高曉根 李 勁 計維安 趙 健 劉 薔 宋 彬

（1.中國石油西南油氣田公司天然氣研究院）

（2.中國石油西南油氣田公司川中油氣礦凈化廠）

隨著天然氣工業(yè)的快速發(fā)展，天然氣生產(chǎn)的地面建設(shè)工程規(guī)模日趨擴大，工藝過程日趨復(fù)雜。為保證工程的優(yōu)質(zhì)建設(shè)、平穩(wěn)投產(chǎn)、安全運營，傳統(tǒng)的風(fēng)險管理控制模式顯然與新形勢下的管理要求不相適應(yīng)，因此在項目進行的各個階段引入危險與可操作性（HAZOP）分析技術(shù)，從專業(yè)技術(shù)角度提出項目風(fēng)險管理控制措施，以更加科學(xué)的方法去決策和管理項目，防范風(fēng)險和隱患是很有必要的。

HAZOP（Hazard and Operability Study，以下簡稱HAZOP）分析是一種系統(tǒng)化和結(jié)構(gòu)化的定性危險評價手段，用于探明生產(chǎn)裝置和工藝過程中的危險及其原因，尋求必要對策。通過分析生產(chǎn)運行過程中工藝狀態(tài)參數(shù)的變動，操作控制中可能出現(xiàn)的偏差，以及這些變動與偏差對系統(tǒng)的影響及可能導(dǎo)致的后果，找出出現(xiàn)變動偏差的原因，明確裝置或系統(tǒng)內(nèi)及生產(chǎn)過程中存在的主要危險、危害因素，并針對變動與偏差的后果提出應(yīng)對措施，是一套行之有效的系統(tǒng)分析方法［1］。

HAZOP作為一種風(fēng)險分析評價技術(shù)，自開發(fā)建立以來，已得到越來越廣泛的應(yīng)用。目前在國際上，HAZOP已被石油化工和工程建設(shè)公司視為確保設(shè)計和運行完整性的通用方法。通過HAZOP分析，可以發(fā)現(xiàn)設(shè)計方案和布局不合理、配套設(shè)施不完整、腐蝕及承壓材料選擇不當(dāng)、安全儀表完整性等級不夠等方面的問題，并提出建議和改進措施以彌補缺陷［2－5］。

然而，我國目前還沒有一套完整的實施HAZOP分析的方法。對天然氣凈化廠（含脫硫、脫碳、脫水、硫磺回收、尾氣處理和必要的公用工程及服務(wù)設(shè)施）的HAZOP分析及其相關(guān)的風(fēng)險評估，迄今國內(nèi)外文獻中鮮有報導(dǎo)，并無可借鑒的成熟經(jīng)驗。

近年來，中國石油西南油氣田公司天然氣研究院（以下簡稱“天然氣研究院”）采用改進的HAZOP分析方法完成了10余套新建、在役裝置的HAZOP分析，內(nèi)容涉及集輸、脫硫、脫水、脫烴、硫磺回收、LNG回收、提氦等多個專業(yè)領(lǐng)域，每套裝置均找出數(shù)十個與安全或操作相關(guān)的問題，為天然氣開發(fā)生產(chǎn)的工藝安全管理系統(tǒng)提供了技術(shù)支撐，對保障此類裝置的安全運行起到了重要作用。

本文以天然氣凈化在役裝置的HAZOP分析工作實踐為例，介紹HAZOP技術(shù)的分析過程和應(yīng)用效果，可為其他石油化工在役裝置開展HAZOP分析工作提供思路和參考。

1 天然氣凈化廠在役裝置HAZOP分析的必要性

天然氣凈化領(lǐng)域主要安全生產(chǎn)特點：一是原料天然氣屬于易燃、易爆、有毒氣體，過程酸氣屬于H2S濃度較高的劇毒氣體，一旦發(fā)生大面積泄漏，將導(dǎo)致重大安全事故，造成人員傷亡和經(jīng)濟損失，并引發(fā)環(huán)境污染事件。二是高溫高壓工況。天然氣凈化工藝通常是在高壓下對原料天然氣進行脫硫、脫水，在中溫下進行脫硫、脫水溶劑的再生，并在高溫下實現(xiàn)H2S轉(zhuǎn)化為硫磺。因此，當(dāng)裝置出現(xiàn)意外引起高壓竄低壓時，可能會造成低壓設(shè)備和管線發(fā)生爆裂，導(dǎo)致有毒或高溫介質(zhì)擴散［6］。

凈化廠在役裝置屬于裝置生命周期的操作和維護階段，裝置在役運行過程中，企業(yè)會根據(jù)生產(chǎn)情況和設(shè)備使用情況對裝置進行局部改進。在執(zhí)行任何可能影響系統(tǒng)安全性和可操作性或?qū)Νh(huán)境有影響的改動之前，如果運用HAZOP分析，辨識裝置上下游之間、局部與整體之間可能存在的矛盾，可預(yù)先采取措施消除因改動可能造成的潛在危害。此外，不少在役裝置由于建設(shè)時間較長，設(shè)備和管線都存在一定的老化現(xiàn)象，而且根據(jù)早期的設(shè)計理念，大部分儀控系統(tǒng)安全等級選擇較低，裝置的安全可操控級別遠低于當(dāng)前的安全要求，因此為了及早發(fā)現(xiàn)裝置存在的潛在安全風(fēng)險，對在役裝置開展HAZOP分析工作至關(guān)重要。

2 天然氣凈化廠在役裝置HAZOP工作實例

2011年，天然氣研究院負責(zé)實施了對西南油氣田公司下屬蜀南氣礦隆昌天然氣凈化廠隆昌分廠等11個廠的8列20套凈化裝置的HAZOP分析。

天然氣研究院接到HAZOP分析任務(wù)后，針對4個典型天然氣凈化廠分別成立了分析小組，各小組負責(zé)人均為參與集團公司HAZOP分析師培訓(xùn)人員。其嚴格遵守HAZOP分析方法要求并參考Q／SY 1364－2011《危害與可操作性分析技術(shù)指南》的規(guī)定，組織天然氣研究院和上述在役裝置所屬二級單位的工藝、自控、設(shè)備、電子和安全等專業(yè)人員分別組成了各在役裝置HAZOP分析小組。各小組成員的專業(yè)背景和從業(yè)經(jīng)歷經(jīng)過嚴格審核，小組成員包括技術(shù)專家、生產(chǎn)管理人員、基層操作人員和天然氣研究院分析人員等。

2.1 項目簡介及分析對象［5］

本次HAZOP分析對象為西南油氣田天然氣凈化在役裝置，包括天然氣MDEA脫硫、砜胺法脫硫、常規(guī)克勞斯硫磺回收、MCRC硫磺回收、CBA硫磺回收、LocatⅡ硫磺回收和TEG脫水等工藝，涵蓋4個二級單位11個廠的8列20套裝置，分析對象主體裝置具體情況見表1所示。

表1 典型天然氣凈化廠HAZOP分析范圍Table 1 HAZOP analysis scope of typical natural gas purification plant

2.2 HAZOP工作流程

2.2.1 資料收集

HAZOP工作的開展，需要建立在完善﹑準(zhǔn)確的工藝安全信息基礎(chǔ)上，在役裝置的HAZOP分析工作需要的主要技術(shù)資料包括：物料危害數(shù)據(jù)資料、設(shè)備設(shè)計資料、工藝設(shè)計資料以及相關(guān)技術(shù)協(xié)議。其中，各項設(shè)計資料必須與當(dāng)前工藝系統(tǒng)相吻合，相關(guān)技術(shù)協(xié)議主要包括裝置歷次分析評價的報告、相關(guān)的技改、技措記錄和檢維修記錄、裝置歷次事故記錄及調(diào)查報告、裝置的現(xiàn)行操作規(guī)程和規(guī)章制度等。

由于裝置在運行過程中，可能發(fā)生工藝或設(shè)備變更，存在資料不完善或與當(dāng)前生產(chǎn)實際不吻合的情況，因此需要分析小組確認工藝安全信息資料與裝置現(xiàn)場實際情況的符合性，以確保分析資料的真實、有效。

2.2.2 組建 HAZOP分析小組

HAZOP分析小組的知識、技術(shù)與經(jīng)驗對確保分析結(jié)果的準(zhǔn)確度和深度至關(guān)重要。本次HAZOP分析小組包括特邀天然氣凈化工藝技術(shù)專家、HSE專家、小組主持人、記錄員、生產(chǎn)單位管理人員以及來自分析單位和生產(chǎn)單位的工藝工程師、設(shè)備工程師、儀表工程師、HSE工程師和操作技師等。

2.2.3 預(yù)分析

在已獲得技術(shù)資料的基礎(chǔ)上，小組成員在小范圍內(nèi)對分析對象進行了預(yù)分析。了解系統(tǒng)設(shè)計意圖，明確裝置運行過程中對系統(tǒng)進行的修改。通過對資料的預(yù)分析，初步了解分析對象的工藝流程和物料傳遞過程發(fā)生的物理或化學(xué)變化狀態(tài)，確定系統(tǒng)中的重要或關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

2.2.4 召開HAZOP分析評價會議

在完成現(xiàn)場初步調(diào)研、資料收集及預(yù)分析等準(zhǔn)備工作后，于2011年9月～10月陸續(xù)召開了現(xiàn)場HAZOP分析會議。在HAZOP正式會議開始前，由小組主持人負責(zé)對參與HAZOP分析的小組成員進行HAZOP方法的培訓(xùn)。小組成員按照HAZOP分析方法的分析程序劃分節(jié)點，針對各節(jié)點逐個進行分析，確定偏差，分析偏差產(chǎn)生的原因，分析偏差導(dǎo)致的后果，列出現(xiàn)有的保護措施，評估風(fēng)險等級，提出建議措施等。會議期間還對現(xiàn)場存在的一些技術(shù)和環(huán)境問題進行了討論和分析。

2.2.5 單個偏差分析實例

以天然氣凈化裝置中的脫硫、脫水吸收塔為例，吸收塔無液位偏差的分析過程如下。

（1）偏差：脫硫、脫水吸收塔無液位；

（2）原因：液位變送器（LT－01）失效顯示虛假的高液位；

（3）后果：高壓天然氣竄入低壓再生系統(tǒng)，超壓引發(fā)事故；

（4）建議措施：經(jīng)分析計算，原有安全系統(tǒng)等級偏低，建議設(shè)置獨立的雙回路控制、聯(lián)鎖，即增加LT－02。同時將LIA－01和 ESD－01移至 LIA－02和ESD－02位置，提升安全系統(tǒng)等級。

2.2.6 編制 HAZOP分析報告

整理HAZOP分析會議記錄，匯總分析記錄表，按照HAZOP分析報告格式編制分析報告。

在分析會議完成后，各HAZOP分析項目組對記錄表進行了整理，并將措施建議提交各生產(chǎn)單位確認。各單位分別就建議措施情況進行了逐條詳細回復(fù)，并對不采納項進行說明。此次工作共分析了4個典型天然氣凈化廠，裝置20套，劃分節(jié)點102個，偏差1 573項，提出措施建議171項，其中各二級單位接受或部分接受149項，接受率約為87%。

2.3 分析結(jié)論總結(jié)

隨著近年來對安全環(huán)保要求的提升以及安全控制技術(shù)的進步，天然氣處理廠（站）風(fēng)險控制手段日趨完善。通過此次HAZOP分析發(fā)現(xiàn)，西南油氣田公司在役裝置建設(shè)時間跨度較大，部分老裝置的風(fēng)險控制手段還有待提高，目前主要存在的問題如下：

（1）存在脫硫、脫水吸收塔高壓天然氣竄入低壓系統(tǒng)的可能性；

（2）常規(guī)及延伸類（包括MCRC和CBA）Claus硫磺回收裝置中的燃燒爐燃燒器保護不足；

（3）Claus硫磺回收裝置余熱鍋爐在停電情況下存在“燒干鍋”的可能性；

（4）關(guān)鍵閥門設(shè)計標(biāo)識不清；

（5）就地放空、排污，注水口、呼吸短節(jié)或公用工程甩頭閥門后缺少盲板、盲法蘭或堵頭；

（6）進入放空及排污管路的放空、排污未采用雙閥控制；

（7）就地指示及報警設(shè)置不足；

（8）針對設(shè)備內(nèi)漏的分析化驗制度不完善；

（9）可燃及有毒氣體報警儀設(shè)置不足；

（10）干氣中三甘醇夾帶嚴重（通過工藝計算可分析原因）；

（11）三甘醇再生廢氣未焚燒排放；

（12）總圖布置不合理，維修困難；

（13）消防泵未配備發(fā)電機。

以下將對部分典型問題進行詳細說明：

（1）脫硫、脫水吸收塔存在高壓天然氣竄入低壓系統(tǒng)的可能性，如MDEA脫硫塔、三甘醇脫水塔自動化控制及聯(lián)鎖設(shè)計不足，脫硫、脫水吸收塔液位調(diào)節(jié)閥失效開將導(dǎo)致高壓天然氣竄入再生低壓系統(tǒng)，引發(fā)事故，如圖1所示。

在常規(guī)分析的基礎(chǔ)上引入SIL（Safety Integrity Level，安全完整性等級）分析得出，吸收塔（脫硫、脫水）液位控制及聯(lián)鎖應(yīng)設(shè)置獨立的雙回路控制和聯(lián)鎖系統(tǒng)。

（2）常規(guī)及延伸類（包括 MCRC和CBA）克勞斯硫回收工藝過程中的燃燒爐燃燒器保護不足問題。

燃燒爐中燃燒器的工作環(huán)境溫度可達上千度，需要采用氮氣冷卻進行保護。如因閥門誤關(guān)閉造成氮氣斷流或因閥門未全開造成氮氣流量不足，會造成燃燒器損壞，進而導(dǎo)致裝置停產(chǎn)。目前，分析的多數(shù)凈化廠裝置中該路氮氣管線上僅設(shè)有就地流量檢測儀表，不能有效地保證裝置正常運行。建議在該路氮氣管線上增加遠傳流量檢測儀表，同時設(shè)置低流量報警，并將管路上閥門鎖定開啟狀態(tài)以保證燃燒器能正常工作。

克勞斯硫回收裝置燃燒爐中燃燒器保護氮氣管路的現(xiàn)狀與改造建議詳見圖2。

（3）Claus余熱鍋爐在停電情況下存在“燒干鍋”的可能。圖3為典型常規(guī)克勞斯硫回收裝置余熱鍋爐流程圖。在停電時，硫回收裝置余熱鍋爐除氧水會出現(xiàn)倒流現(xiàn)象，導(dǎo)致“燒干鍋”，從而使余熱鍋爐損壞，酸氣外泄造成人員中毒。

建議在余熱鍋爐除氧水供水管道上設(shè)置單向閥。

（4）部分關(guān)鍵閥門標(biāo)識不清。在分析過程中發(fā)現(xiàn)，部分廠（站）關(guān)鍵閥門標(biāo)識不清，設(shè)計圖紙中未標(biāo)明關(guān)鍵閥門應(yīng)保持的狀態(tài)，存在一定的安全隱患。以安全閥前后切斷閥為例，安全閥為裝置中重要的安全保護設(shè)施，若其前后切斷閥關(guān)閉則不能起到保護作用，故應(yīng)通過掛牌上鎖確保其前后切斷閥保持常開狀態(tài)。

安全閥前后切斷閥掛牌上鎖保持鎖開的改造建議詳見圖4。

（5）就地放空、排污或公用工程甩頭閥門后缺盲板、盲法蘭或堵頭。天然氣凈化廠的主要工作介質(zhì)為天然氣和酸氣等易燃、易爆、有毒氣體，若發(fā)生泄漏會造成火災(zāi)、爆炸、人員中毒等二次傷害。為了降低泄漏發(fā)生的可能性，建議在易燃、易爆、有毒介質(zhì)的就地排放或公用工程甩頭單閥后設(shè)置盲法蘭、盲板或堵頭。通過圖紙分析和現(xiàn)場核對，發(fā)現(xiàn)天然氣凈化廠中部分就地排放或公用工程甩頭閥門后缺盲法蘭、盲板或堵頭。

在易燃、易爆、有毒介質(zhì)的就地排放或公用工程甩頭閥門后設(shè)置盲法蘭、盲板或堵頭的改造建議詳見圖5所示。

（6）進入管路的放空、排污未采用雙閥控制。天然氣廠（站）有相當(dāng)數(shù)量的設(shè)備、管道為高壓，其工作介質(zhì)為有毒有害物質(zhì)，若排污閥門失效將導(dǎo)致有毒有害物質(zhì)進入排污系統(tǒng)，造成設(shè)備損壞、人員中毒等事故。

對于壓力較高且輸送介質(zhì)有毒有害的放空或排污管道，建議設(shè)置雙閥以降低事故發(fā)生的概率。

3 結(jié)論

此次HAZOP工作實踐充分表明，將HAZOP分析方法運用于天然氣凈化廠在役裝置分析，可以識別出裝置在生產(chǎn)運行中潛在的危害因素，為在役裝置工藝系統(tǒng)的安全操作與運行管理、更新操作規(guī)程、大修或技改提供指導(dǎo)意見。

在役裝置有別于新建裝置，在役裝置HAZOP分析時應(yīng)注意以下幾方面問題：

（1）經(jīng)過技術(shù)改造的局部流程如與原設(shè)計不一致，需要對現(xiàn)行流程進行準(zhǔn)確描述；

（2）在現(xiàn)場進行HAZOP分析工作，不僅方便核實裝置現(xiàn)狀，也能將HAZOP分析方法向更多的現(xiàn)場技術(shù)人員進行推廣，可在保證分析質(zhì)量的同時，使HAZOP分析方法在生產(chǎn)實際中得到更加廣泛的應(yīng)用；

（3）分析過程中，部分引入了工藝、設(shè)備計算方法（水合物形成預(yù)測和脫硫吸收塔計算等）、安全等級（SIL）和定量風(fēng)險分析（QRA）等定量或半定量的分析方法，可有效地提高HAZOP這種定性分析方法的準(zhǔn)確性。

［1］International Electrotechnical Commission.IEC61882－2001：Hazard and operability studies（HAZOP studies）－ Application guide［S］.Lundon British，British Standards Institution（BSI），2001：1－56.

［2］郭麗杰，康建新.石化裝置基于風(fēng)險的HAZOP分析方法［J］.化學(xué)工程，2012，5（40）：70－74.

［3］中國石油化工股份有限公司青島安全工程研究院.HAZOP分析指南［M］.北京：中國石化出版社，2008.

［4］夏太武，袁樹海，熊鋼.天然氣研究院首次完成天然氣凈化處理裝置的 HAZOP分析［J］.石油與天然氣化工，2010，39（3）：229.

［5］吳國霈，陳雪峰，羅璇宇.RBI技術(shù)在天然氣處理廠應(yīng)用中的啟示［J］.石油與天然氣化工，2011，40（2）：218－222.

［6］李勁，陳賡良.對天然氣凈化廠HAZOP分析的認識［J］.石油與天然氣化工，2011，40（3）：223－227.