基于HAZOP 分析在化工過程故障診斷過程中應用分析

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

我國是化工行業生產大國，化工行業占據著我國國民經濟的重要作用，對我國國民經濟的發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保問題，破壞和諧的社會環境。通過統計2016年～2021 年近五年我國化工事故數據信息，可以得到近五年我國化工事故起數和死亡人數統計圖，如圖1 所示[1-3]。雖然近幾年我國的化工事故呈現逐年遞減的趨勢，但是與發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和死亡人數數據可以反映出國家對化工安全生產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和死亡人數統計

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分布進行統計得到如圖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、火災爆炸、高處墜落事故為主，占到當年化工事故死亡人數的66%[4-5]。我國每年因化工事故造成的死亡人數維持在150 以上的水平，也反映出我國當前的化工事故死亡人數仍較為嚴重。化工事故所造成的的死亡人數呈現逐年遞減的趨勢，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。隨著化工行業的規模化、信息化、自動化和集團化等發展，化工的產品和機械也越來越復雜，一旦發生安全事故，所造成的化工行業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，加強對事故的預防和管控能力。

圖2 2018 年全國事故死亡人數分布統計圖

1 HAZOP 評估分析簡介

HAZOP 分析評估是一種廣泛應用于精細化工、石油化工、醫藥、機械制造等各個行業的危險分析、評估的方法，它采用頭腦風暴的方式發現生產裝置中可能存在的各種事故隱患、聯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，也是檢驗生產裝置系統性和完備性較好的分析方法，被石油化工、醫藥和軍工生產等各行各業所廣泛使用，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 定期評估進行規定[8]。HAZOP 分析方法在有害因素風險辨識方面有著獨到的優勢，一是可以對整個生產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工藝的角度進行風險辨識；二是不僅可以辨識出生產工藝故障和潛在的風險隱患，還可有針對性地制定預防措施，防止異常狀況和安全事故的發生。

2 HAZOP 分析技術的應用實踐

2.1 HAZOP 分析和故障診斷的關系

HAZOP 分析主要是針對化工工藝參數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或工藝變量出現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合[10]。SDG 模型在實際應用中存在建模困難的問題，不能推導出全面的偏差原因、偏差結果，并且存在在線故障診斷過程中網絡復雜條件下可能導致推理速度受限，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意義。

2.2 HAZOP 分析在精細化工裝置的應用

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

2）客觀科學的分析節點。精細化工生產裝置一般為采用間歇式反應，對生產工藝進行科學、客觀的劃分分析節點，節點主要為生產的主要設備、儀表和管線。

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

4）進行偏差原因分析。因化工生產所涉及的原料、中間品和產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生安全事故和故障，都需要高度重視，也應作為危害控制評價分析的重要依據。

5）偏差導致的結果和風險分析。精細化工對反應的溫度、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。一旦化工物料發生泄漏就會對社會造成惡劣的影響，如果對生產裝置和設備性能產生影響，也會造成生產裝置的停車，對產品的質量和性能產生影響，不利于企業對生產經濟成本的控制。

3 HAZOP 分析應用案例

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

表1 HAZOP 分析劃分的節點

表2 精餾塔液位高偏差的HAZOP 分析統計表

4 工藝危害與控制技術分析

為了進一步提高精細化工的本質安全，對化工生產過程的溫度、壓力和操作流程都要進行精準化的控制，進一步提高生產的智能化、自動化和機械化，對精細化工的生產進行實時的監測和過程控制，降低生產工藝的危害，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。增加生產過程的本質安全和安全預防措施，過程安全的保護等級要求高于過程系統，精細化工裝置的設計單位必須于具有甲級化工設計資質的單位進行設計，并對化工工藝的系統安全設計提出合理化的建議和要求，明確化工設計的意圖。結合化工生產的工藝特點和工藝危害特點，合理和科學地設計工藝參數和系統控制回路，從安全的角度出發設計出安全冗余。