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1、危险与可操作性分析HAZOP技术,2010年1月17日20时吉林省吉林市生产丙烯酸丁酯的吉星化工厂发生火灾,惨重事故案例,1984年，美国联合碳化物公司印度博帕尔农药厂45吨甲基异氰酸酯几乎全部泄漏。20万人中毒，2万人死亡。全厂被毁，遗址几十年内无法用于任何用途。,近年来，我国由于生产事故造成的 损失已超过自然灾害造成的损失，据统 计，2003年我国由于自然灾害造成的损 失为1500亿，而因生产事故造成的损失 达2500亿,要点,1.什么是系统安全技术;2.危险“剧情”及人工HAZOP技术;3.计算机辅助HAZOP技术;4.保护层分析LOPA技术。,全方位、全时间周期的系统安全管理概念,RB
2、I,HAZOP FMEA SILFTA,报警管理系统,动态安全监管指标,系统安全管理,系统安全管理是多种安全技术综合实施的过程。系统安全管理贯穿于企业整个生命周期。目前还没有一种安全技术能解决所有的问题，因此必须采用多种方法相互补充。,安全评价的新进展,安全工作通过立法强制实行；从单个设备到工艺流程，即从“点”到系统；安全评价覆盖装置的全生命周期；必须考虑操作人员的人为因素；从定性分析提高到半定量分析；安全评价与安全设计相结合；计算机辅助安全评价；计算机在线安全监视。,国际推荐的常用安全评价技术,检查表如果怎么样?FMEAHAZOPLOPASIL事件树（ETA）故障树（FTA）道化学公司火灾爆
3、炸危险指数蒙德火灾爆炸毒性指数RBI,HAZOP,HAZard and OPerability Study 危险与可操作性研究 HAZard and OPerability Analysis 危险与可操作性分析,危险与可操作性研究HAZOP,HAZOP是一种系统化、结构化的方法，以多专业团队人员的集体智慧方式，在有经验的组长主持下，采用标准化“引导词”对装置过程系统的中间变量设定“偏离”，沿偏离在系统中反向查找非正常“原因”，沿偏离在系统中正向查找不利“后果”。查找系统中针对各重要“原因后果”对偶已有的安全措施，提出整改或新的安全措施建议。,HAZOP分析的主要优点是什么？能解决何种安全问题？
4、,主要优点是能够较完备地发现装 置中潜在的系统性危险，提出的安全 措施有利于从事故源头切断危险的生 成或减少危险扩散的可能性。,HAZOP方法和传统的检查表法的主要区别和联系是什么？,主要区别是检查表用来普查危险“原 因”和“后果”在装置的哪些部位发生，而HAZOP用于揭示系统性危险，即找到检查 表得到的“原因”与“后果”的内在关系以 及防止该危险发生的措施。两者联系是，检查表的结果为HAZOP 提供基本信息。,HAZOP方法由来,HAZOP分析方法是英国帝国化学工业公司（ICI）蒙德分部于上世纪60年代发展起来的以引导词（Guide Words）为核心的系统危险分析方法，已经有40年应用历史
5、，起初主要用来检查设 计的安全性以及识别危险的原因及不利后果。,HAZOP方法的基础,头脑风暴（Brain Storming）相关的多种专业、具有不同知识背 景的人员所组成的分析组一起工作比他 们独自一人单独工作更具有创造性与系 统性，能识别更多的问题。,危险“剧情”的概念,危险剧情是由事故根原因起始，在物料流、能量流和信息流的推动下，使危险在系统中传播，引发一系列中间事件，最终导致不利后果 的事件集合。安全评价的重要基础任务之一，就是识别 系统中的危险剧情。危险剧情的发现及应用是现代安全技术的 一项重要进展。HAZOP技术是识别危险剧情的有效方法。以下通过实际案例说明危险剧情的概念。,构成危
6、险剧情的要素,HAZOP方法的基本原理,将危险剧情中部的变量点“拉偏”，从该变量点反向检查分析偏离原因，从该变量点正向检查分析偏离的不利后果。,HAZOP采用双向推理机制进行分析溯因推理,HAZOP基于定性方法，综合了FTA和FMEA两种推理模式，有利于识别全部危险剧情，易于推广应用，是HAZOP生命力所在。,故障树分析（FTA）采用归纳法推理,归纳法为单向推理，从个别到一般，即从多种 原因到一个不利后果。FTA方法涉及逻辑 运算、故障树建模和定 量发生概率数据获取等 问题，用于复杂系统分 析难度很大。,故障模式与影响分析（FMEA）采用演绎法推理,演绎法为单向推理，从一般到个别，即从单个原因
7、到多种不利后果。,IEC61882基本引导词和含义,引导词 含义 NO 或者NOT 设计目的的完全否定 MORE 定量增加 LESS 定量减少 AS WELL AS 定性修改/增加 PART OF 定性修改/减少 REVERSE 设计目的的逻辑取反 OTHER THAN 完全替代,IEC61882与时间和顺序或序列有关的引导词,引导词 含义 EARLY（超前）相对于时钟时间 LATE（迟后）相对于时钟时间 BEFORE（先）相对于顺序或序列 AFTER（后）相对于顺序或序列,化工HAZOP分析常用工艺参数及句法,流量、液位、压力、温度、组成、PH、时间、速度、转速、频率 化工HAZOP句法（组
8、合偏离）:“引导词 工艺参数 偏离”例如：NO（空白）FLOW（流量）无流量 MORE（过量）PRESSURE（压力）压力高 AS WELL AS（伴随）ONE PHASE（一相）两相 EARLY（超前）OPERATION（操作）操作超前,主要引导词的进一步说明,No 否 对原设计意图的全部消除或没有实现。组合偏离例：流量/否 无流量 压力/否 无压力Less（定量）减少 参数的值比预期的少（小、低）组合偏离例：流量/少 流量小 压力/少 压力低,主要引导词的进一步说明,More（定量）增加 参数的值比预期的多（大、高）。组合偏离例：温度/增 温度高 压力/增 压力高Reverse 反向 对于
9、原设计意图相反的方向。组合偏离例：流量/反向 流量反向,主要引导词的进一步说明,Other 其它 原设计意图实现，但实现的方法不同。组合偏离例：流量/其它 不期望的流量 组成/其它 不期望的比份Early（时间）早 原设计意图出现得过早。组合偏离例：流量/早 流量产生过早 稳定/早 预期的温度（高或低）取得过早,主要引导词的进一步说明,Late 晚 引导词早的对立面。组合偏离例：液位/晚 预期容器中的液位（高 或低）建立过晚 Also（局部）异常 原设计意图正常，但有局部异常（额外物）组合偏离例：流量/异常 流量污染 液位/异常 容器中有不期望的物质,主要引导词的进一步说明,Fluctuati
10、on（变动）波动 原设计意图只在部分时间内实现。组合偏离例：流量/波动 流量时有时无 温度/波动 温度时高时低,人工HAZOP分析主要工作程序,危险分析的准备；通过小组会议完成分析；编制分析结果报告。,人工HAZOP步骤,确定分析目标；组成HAZOP小组，确定组长；技术资料准备；偏离词选定；风险矩阵确定（非规定内容）；小组会议（系统分解、选定关键变量、偏离分析）；完成HAZOP分析报告。,技术资料准备,(1)带控制点的工艺流程图（P&ID）(2)物料流说明(3)组分物性(4)装置结构(5)操作说明(6)运行数据(7)故障与原因模式(8)变量影响关系,偏离词选定,流量 无 减少 增加 其它 反向
11、压力 减少 增加 波动温度 减少 增加 波动液位 无 减少 增加 波动分离 无 减少腐蚀 增加隔离 无排液 无 少 其它排气/置换 无 少 其它采样 无 其它,风险矩阵确定（非规定内容）,HAZOP危险分级方法举例1.频度（F）F（Frequency）:危险可能发生的频度（次/年）分级代码 0 1次/1000年 1 1次/100年 2 1次/10年 3 1次/1年 4 1次/1月,风险矩阵确定（非规定内容）,2.严重度（S）S（Severity）:潜在危险的严重程度 0 轻度 1 一般 2 较重 3 严重 4 灾难3.危险分类（C）C（Hazard Category）:危险分类 1 人员伤害
12、2 设备损坏 3 工厂停产 4 环境影响 5 外界反应,风险矩阵确定（非规定内容）,风险矩阵（分别对应每一种危险分类）,风险矩阵中代码含义：U 不可接受水平的风险，需要考虑重新设计该系统。R 需要考虑减少风险的措施。C 风险水平的减少措施不需要较大的开支，然而，有可能的话，应当 采用控制和安全规程等措施。,HAZOP分析报告,IEC61882化工HAZOP案例,IEC61882-HAZOP分析结果表案例,HAZOP成功的因素,对资料和数据把握的正确性；HAZOP组长的经验和洞察能力；分析小组运用HAZOP方法识别偏离、原因及后果的能力；分析小组对识别对象的感知和程度的把握，特别是对不利后果严重
13、程度的评估。,HAZOP分析易出现的问题,费时；分析的结论太多，重点不突出；分析小组进入无休止的过细的讨论之中；少数成员支配了讨论。,近年来HAZOP应用领域的扩展,HAZOP是面向过程工业系统所开发的安全技术。近年来，应用范围扩大了，例如将HAZOP用于：有关可编程电子系统；有关道路、铁路等运输系统；检查操作顺序和规程；评价工业管理规程；评价特殊系统，如航空、航天、核能、军事设施、医疗设备；突发事件分析；软件和信息系统危险分析（2008）。,近年来HAZOP应用领域的扩展,可编程电子系统 HAZOP分析,近年来HAZOP应用领域的扩展,海上钻井及 采油平台 HAZOP分析,近年来HAZOP应
14、用领域的扩展,撞船事故HAZOP分析,近年来HAZOP应用领域的扩展,天然气工程HAZOP分析,近年来HAZOP应用领域的扩展,美国通用公司海底供电系统HAZOP分析,近年来HAZOP应用领域的扩展,德国：汽车驾驶系统HAZOP分析,近年来HAZOP应用领域的扩展,美国、英国等海陆空 三军军事设施 HAZOP分析,近年来HAZOP应用领域的扩展,核电站 HAZOP分析,近年来HAZOP应用领域的扩展,航空系统 HAZOP分析,近年来HAZOP应用领域的扩展,航天设施 HAZOP分析,近年来HAZOP应用领域的扩展,突发事件 HAZOP分析,人工HAZOP安全评价的不足,人工难于处理大规模的数据
15、、信息和计算；人工分析大规模系统无法得到完备的结果，即使有 专家参与也难免出现漏评（思维惯性）；口头讨论方式不严格，讨论时易出现概念混乱；人工评价得出的报告不规范，事后难于看懂；人工评价不考虑危险剧情；人工评价一般不考虑控制系统；人工评价一般是一次性，无法反复进行；人工评价不考虑全流程分析，只考虑到相邻设备；人工评价费时、费力、成本高。,现场技术人员经验的重要性,人工HAZOP存在弱点，绝不是否认专家、有经验的现场技术人员及评价专业技术人员的 极其重要的作用，而是强调以上人员应在计算 机和新的安全评价技术的辅助下，方能实施深 度的、完备的、高效的、符合国际规范的安全 评价。只有完成深度高完备性
16、的HAZOP，才能进 一步实现LOPA、SIL-SIS和在线HAZOP。,计算机辅助HAZOP国外进展,美国普渡大学以 V.Venkatasubramanian 教授为首的过程系统研究室的研究群体对 SDG方法的完善和工业化应用作出了显著成 绩。成功地将SDG方法应用于化工过程危险 与可操作性（HAZOP）分析。基于SDG模型和规则的专 家系统是一个50万条C+计算 机程序，通过了20多个化工 过程实例的测试，在美国著 名制药公司辉瑞公司、礼来 公司、空气产品与化学公司 得到了广泛应用,HAZID软件 该软件由英国拉夫堡大学Frank Lees教授主持开发，在本领域的研究工作始于1986年。在
17、ESPRIT STOPHAZ计划的持续支持下，软件在HAZOP原创公司ICI，以及VTT和 Snamprogetti企业现场应用成功。软件由HAZID技术有限公司独家商业化，并且得到拉夫堡大学的技术支持。HAZID技术有限公司还是国际知名的工程设计软件Intergraph公司的合作伙伴。,计算机辅助HAZOP国外进展,计算机辅助HAZOP国外进展,计算机辅助HAZOP国外进展,计算机辅助HAZOP国外进展,HAZOP+V2.0 HAZOP Manager V6.0HAZOPs www.rsc.orgPHA-Pro HaziD Pack V6.0HAZID/HAZOP ModuSpecUML-H
18、AZOP,基于人工智能技术的 计算机自动HAZOP安全评价步骤,1、确定评价目标和范围；2、详细调查和收集评价对象信息和资料；3、确定HAZOP专家小组和组长；4、对系统进行定性建模（SDG)和验模（V 5、实施计算机高速定性推理自动获取危险 剧情；6、专家小组对计算机结论进行筛选；7、自动生成HAZOP报表和技术文件。计算机评价原理和人工安全评价完全相同。完 全遵照国际标准IEC61882。,SDG-HAZOP与人工的比较,计算机辅助HAZOP分析和人工HAZOP分析相比，主要有以下几个方面的优点：1、完备性高（获得危险剧情）2、系统性好 3、推理深度深（全流程）4、时间、人工和费用省 5、
19、结果表达标准化,我国SDG-HAZOP软件平台,我国SDG-HAZOP突破了高速多功能推理机核心技术为大规模应用创造了条件,石油化工SDG-HAZOP模型举例,我国SDG-HAZOP技术应用情况,2003年列入国家高技术发展计划“大型石化过程安全评估”项目编号2003AA412310。2006年完成，通过科技部验收。SDG-HAZOP技术在中石化齐鲁28万吨苯乙烯装置、神华煤制油工程、中石油哈尔滨炼油厂、中石化镇海炼化分公司、中石化上海石化股份有限公司等企业应用取得成功。2004年列入国家安全生产发展规划重点推广项目。2009年荣获国家安全生产监督管理总局“安全生产科技成果一等奖。,基于局域网
20、和实时数据库的CAD-HAZOP软件平台（康安CAH-2.0）,新功能、新特点简明、实用、快捷易懂、易学、易用资料调查与自动建模 一体化引导词扩展为11个增加自动LOPA分析,计算机辅助HAZOP会议,大型在线HAZOP系统(康安CAH-3.0),保护层及保护层分析（LOPA）,保护层（layers of protection）采用多重保护层或安全措施，以便深度防止灾难性事故或减轻灾难事故的影响。可提供的防止事故与灾难发生的措施，可以是安全设备、系统或行动（作用），能够防止或减缓危险剧情向不利后果扩展。,LOPA的由来和应用,2001 由美国化学工程师协会，化工过程安全中心CCPS发布 Lay
21、er of Protection Analysis,Simplified Process Risk Assessment,Center for Chemical Process Safety(CCPS),American Institute of Chemical Engineers（AIChE）,New York,NY,20012003 IEC-61511-3 引用2007 GB/T 21109.3 引用自发布8年来得到广泛应用（HAZOP-10%）,可行的保护方法,具备固有安全设计特性（工艺、动设备、静设备、仪表、控制系统、软件系统）；2.基本过程控制系统BPCS；3.超限报警和操作员人工
22、介入；4.紧急停车系统/功能安全仪表；5.物理防护措施（积极保护层），如释放设备（安全阀、爆破片、释放到火炬）；6.后续释放物理防护（消极保护层），切断对水源、土壤、地下水、大气的污染，如围堰、隔离系统；7.工厂和社会的紧急响应（紧急响应层）。,各级保护层所应对的危险级别,LOPA（layers of protection analysis）,LOPA是一种简化的半定量风险评价方法，用以确定现有的安全措施是否合适，是否需要增加新的安全措施。LOPA所包含的内容如下：分析由原因-后果对偶所定义的独立的危险剧情；确定剧情的风险（risk）程度；3.分析独立的保护层，其有效性及联合效果。,保护层分析
23、（LOPA）考虑的重点,怎样的安全是足够的安全？具体的过程需要多少种保护层？每一保护层可以减少多少风险？实质：HAZOP+ETA两种方法的联合。,LOPA步骤,LOPA和HAZOP的关系,LOPA是在HAZOP的基础上，进一步提出安全措施的分析，也可以看作HAZOP的继续和深入。HAZOP分析得到的危险剧情，是LOPA的基础；HAZOP拉偏得到的非正常原因及发生频率，为LOPA分析的引发原因及其概率估算提供直接信息；HAZOP得到的不利后果及后果严重程度，为LOPA分析的影响事件及事件严重程度提供直接信息；HAZOP识别出的现有安全措施，为LOPA分析提供直接信息；HAZOP得出的“行动”（建
24、议），同样也是LOPA的目的。,影响保护层分析的主要因素,准确性：准确界定“引发原因”、“引发可能性”、“独立保护层”及其“失效概率”。适应性：所有数据必须适应各企业的实际情况。一致性：在不同企业之间和同一企业各次评价之间统一评价标准,以HAZOP剧情为主线，联合多种安全评价方法优势互补的系统安全技术,采用FMEA、检查表、如果怎么样？方法确定根原因和不利后果；用如果怎么样？分析因果关系和事件的触发条件；用危险指数法分析不利后果的严重程度；剧情涉及管道、设备、储罐时采用RBI分析风险程度；涉及保护层、安全控制系统时采用LOPA和SIS-SIL；当无法判别局部事件影响关系时用FTA和ETA。完成
25、深度HAZOP后，接着实施LOPA和SIL;利用SDG高速推理，最终实现在线HAZOP。,国家安监总局“危险化学品建设项目安全评价细则”（试行）-2007年12月12日印发,安监总危化2007255号6.4.2.2安全评价方法的确定 可选择国际、国内通行的安全评价方法。对国内首次采用新技术、工艺的建设项目的工艺安全性分析，除选择其它安全评价方法外，尽可能选择危险和可操作性研究法进行。,SIS（功能安全仪表系统）国家标准,GB/T20438（IEC-61508）“电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全”2006GB/T21109（IEC-61511）“过程工业领域安全仪表系统功能安全”20
26、07是安全评价到安全措施实现的重大进展。是半定量安全评价技术实用化的重大进展。HAZOP作为国家标准已既成事实。,点击互联网-HAZOP,有2,000,000条相关信息！HAZOP软件在独山子石化安全分析中的应用 王朝晖 中石油新疆独山子石化公司项目指挥部HSE管理部HAZOP小组摘要：本文主要介绍了Isograph公司hazop+分析软件在中石油新疆独山子石化公司1000万吨/年炼油及120万吨/年乙烯项目中的应用。Hazop+具有分析流程标准化、数据库定制和支持中文汉化等优点，在独山子石化安全分析项目中起到了重要作用。,非正常工况及监测技术,非正常工况的界定 非正常工况是需要人工干预的时刻
27、（Anytime an operator needs to manually intervene）。由于非正常工况的影响，美国仅石油化工每年直接损失为200亿美元，间接损失一般为直接损失的10倍。,国外相关重大研究计划 美国AEGIS 欧盟CHEM,全球性ASM技术联盟，由Honeywell公司发起，联合了七大石油公司Amoco、British petroleum、Chevron、Exxon、Mobil、Shell和Texaco、两个著名软件公司Gensym与ATR和两所著名大学，普渡大学Purdue与俄亥俄Ohio大学）,ASM联盟的成员,Joint Research and Develop
28、ment Consortium,Innovating and Fielding ASM Solution Concepts,Abnormal Situation Management and ASM are U.S.registered trademarks of Honeywell Inc.,美国DKit复合FDD平台,目前应用较广的技术是报警管理,1.集中关注最主要的报警；2.当需要时，抑制不必要的报警；3.快速地理解当前的工况（这种理解应具备：明确 的、坚实的、简明的、广博的信息）；4.获得有用的信息（例如：可能的原因和推荐的纠 错方法）；5.评估系统及操作工的能力。,在研863项目在线
29、HAZOP系统,基于实时数据库的在线调度监控指挥中心,现代网络化集成化工业自动化系统为在线HAZOP提供了优越条件,现代网络化集成化工业自动化系统,国产实时数据库关键性能指标,单台服务器容量可达1,000,000点；并发连接数4000数据库吞吐量支持每秒写入40,000/秒个数据点；历史数据查询速度1，000，000记录/秒数据磁盘存储压缩比 40：1CPU占用率30%画面刷新周期5秒,新的目标复杂多故障剧情自动识别,多原因多后果 同时发生；剧情动态演变；,在线HAZOP的新功能,三道防线1)直接剧情（第一防线）：检查表法得到的直接原因 导致的不利后果，采用基于规则的专家系统实时判 定。2)简
30、单剧情（第二防线）：由实时SDG-HAZOP得到的单 原因经中间事件导致的不利后果，即简单剧情。3)复杂剧情（第三防线）：采用多重实时故障诊断方 法并行得到的复杂剧情。故障诊断、事故预案、事故预警分析相结合工厂紧急状态监测与指挥系统，全厂危险点分布和救灾系统分布图，紧急通信系统，各级保护层的启动系统。在线HAZOP系统已经在中石油哈尔滨炼油厂、中石化镇海炼化分公司、中石化上海石化股份有限公司等企业试验运行。,几点建议,采用先进安全评价技术（CAD-HAZOP）成立基层专业安全评价组（机构）建立常设技术培训机构培养专业技术力量加强应用型安全技术开发（如：CAD软件、安全数据库、智能软件）加强基础安全技术研究成立中国化工安全中心（中国CPSC、美国CCPS、欧盟EPSC,European process Safety Centre、英国HSE）,谢谢！,
