危險(xiǎn)與可操作性分析法在油氣集輸管道中的應(yīng)用與分析

胡燈明

南方石油勘探開發(fā)有限責(zé)任公司 （海南 海口 570216）

1 危險(xiǎn)與可操作性分析法概述

危險(xiǎn)與可操作性分析法（HAZOP）的評(píng)價(jià)思路是按一定的原則將工藝過(guò)程或設(shè)備劃分為合理的分析節(jié)點(diǎn)（或單元），通過(guò)引導(dǎo)詞和系統(tǒng)工藝參數(shù)，對(duì)每一個(gè)分析節(jié)點(diǎn)識(shí)別出具有潛在危害的偏差，并分析偏差的原因、后果和已有的安全保護(hù)措施等，以確定系統(tǒng)的安全程度。該方法認(rèn)為：正常和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定狀態(tài)下的條件是安全的，當(dāng)出現(xiàn)了與正常條件背離或偏差后才會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)或事故，在評(píng)價(jià)過(guò)程中，允許分析人員在危險(xiǎn)辨識(shí)和可能的偏差出現(xiàn)后做出理性的推測(cè)和判斷[1-6]。

HAZOP分析評(píng)價(jià)包括準(zhǔn)備、分析和完成分析報(bào)告3個(gè)基本步驟。

1）HAZOP分析評(píng)價(jià)的準(zhǔn)備工作，即確定分析對(duì)象和范圍、成立分析小組、收集資料、編制分析計(jì)劃等。

2）HAZOP分析，將評(píng)價(jià)對(duì)象劃分為若干分析節(jié)點(diǎn)（工藝單元），連續(xù)過(guò)程節(jié)點(diǎn)確定為管道（物料的通道），即分析管道內(nèi)介質(zhì)狀態(tài)及工藝參數(shù)產(chǎn)生的偏差；間歇過(guò)程節(jié)點(diǎn)確定為主體設(shè)備。根據(jù)引導(dǎo)詞表，選擇合適的引導(dǎo)詞和工藝參數(shù)，分析節(jié)點(diǎn)可能產(chǎn)生的偏差和偏差的原因及后果。

3）制定對(duì)策及給出評(píng)價(jià)結(jié)論。具體分析流程如圖1所示[1]。

圖1 海底管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)安裝

其中分析會(huì)議是HAZOP評(píng)價(jià)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，主要的工作流程及任務(wù)如圖2所示[4]。

2 危險(xiǎn)與可操作性分析評(píng)價(jià)案例

HAZOP評(píng)價(jià)法的評(píng)價(jià)對(duì)象和過(guò)程重點(diǎn)針對(duì)工藝操作環(huán)節(jié)，就油氣集輸管道而言，管線部分幾乎不涉及工藝操作過(guò)程，工藝操作主要涉及站場(chǎng)部分，因此集輸管道站場(chǎng)采用此法進(jìn)行安全評(píng)價(jià)。以某油田30×104m3/d處理能力的集輸站為例（主要工藝單元包括：預(yù)處理、低壓氣壓縮、天然氣脫水、三甘醇再生、外輸、儀表風(fēng)、燃料氣、收發(fā)球、放空等單元），選取某一節(jié)點(diǎn)采用HAZOP方法進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，并對(duì)該方法進(jìn)行分析。

圖2 HAZOP分析會(huì)議流程圖

2.1 選取工藝節(jié)點(diǎn)

考慮節(jié)點(diǎn)的目的和功能,同時(shí)兼顧節(jié)點(diǎn)內(nèi)容簡(jiǎn)單清晰的原則，將節(jié)點(diǎn)視為完成一個(gè)特定功能的單元。根據(jù)站場(chǎng)工藝流程圖、工藝及儀表控制圖等，將該站清管球接收單位作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)，采用HAZOP法對(duì)收球筒節(jié)點(diǎn)（單元）進(jìn)行安全評(píng)價(jià)，收球筒節(jié)點(diǎn)的工藝流程和工藝與儀表控制圖如圖3所示。

圖3 清管球接收單元的工藝流程圖

收球節(jié)點(diǎn)的工藝描述為：若不接收清管球，不分輸或站內(nèi)異常，緊急截?cái)嚅y關(guān)閉，直接通過(guò)旁通管線去下一站；若接收清管球，打開緊急切斷閥ESD，打開清管接收筒前面的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥XV1，筒上方的閥門XV2，天然氣通過(guò)XV2直接去匯管，當(dāng)清管球進(jìn)入收球筒時(shí)，有信號(hào)燈和報(bào)警設(shè)施YA-YS發(fā)出信號(hào)，然后關(guān)閉閥門XV1、XV2，打開去匯管的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥門XV3，天然氣通過(guò)匯管進(jìn)入分離。此時(shí)打開放空線閥門V1放空泄壓，排污閥V2排污，壓力為零時(shí)，打開注水閥門V3注水，最后打開盲板取出清管球(圖4）。

圖4 清管球接收單元工藝及儀表控制流程圖

2.2 HAZOP評(píng)價(jià)

如上分析，收球筒節(jié)點(diǎn)的主要工藝參數(shù)是壓力和流量，根據(jù)表1提供的常見(jiàn)引導(dǎo)詞[3]，建立偏差（引導(dǎo)詞+工藝參數(shù)）并進(jìn)行分析，分析評(píng)價(jià)記錄見(jiàn)表2。

表1 HAZOP評(píng)價(jià)引導(dǎo)詞（關(guān)鍵詞）及意義

通過(guò)對(duì)收球筒裝置的HAZOP分析，找出了在收球筒工藝及操作過(guò)程可能出現(xiàn)的偏差、原因和可能后果，共計(jì)27條（表2）。評(píng)價(jià)結(jié)論對(duì)后續(xù)設(shè)計(jì)完善、安全補(bǔ)償及安全管理等均具有較大的參考價(jià)值。

3 適用性及評(píng)價(jià)效果分析

HAZOP分析評(píng)價(jià)目前廣泛應(yīng)用于石油、石化等過(guò)程的工藝危險(xiǎn)性分析，如英國(guó)石化有限公司在“健康、安全與環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)與程序”中明確規(guī)定在項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段，要采用HAZOP法對(duì)方案進(jìn)行安全評(píng)價(jià)。通過(guò)對(duì)收球筒裝置的HAZOP評(píng)價(jià)分析表明，該方法適合于站場(chǎng)工藝設(shè)備的安全評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)論針對(duì)性強(qiáng)且具有較好的應(yīng)用價(jià)值[7]。

3.1 危險(xiǎn)與可操作性分析法的適用性分析

HAZOP分析起源于化工反應(yīng)裝置過(guò)程的安全評(píng)價(jià)，工藝流程相對(duì)復(fù)雜，設(shè)備較多。油氣集輸管道項(xiàng)目不涉及物質(zhì)反應(yīng)，管線部分幾乎不涉及工藝流程，站場(chǎng)部分的工藝流程比化工過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單。從資料收集準(zhǔn)備上，HAZOP分析對(duì)資料要求不高，可研報(bào)告提供的資料如項(xiàng)目功能、工藝流程圖、設(shè)備儀表圖等能滿足HAZOP的分析要求。HAZOP評(píng)價(jià)的直接對(duì)象是分析節(jié)點(diǎn)，根據(jù)節(jié)點(diǎn)控制的工藝參數(shù)指標(biāo)確定偏差進(jìn)行評(píng)價(jià)，分析節(jié)點(diǎn)可以是工藝單元（連續(xù)過(guò)程），也可以是操作步驟（間斷過(guò)程）。管道輸送屬于連續(xù)過(guò)程，站場(chǎng)涉及諸多工藝流程，可直接根據(jù)站場(chǎng)的功能劃分節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)劃分簡(jiǎn)單且沒(méi)有遺漏（如評(píng)價(jià)案例）。在偏差的建立和選擇上，站場(chǎng)主要涉及的工藝參數(shù)是壓力、流量（部分節(jié)點(diǎn)包括溫度，比如分輸?shù)龋筛鶕?jù)引導(dǎo)詞構(gòu)建有效偏差，結(jié)合工藝流程圖、節(jié)點(diǎn)功能等直接進(jìn)行HAZOP分析。因此，油氣集輸管道（站場(chǎng)）適合采用HAZOP法對(duì)其進(jìn)行安全預(yù)評(píng)價(jià)。

表2 收球筒HAZOP評(píng)價(jià)記錄表

在具體使用HAZOP分析法的過(guò)程中，由于站場(chǎng)工藝相對(duì)化工裝置工藝簡(jiǎn)單，常出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)內(nèi)設(shè)備數(shù)多于偏差種類（如收球筒節(jié)點(diǎn)閥門、設(shè)備數(shù)多于偏差數(shù)），若按照?qǐng)D2的討論流程，則容易出現(xiàn)遺漏、流程不清晰和重復(fù)等現(xiàn)象。如分析偏差“流量過(guò)大”時(shí)，結(jié)合收球工藝流程，節(jié)點(diǎn)內(nèi)包括3條主要流程線：節(jié)點(diǎn)起點(diǎn)均是緊急截?cái)嚅y門前的管線，節(jié)點(diǎn)終點(diǎn)則有收球筒盲板（正常收球）、去匯氣管閥門后的管線（球進(jìn)入筒后的操作）、越站閥門后的管線（不分輸或異常情況）3種情況，逐個(gè)對(duì)3條主要流程線進(jìn)行HAZOP分析時(shí)，存在重復(fù)分析的現(xiàn)象。針對(duì)此類情形，建議在評(píng)價(jià)過(guò)程中，按照3條主要流程線的先后順序、逐個(gè)選擇偏差，建立有效偏差，直到所有偏差考慮完畢，再進(jìn)入下一設(shè)備并同樣進(jìn)行分析，直至分析結(jié)束進(jìn)入下一節(jié)點(diǎn)。

3.2 危險(xiǎn)與可操作性分析法的評(píng)價(jià)效果分析

HAZOP分析在評(píng)價(jià)過(guò)程中對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)（管線和設(shè)備）內(nèi)的全部有效偏差進(jìn)行分析，并分析其偏差原因和可能后果，實(shí)行“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”分析，評(píng)價(jià)具體全面且具有較強(qiáng)的針對(duì)性。如偏差原因分析方面，排污閥流量過(guò)小在評(píng)價(jià)案例評(píng)估了排污閥通道被堵、閥體銹蝕、環(huán)境溫度低凍裂和閥桿彎曲變形等4類可能原因（表2），導(dǎo)致排污閥排污不暢，影響清管作業(yè)進(jìn)度，甚至導(dǎo)致生產(chǎn)事故。HAZOP分析法彌補(bǔ)了道化學(xué)法在評(píng)價(jià)結(jié)論上過(guò)分依賴物質(zhì)系數(shù)，不能對(duì)事故原因進(jìn)行分析的缺點(diǎn)。這些偏差產(chǎn)生的原因可直接對(duì)后續(xù)的設(shè)計(jì)、管理等提出參考意見(jiàn)，如在排污閥的選擇、操作、保養(yǎng)上建立相關(guān)規(guī)程等，盡量避免類似偏差引發(fā)事故，減少安全風(fēng)險(xiǎn)。

HAZOP分析會(huì)議中，評(píng)價(jià)成員會(huì)根據(jù)節(jié)點(diǎn)內(nèi)管線和設(shè)備的功能、工藝等提出很多可能的偏差，其中有的偏差是無(wú)效的或分析不全面。以上述收球筒節(jié)點(diǎn)的評(píng)價(jià)為例，“放空管流量可逆”則為無(wú)意義偏差，若不考慮放空閥門泄漏，則不能構(gòu)建“放空閥流量過(guò)大”這個(gè)偏差。偏差是HAZOP分析的起點(diǎn)，偏差構(gòu)建的質(zhì)量和全面程度直接與評(píng)價(jià)人員的專業(yè)、經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)結(jié)構(gòu)有關(guān)，所以HAZOP評(píng)價(jià)過(guò)程和結(jié)論受評(píng)價(jià)人員主觀影響較大。同時(shí)，HAZOP評(píng)價(jià)過(guò)程和評(píng)價(jià)結(jié)論僅注重于定性描述，無(wú)法比較節(jié)點(diǎn)之間（或節(jié)點(diǎn)內(nèi)設(shè)備之間）危險(xiǎn)等級(jí)的高低，需要結(jié)合其他評(píng)價(jià)方法配合使用。

4 應(yīng)用建議

1）通過(guò)油氣集輸管道站場(chǎng)的收球裝置節(jié)點(diǎn)HAZOP分析，并建立分析節(jié)點(diǎn)向上向下深入分析，向上分析能找出節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)偏差的原因和系統(tǒng)的危險(xiǎn)因素，向下分析能發(fā)現(xiàn)偏差導(dǎo)致的后果，評(píng)價(jià)過(guò)程全面、針對(duì)性強(qiáng)且具有一定的深度。該方法評(píng)價(jià)前對(duì)資料準(zhǔn)備要求不高，通適性較強(qiáng)，便于形成專家系統(tǒng)，且對(duì)后續(xù)設(shè)計(jì)優(yōu)化、管理制度編制等都具有重要意義，應(yīng)大力推廣。

2）HAZOP分析評(píng)價(jià)法在分析過(guò)程中，建議注重評(píng)價(jià)人員專業(yè)、經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)結(jié)構(gòu)，以利于建立高質(zhì)量的偏差，并盡可能地找到節(jié)點(diǎn)乃至系統(tǒng)的危險(xiǎn)因素和后果。同時(shí)，該方法應(yīng)與道化學(xué)指數(shù)法等定量的評(píng)價(jià)方法相互配合，彌補(bǔ)節(jié)點(diǎn)（節(jié)點(diǎn)內(nèi)部）之間不能比較危險(xiǎn)性大小的不足。

3）鑒于HAZOP分析法的全面性和較強(qiáng)的針對(duì)性，推薦國(guó)內(nèi)新建的工藝建設(shè)項(xiàng)目，除了選擇其他安全評(píng)價(jià)方法外，盡可能選擇HAZOP分析法進(jìn)行評(píng)價(jià)。但國(guó)內(nèi)在HAZOP評(píng)價(jià)法的研究、應(yīng)用上，仍主要集中在化工裝置工藝的安全評(píng)價(jià)，并陸續(xù)開發(fā)了相關(guān)評(píng)價(jià)軟件，如基于丁辛醇裝置HAZOP、基于石油化工過(guò)程的HAZOP專家系統(tǒng)與集成等[7]，而基于油氣集輸管道安全與評(píng)價(jià)的HAZOP研究與應(yīng)用卻不多。建議安全分析評(píng)價(jià)在實(shí)際應(yīng)用基礎(chǔ)上，研究油氣集輸系統(tǒng)的HAZOP評(píng)價(jià)軟件，不斷優(yōu)化集成，逐步形成智能專家系統(tǒng)，發(fā)揮該方法在油氣集輸安全評(píng)價(jià)領(lǐng)域的重要作用。

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