)充，各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)和控制。

2某制氫站生產(chǎn)工藝流程HAZOP風(fēng)險(xiǎn)分析

1.3分析報(bào)告

圖1逐項(xiàng)分析

2.1某制氫站生產(chǎn)工藝流程

制氫站擁有5臺(tái)電解水制氫成套設(shè)備及附屬設(shè)備，

2.1.1電解制氫工藝流程

電解制氫工藝中，用戶提供的純水（原料水）通過閥門控制進(jìn)入原料水箱，之后通過補(bǔ)水泵送入氫氧洗滌器。在氫氧洗滌器處理后，水流經(jīng)氫氧分離器、堿液循環(huán)泵、堿液冷卻器和堿液過濾器，最終進(jìn)入電解槽。電解槽在直流電的作用下進(jìn)行電解反應(yīng)，生成氫氣和氧氣。

氫氣和氧氣通過管道分別進(jìn)入氫氧分離器和氫氧洗滌器，經(jīng)氣體冷卻器冷卻后，進(jìn)入氣水分離器進(jìn)行分離。氧氣通過氧出口管道和調(diào)節(jié)閥被輸出，通常根據(jù)用戶需求選擇放空或儲(chǔ)存，默認(rèn)情況下氧氣被排空。氧氣排空需通過現(xiàn)場(chǎng)管道排放至安全地點(diǎn)（通常為室外）。氫氣則通過調(diào)節(jié)閥由管道輸出。

系統(tǒng)中的冷卻水主要用于電解裝置的熱管理。儀表氣源用于驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥和氣動(dòng)閥門等設(shè)備。電解制氫裝置的核心是電解槽，采用約 30% 的氫氧化鉀（KOH）水溶液作為電解液。

2.1.2氫氣純化工藝流程

氫氣由氣液分離系統(tǒng)輸送過來，首先利用MDP-D脫堿模塊將原料氣中堿液脫除，然后利用MDP-D模塊將原料氣中多余的氧氣除去，之后經(jīng)過換熱冷卻除去過飽和水，最后利用MDP-T干燥模塊進(jìn)行深度脫水得到合格的產(chǎn)品氣。MDP-T干燥模塊采用三塔TSA技術(shù)，再生氣在模塊內(nèi)部循環(huán)，從而達(dá)到無氣體損失。

2.2 分析范圍和分析目標(biāo)

分析范圍如下： ① 工藝裝置。包括總體工藝管道及儀表流程、電解系統(tǒng)、氣液分離系統(tǒng)、氫氣純化系統(tǒng)、補(bǔ)水配堿及冷凍水系統(tǒng)、氫氣緩沖罐、氫氣壓縮系統(tǒng)（1和2）。② 氫氣儲(chǔ)運(yùn)。包括氫氣儲(chǔ)運(yùn)的工藝管道及儀表流程。③ 空壓站。包括空壓站的工藝管道及儀表流程。

根據(jù)制氫站項(xiàng)目的Pamp;ID圖紙及相關(guān)資料，開展工藝裝置的HAZOP分析。主要目標(biāo)是辨識(shí)制氫站項(xiàng)目的主工藝流程及輔助工藝流程中潛在的危險(xiǎn)和可操作性問題。這包括：識(shí)別可能存在的設(shè)計(jì)缺陷；分析因設(shè)備故障、人員操作失誤等因素可能帶來的后果;提出控制或降低風(fēng)險(xiǎn)措施，改善工藝系統(tǒng)的可操作性，降低事故發(fā)生的概率或減輕事故后果。

2.3分析過程

制氫站HAZOP分析主要依靠經(jīng)驗(yàn)法，并結(jié)合傳統(tǒng)的HAZOP引導(dǎo)詞分析法。該方法將系統(tǒng)劃分為多個(gè)分析節(jié)點(diǎn)，并使用一系列引導(dǎo)詞（如\"無\"\"多\"\"少\"等）來引導(dǎo)小組成員進(jìn)行分析。分析過程包括以下步驟。

節(jié)點(diǎn)劃分和引導(dǎo)詞應(yīng)用。將整個(gè)系統(tǒng)分解為多個(gè)節(jié)點(diǎn)（如單個(gè)設(shè)備、管道、操作步驟等），并結(jié)合關(guān)鍵工藝參數(shù)（如流量、液位、壓力等），使用引導(dǎo)詞進(jìn)行偏差分析。例如，通過“無流量\"“高液位\"等引導(dǎo)詞來分析可能的工藝偏差。

分析工藝偏差。對(duì)于每個(gè)節(jié)點(diǎn)，使用引導(dǎo)詞逐一分析其可能的偏差，識(shí)別偏差的原因。例如，某節(jié)點(diǎn)可能由于流量過大或過小、壓力過高或過低等原因偏離正常操作狀態(tài)。

評(píng)估偏差后果。在不考慮現(xiàn)有安全措施的情況下，分析每個(gè)偏差可能導(dǎo)致的后果。此時(shí)，重點(diǎn)在于識(shí)別潛在的危險(xiǎn)和可操作性問題。

安全措施評(píng)估。分析組必須評(píng)估現(xiàn)有的安全措施是否足夠控制風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)評(píng)估結(jié)果，判斷是否需要增加新的保護(hù)措施。如果現(xiàn)有保護(hù)措施無法有效控制風(fēng)險(xiǎn)，則應(yīng)提出新的安全對(duì)策。

記錄分析結(jié)果。所有識(shí)別的危險(xiǎn)和可操作性問題都會(huì)詳細(xì)記錄在HAZOP記錄表中，記錄內(nèi)容如下。

節(jié)點(diǎn)序號(hào)：節(jié)點(diǎn)的唯一編號(hào)。

設(shè)計(jì)意圖：該節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)目的或功能。

單元名稱：描述分析的裝置單元或系統(tǒng)。

圖紙編號(hào)：Pamp;ID圖紙的編號(hào)。

參數(shù)/引導(dǎo)詞：工藝參數(shù)及用于提醒潛在問題的引導(dǎo)詞。

詳細(xì)偏差：節(jié)點(diǎn)內(nèi)可能出現(xiàn)的偏差描述。

原因：導(dǎo)致偏差的潛在原因。

后果：未考慮現(xiàn)有安全措施情況下，偏差可能導(dǎo)致的后果。

初始風(fēng)險(xiǎn)：描述未考慮保護(hù)措施時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)水平，包括風(fēng)險(xiǎn)的可能性和嚴(yán)重性。

已有保護(hù)措施：列出現(xiàn)有的安全保護(hù)措施。

殘余風(fēng)險(xiǎn)：在考慮現(xiàn)有保護(hù)措施后的風(fēng)險(xiǎn)水平。

建議措施：提出的改進(jìn)措施或額外的保護(hù)措施。

后續(xù)分析：每個(gè)節(jié)點(diǎn)會(huì)根據(jù)上述步驟進(jìn)行詳細(xì)分析，依次應(yīng)用其他引導(dǎo)詞，分析所有相關(guān)節(jié)點(diǎn)，確保徹底識(shí)別出所有潛在風(fēng)險(xiǎn)，并提出相應(yīng)的改進(jìn)方案。

通過這一過程，HAZOP分析幫助確保工藝流程中的每個(gè)環(huán)節(jié)都被仔細(xì)審查，從而提高系統(tǒng)的安全性和可操作性，減少事故發(fā)生的概率或減輕事故后果。

2.4 安全風(fēng)險(xiǎn)矩陣

風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分為4個(gè)層級(jí)：重大風(fēng)險(xiǎn)、較大風(fēng)險(xiǎn)、一般風(fēng)險(xiǎn)和低風(fēng)險(xiǎn)。安全風(fēng)險(xiǎn)矩陣如圖2所示。

2.5 HAZOP分析節(jié)點(diǎn)

采用HAZOP分析方法對(duì)制氫站項(xiàng)目制氫工藝流程展開分析，依據(jù)Pamp;ID圖，共劃分了7個(gè)分析節(jié)點(diǎn)，見表1。

表1分析節(jié)點(diǎn)明細(xì)表

見表2。

2.6風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)

以節(jié)點(diǎn)1為例，制氫站的HAZOP分析主要風(fēng)險(xiǎn)

表2制氫系統(tǒng)HAZOP分析主要風(fēng)險(xiǎn)表

3HAZOP分析結(jié)果與措施建議

3.1HAZOP分析危險(xiǎn)源等級(jí)分類

HAZOP分析危險(xiǎn)源中初始風(fēng)險(xiǎn)中包含重大風(fēng)險(xiǎn)0項(xiàng)，較大風(fēng)險(xiǎn)86項(xiàng)，一般風(fēng)險(xiǎn)25項(xiàng)，低風(fēng)險(xiǎn)74項(xiàng)，無明顯安全后果222項(xiàng)；在現(xiàn)有安全措施有效的情況下，減緩后存在重大風(fēng)險(xiǎn)0項(xiàng)，較大風(fēng)險(xiǎn)4項(xiàng)，一般風(fēng)險(xiǎn)51項(xiàng)，低風(fēng)險(xiǎn)130項(xiàng)，無明顯安全后果222項(xiàng)；在落實(shí)建議措施后，剩余風(fēng)險(xiǎn)中包含重大風(fēng)險(xiǎn)0項(xiàng)，較大風(fēng)險(xiǎn)0項(xiàng)，一般風(fēng)險(xiǎn)16項(xiàng)，低風(fēng)險(xiǎn)169項(xiàng)，無明顯安全后果222項(xiàng)。

按照不同節(jié)點(diǎn)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行分類，見表3。

3.2減緩風(fēng)險(xiǎn)后的重大/較大風(fēng)險(xiǎn)源及管控措施

減緩風(fēng)險(xiǎn)后的重大/較大風(fēng)險(xiǎn)源及管控措施匯總，見表4。

表3危險(xiǎn)源風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分類表

項(xiàng)

表4減緩風(fēng)險(xiǎn)后的重大/較大風(fēng)險(xiǎn)源及管控措施匯總

3.3安全建議措施

對(duì)7個(gè)節(jié)點(diǎn)、356個(gè)偏差、407項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，在已有安全措施分析基礎(chǔ)上，補(bǔ)充提出33項(xiàng)安全建議措施，方便對(duì)制氫站HAZOP分析中發(fā)現(xiàn)問題的后續(xù)跟蹤和處理。以節(jié)點(diǎn)1為例，HAZOP分析建議措施匯總，見表5。

表5節(jié)點(diǎn)1HAZOP分析建議措施匯總

4結(jié)論

本文依據(jù)某制氫站項(xiàng)目的Pamp;ID圖紙及相關(guān)資料開展了工藝裝置HAZOP分析，通過確定制氫站主要的節(jié)點(diǎn)，以及分析有實(shí)際意義的偏差產(chǎn)生的原因、后果及可采取的對(duì)策，結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)矩陣判定事故的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，辨識(shí)制氫站項(xiàng)目主工藝流程及輔助工藝流程中可能存在的危險(xiǎn)和可操作性問題，識(shí)別出工藝裝置中可能存在的設(shè)計(jì)缺陷及因設(shè)備故障、人員操作失誤等可能帶來的各種后果，對(duì)7個(gè)節(jié)點(diǎn)、356個(gè)偏差、407項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，在已有安全措施分析基礎(chǔ)上，補(bǔ)充提出33項(xiàng)安全建議措施，方便對(duì)制氫站HAZOP分析中發(fā)現(xiàn)問題的后續(xù)跟蹤和處理。

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