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1、HAZOP分析的几种高级应用摘 要： 本文通过对过程安全的介绍，引入HAZOP分析的方法和流程的概述，并在HAZOP分析 的基础上，针对目前企业过程安全管理的现场，进一步阐述了报警分级及响应、保护层分析(LOPA) 与SIL定级、屏障分析(Bow-Tie)以及基于量化分析的现场应急预案的几种应用。关键词：HAZOP；过程安全；报警管理；LOPA分析；SIL定级；Bow-Tie分析引言 近年来，我国过程工业生产装置的重大过程安全事故不断发生，如2013年中国石化黄岛输油管 道爆炸事故、2015年福建漳州的PX爆炸事故、2015年日照LPG爆炸事故等。尽管我们国家要求“两 重点和一重大的企业实施工
2、艺危害与可操作性(Hazard and Operability Analysis, HAZOP)，但是如何 在HAZOP分析的基础上，进一步提高我国危化企业的的过程安全管理，控制重大过程安全事故的发 生？1过程安全简介过程安全是相对于职业安全来说的，它们都是工厂总体安全的重要组成部分，但两者又有区别 图1所示：职业安全事故往往是伤害一个人或几个人；而过程安全事故的后果通常会严重得多，它不 仅仅是伤害几个人而已，有可能严重损坏工艺系统本身、造成大量人员伤亡、使整个公司倒闭、甚至 给周围公众或环境带来灾难性的后果，博帕尔事故就是一个典型的例子。过程安全事故往往都是发生 在装置的生产阶段，因此，对于
3、生产运行企业来说，加强对工艺危害的重点管理对于控制企业重大安 全事故的发生是非常重要的！图1过程安全与职业安全的区别Figure 1- The difference between process safety and occupational safety2 HAZOP分析2.1 HAZOP 方法HAZOP是进行工艺危害分析和辨识的重要方法之一。HAZOP分析是一种用于辨识工艺缺陷、工艺过程危险及操作性问题的定性分析方法。HAZOP方法是通过使用一组引导词（比如流量偏高/偏 低、压力偏高/偏低等），对生产工艺或操作进行结构化和系统化的审查，来全面和系统地辨识工艺装 置设计和运行中可能存在导致
4、安全或操作问题的缺陷，并评估所采取的安全措施是否足够和适当，如 果不足或欠缺，则进一步提出应采取的安全措施或建议。HAZOP方法是对生产工艺系统危险性与可操 作性的严格检查。图2 HAZOP分析方法Figure 2- The HAZOP analysis method2.2 HAZOP分析流程HAZOP分析工作会议需要有丰富经验的现场作业人员、工艺工程师、仪表工程师、设备工程师和 安全工程师等组成。因此在HAZOP分析工作会议上，小组成员发挥他们各自的经验及技术专长，以 便在组长的指引和领导下，逐一开展以下的工作：根据管线仪表图，将相关工艺系统划分为若干工艺单元；针对某个工艺单元/节点，工艺工
5、程师将说明这个工艺单元/节点的设计意图和操作条件； QDHSE分析人员建议某个偏差（引导词+参数），比如无流量、多流量、少流量、高 温、低温、高压、低压、高液位、低液位等；辨识产生工艺偏差的原因；预计潜在的后果影响。发生的后果是对整个系统可能造成的影响，比如操作困难、工艺 异常、生产关断、火灾爆炸安全事故等；辨识已有的安全措施，以预防工艺偏差原因的发生或减轻后果的影响作业；如果认为安全措施尚不足够，则进一步建议额外的防护措施；将有关安全对策措施的完善工作委派于公司有关负责人。重复以上的评价步骤，直到所有的偏差都应用和讨论了，以及小组所有成员对评价内容满意为止。小组然后将继续评价下一个工艺单元/
6、节点和下一个偏差，以此类推直至所有关键设备的工艺单元 节点和偏差都被分析完成为止。图3 HAZOP分析流程图Figure 3- The flow chart of HAZOP analysis2.3 HAZOP分析结果通过HAZOP分析，我们可以有效的识别出装置的每一个工艺危害对应的安全防护措施，从而评估 这些防护措施是否合理、有效，如果防护措施不足，还可以提出建议措施。表1 HAZOP分析结果表DEVIAIIQMPQS5IB-1E CAUSES可篇原因CONSEQUENCES后果5AFEGL1AADS观有措无REC IRECDMMEMDATIONS建设内智2-I三村TJIPDM%定切桔炉蛤水
7、中跖HLWfiA跟位手低,烧 十，雌3L7HFALO5A2.PQAL1273UP&ALL12BA/B/C4JllL4LL0ia/Q19/fl20flliS建设槎实丹皿临勰中的位 巴-Thl-i-1 =： -，1就叱云.*1口*，W诲任,好噱艳711UI118/01EF/D2aR1S延 i.nLTYn55A/健，-土吾=，r：IFL/S3 F03 HAZOP的高级应用3.1报警分级管理DCS系统的应用，使报警的设置非常方便，非常廉价，但方便和廉价也带来了相应的问题-报警设置的随意性。在很多企业，把每一个工艺参数都设置高报警和低报警，当前的问题不再是报警不足，而是报警过量和报警不当，而大量和低效的
8、报警给企业生产带来了巨大的潜在风险，不仅会降低生产利润，更有可能造成生命和财产的巨大损失。为了减少工业报警不当造成的风险并提供工业报警管理的最佳实践，国际组件ASM在1992年成立，其建立的初衷就是推进DCS报警系统的改进，并在2009年推出正式的工业告警管理国际标准-ISA-18.2 (ANSI/ISA-18.2-2009 Management of Alarm Systems for the Process Industries)o表2风险标准表SSI盘全后果(5、医疔艺淫，怛工作遂限？ 轻伤1-2/死亡或丧生劳动就力| 3-SASS报善后人萸牛响应的后军蚌境名果CE)一次孚故百接轻济损共
9、在 万元以下企化畀区外中等无霁I排放中等里的有雪有害污采度弃物i半年以上可族豆企业界区外中等.弓二；排祯 中存里的有喜有害污德底弃 E法1； I戌E系貌内或防拍堤内泄布， 不诂市污染或耗击人员N应的紧急程P2P2迅理行动护打即行幼 Km in)15min)在HAZOP分析的基础上，可以对报警进行分类和优化，以使报警系统能够在正确的时间、以正确 的优先级为操作人员提供正确的信息。报警优先级的确定可以帮助操作人员确定对哪一个报警做出响 应。一般通过两个因素确定报警的优先级：不做响应所产生后果的严重程度和紧迫程度。表1是康安报 过程安全为某公司制定的报警优先级评价矩阵。在HAZOP分析基础上，对报警
10、进行分类，根据报警的 等级对每一类报警进行分类管理，从而减少操作人员的报警负担、减少丢失关键报警的可能，提升操作 人员响应报警的有效性，优化安全保护层报警风险的降低。表3 HAZOP分析表POSSIBLE CAUSESCOXSEQUEHCES后果SAIEGtJARDS贿曲KEC i 建议, 口RECOMEmilOIIS人员后果后果后果根雪后人员采观鼬联锁控制K也障号晅应蛾爨，桓 坏反应署12.PAHK221,WfiiZ 剂，关血跛寸1，舟- 2匚打甲三，:F 日二 14.BH1223/1M2F也1凯房控利祁眉控利共 用建楠城立帆力表， 龊皿系绷拉设置奇采用 宜UI嘛须CPP2皿?灿腱后底瓢 表
11、专业进伽诟眦 翻后脚外人戏,源常原因，戢上游糊流默D-如碰 门如控丽玄 21二：反应部腕 mu- ho1. FA1004/PALDD52. L5L333i/UL331/LALL331撮警:3肩源自自R1翻地却龊值邮献为 3DU-赭建置联觥车C:1朗口南戒为瓯博，目 苛LMWW郁性,1二M 磁，也实际唾作中我 旌于孺时，龄员 才翱娜庶现鼬 础抄如有异常，手 掘3.2 LOPA分析与SIL定级（1）保护层“洋葱”模型化工企业为防止事故的发生往往都设置了层层的防护措施。一个典型化工企业安全防护层如下图所 示，主要有：a）具备固有过程安全设计特性（工艺、动设备、静设备）；b）基本过程控制系统（DCS，
12、PLC）；c）超限报警和操作员人工介入；d）安全仪表系统（ESD，FSC）；e）主动物理防护措施（安全阀、爆破片）；f ）被动物理防护（围堰、隔离系统）；g）工厂和社会的应急响应程序。勘咐瞄俄晒图4 “洋葱”模型图Figure 4- The Onion model（2）安全完整性等级（SIL）安全完整性等级（SIL）是以IEC61508及IEC61511中所涉及的反应失效概率（PFD）为基准的。标准中将反应失效概率划分为四个范围，并对应相应的SIL等级。表4给出了与每一个SIL等级所对应 的反应失效概率（PFD）的范围及相应的风险降低因子（RRF）。表4安全完整性等级（SIL）及相应的PFD及
13、RRFSILPFDRRF4 10-5 a 10 000 a 10-4 a 1000 a 10-3 a 100 a 10-2 a 10 a2店CliiW 37 5 kWJtfr?it K Elqpse 2 5 KWAH3屈 ModelsDfesia Oder Gtouaz一抵囹皿龄！图7法兰泄漏后果模拟图Figure 7- The Simulation of the consequences of the leakage of the flange探测时间评估在通常情形下，操作工会进行日常的设备巡检。现场操作工听到泄漏声响也许在泄漏后的15-20 分钟。现场气体探测器的探测时间可能在5-10分钟
14、。从CCR察觉泄漏的可能性很小。万一起火，现 场操作工可能在15-20分钟以后发现，或者由于影响到周围的电缆和设备而被更早一些发现。确定工艺控制措施中控室控制措施当主控室确认泄漏或者火灾，在主控的键盘操作员将按下紧急停车按钮711HS020.进行紧急停车处 理（脱硫系统停车后切断进料阀711XV001和脱硫系统出料阀711FV004，系统处于保压状态，无自动 泄压）.此过程将用时大于5分钟（收到可燃气体报警后，需现场操作工确认，然后再决定按停车按钮）。现场控制措施由于泄漏气体的特性，现场操作人员发现泄漏后，可以按下现场一层紧急停车按钮711HS 018/019 或顶层 711HS016/017
15、。火灾或者泄漏的后果如果着火，喷射火焰大约为5m长，将会喷射到邻近的管道。在火焰辐射半径7m以内的设备：钢结构设备需要保护，设备电缆可能已经被损坏了。在火焰辐射半径7m以外的设备（辐射值小于2.5KW/M2）:应急人员可以在7m以外进行人工扑灭。注意：以上的假设模拟没有考虑风向这一个重要参数。优先的消防措施由于需要时间来进行泄压处理，主要的防护措施为冷却周围临近的设备设施。如没有起火由于缺少远程控制的泄压阀，中控室无法进行泄压，只能由现场操作人员进行泄压。现场操作人员接临时氮气管（公用站距离泄漏点约100-150m），对泄漏气体进行稀释。现场在6.5m（热辐射值不大于4kW/m2）外设置警戒线，防止人员进入。如起火现场操作人员或消防队人员利用消防栓对临近设备进行降温冷却，包括冷却周围设备（天然气 分液罐711V01，精脱硫槽711V05，保护分析小屋）消防设备的配备手动有效的喷淋水利用率为50%所需消防水的有效覆盖率为2L /m2/min需覆盖的区域为100m2每个水带可供出水率为500L/min可以确定一个消防水带将能够满足灭火或者冷却设备的要求。
