宋蓉楓

（中建安裝工程有限公司，南京 210000）

石油化工裝置基本處于高溫高壓、連續(xù)運(yùn)行的狀態(tài)[1]。為了降低生產(chǎn)的風(fēng)險、減少事故和職業(yè)危險，識別出系統(tǒng)中可能存在的設(shè)計缺陷、設(shè)備故障、作業(yè)過程中的人員失誤等可能帶來的各種后果，是非常必要的。因此，在生產(chǎn)裝置投入前，進(jìn)行全面的危險與可操作性HAZOP分析，并且提出控制或降低風(fēng)險以及改善工藝系統(tǒng)可操作性的措施，從而防止事故的發(fā)生或減小事故可能的后果顯得極為重要。

1 烷烴脫氫裝置工藝特點

烷烴脫氫裝置工藝流程包括烷烴脫氫預(yù)加氫部分、烷烴脫氫反應(yīng)和C5C6異構(gòu)化部分。

預(yù)處理部分采用北京安耐吉公司開發(fā)的石腦油加氫技術(shù)。采用傳統(tǒng)加氫流程，在低空速、高氫分壓和高氫油比下進(jìn)行，用于生產(chǎn)低硫石腦油或重整原料預(yù)加氫精制。使用該技術(shù)可以有效地脫除劣質(zhì)原料油中的有害物質(zhì)，使加氫產(chǎn)品的硫、氮含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）＜0.5×10-6，滿足烷烴脫氫裝置長周期運(yùn)行的需要。

烷烴脫氫反應(yīng)部分使用石科院的烷烴脫氫技術(shù)和催化劑。采用催化劑兩段裝填、兩段混氫工藝，第一和第二反應(yīng)器裝填PR-C催化劑，第三和第四反應(yīng)器裝填PR-D催化劑。兩段裝填技術(shù)與一段裝填技術(shù)相比，可以充分發(fā)揮2種催化劑的各自優(yōu)勢，改善整個操作周期催化劑的選擇性、活性和穩(wěn)定性，增加烷烴脫氫產(chǎn)品收率，延長運(yùn)轉(zhuǎn)周期[2]。

C5C6異構(gòu)化部分采用北京安耐吉公司開發(fā)的異構(gòu)化改質(zhì)技術(shù)。該技術(shù)以加氫精制過的混合C5C6組分為原料，在臨氫的條件下，C5C6組分與含鉑（鈀）的強(qiáng)酸性催化劑接觸所發(fā)生的結(jié)構(gòu)異構(gòu)化反應(yīng)，將原料中低辛烷值的正構(gòu)烷烴餾分改質(zhì)為辛烷值相對較高的異構(gòu)烷烴，從而提高辛烷值。

2 危險與可操作性HAZOP分析

2.1 HAZOP方法基礎(chǔ)

HAZOP方法是基于這樣一個概念，即各個專業(yè)、具有不同知識背景的人員所組成的分析團(tuán)隊一起工作，比獨自一人工作更具有創(chuàng)造性與系統(tǒng)性，能識別更多的問題，其具體形式為頭腦風(fēng)暴[3]。

使用的概率公式為

式中：P（A∥B∥C）為 A、B、C 并行工作時正確完成功能的概率；P（A）、P（B）、P（C）分別為 A、B、C 正確完成功能的概率。

顯然

2.2 HAZOP分析簡介

HAZOP分析是一種用于辨識設(shè)計缺陷、工藝過程危害及操作性問題的結(jié)構(gòu)化分析方法。該方法的本質(zhì)是由各專業(yè)人員組成的分析團(tuán)隊，按規(guī)定的方式系統(tǒng)地研究每一個單元即分析節(jié)點，分析偏離設(shè)計工藝條件的偏離所導(dǎo)致的危險和可操作性問題。表1所示為HAZOP分析表。

表1 HAZOP分析表Tab.1 HAZOP analysis table

HAZOP原理為從偏離出發(fā)，反向檢查分析導(dǎo)致偏離的原因，正向檢查偏離導(dǎo)致的不利后果，識別現(xiàn)有的安全措施，進(jìn)行風(fēng)險評估，如果風(fēng)險不可接受則提出相應(yīng)的建議措施。

2.3 HAZOP分析流程

HAZOP分析需要將工藝圖或操作規(guī)程劃分為分析節(jié)點或操作步驟，然后用引導(dǎo)詞找出過程的危險，得到偏離的原因、后果、安全措施、建議等結(jié)果。HAZOP分析的流程如圖1所示。

圖1 HAZOP分析流程Fig.1 HAZOP analysis flow chart

3 使用HAZOP對烷烴脫氫裝置進(jìn)行分析

HAZOP可應(yīng)用在系統(tǒng)的整個生命周期，包括概念和定義階段、設(shè)計和開發(fā)階段、制造和安裝階段、操作和保養(yǎng)階段、停止使用和報廢階段等各個階段[4]。在此所舉的烷烴脫氫裝置HAZOP分析應(yīng)用實例，是在裝置的詳細(xì)工程設(shè)計階段。

3.1 劃分節(jié)點

節(jié)點指工藝或操作中的特殊點，將系統(tǒng)劃分成節(jié)點時一般會綜合考慮節(jié)點的目的與功能、節(jié)點物料及合理的切斷點等因素，常見的節(jié)點類型有反應(yīng)器、容器、塔、管線、換熱器、加熱爐、泵、壓縮機(jī)以及它們的結(jié)合等。

根據(jù)對工藝過程的理解和應(yīng)用實踐，將該裝置工藝系統(tǒng)共劃分了14個節(jié)點，如表2所示。

3.2 確定節(jié)點偏離

對于每一個節(jié)點，HAZOP分析組以正常操作運(yùn)行的工藝參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)值，分析運(yùn)行過程中工藝參數(shù)的變動（即偏離），這些偏離通過引導(dǎo)詞和工藝參數(shù)引出。確定偏離最常用的方法是引導(dǎo)詞法，即：偏離=引導(dǎo)詞+工藝參數(shù)[5]。

表2 節(jié)點描述示例Tab.2 Node description example

根據(jù)對過程的理解，HAZOP主席依據(jù)一些規(guī)則過濾了一些偏離。在此HAZOP分析共使用參數(shù)19個，偏離30個，如表3所示。

表3 偏離及描述示例Tab.3 Deviation and description example

3.3 HAZOP分析

3.3.1 偏離原因分析

通過尋找節(jié)點內(nèi)所有可能導(dǎo)致偏離出現(xiàn)的影響因素，就可以確定導(dǎo)致偏離發(fā)生的具體原因。其原因可能是設(shè)備故障、人為失誤、控制儀表故障、不可預(yù)見的工藝狀態(tài)（如組分變化）等。應(yīng)該注意的是，引起偏離的原因不是導(dǎo)致后果的原因，原因應(yīng)在節(jié)點內(nèi)尋找，還要關(guān)注P&ID以外的可能引起偏離的原因。

3.3.2 偏離后果分析

分析時首先應(yīng)假設(shè)所有保護(hù)措施都失效，造成工藝危害事故的后果。工藝單元內(nèi)偏離一旦出現(xiàn)，偏離的情況不同，對整個工藝系統(tǒng)影響的程度也不同。分析團(tuán)隊?wèi)?yīng)仔細(xì)推敲偏離程度，并結(jié)合所掌握的工藝和設(shè)備、物料介質(zhì)等相關(guān)信息，判斷出偏離可能的影響后果。由此，在對偏離進(jìn)行后果分析時，除了依靠分析團(tuán)隊成員的經(jīng)驗，還要求分析團(tuán)隊從偏離的最嚴(yán)重的后果去考慮。

3.3.3 風(fēng)險矩陣的應(yīng)用

將風(fēng)險矩陣應(yīng)用于HAZOP分析，結(jié)合風(fēng)險矩陣，利用事故的后果嚴(yán)重等級和事故發(fā)生頻率等級在風(fēng)險矩陣中計算事故的風(fēng)險等級。利用表4所示風(fēng)險矩陣，后果從人員傷害、財產(chǎn)損失、環(huán)境影響等3個方面進(jìn)行評估；可能性存在8個方面，即從極不可能的、很稀少的、稀少的、也許的、可能的、非?？赡艿?、經(jīng)常的、非常頻繁的。

表4 風(fēng)險評估等級Tab.4 Risk rating scale

根據(jù)表4，業(yè)主方可以接受的風(fēng)險等級為≤7級，>7級的風(fēng)險表示企業(yè)不可接受。

3.3.4 安全措施分析

安全措施是指設(shè)計的工程系統(tǒng)、調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)以及管理系統(tǒng)，用以避免或減輕偏離發(fā)生時所造成后果的可能性與嚴(yán)重度。安全措施分為防止措施和減緩措施。防止措施是防止一個或更多的嚴(yán)重失事點的發(fā)生，如指示、報警、自動調(diào)節(jié)、聯(lián)鎖、操作規(guī)程等。減緩措施的作用是減少一個失事點的后果嚴(yán)重度，是緊跟在失事點后面所做的安全措施，如安全閥、阻火器、泄漏/火災(zāi)檢測報警儀、防爆墻、緊急響應(yīng)、圍堰、沙袋等。

3.3.5 建議措施

分析團(tuán)隊通過對目標(biāo)裝置單元進(jìn)行HAZOP分析，根據(jù)剩余風(fēng)險情況，提出建議措施。目的是提示目標(biāo)裝置內(nèi)的隱藏風(fēng)險，同時希望通過落實建議措施的實際行動，消除和降低潛在的工藝危害風(fēng)險。

3.3.6 分析結(jié)論

分析團(tuán)隊對烷烴脫氫裝置工藝系統(tǒng)進(jìn)行了全面、系統(tǒng)的HAZOP分析，劃分了14節(jié)點，對節(jié)點涉及到的偏離、原因、后果、保護(hù)措施進(jìn)行了詳盡的分析；提出了29條建議措施，其中包括總體類、設(shè)備（包括儀表、管線）相關(guān)的措施、DCS及SIS相關(guān)措施、確認(rèn)核實類等。

表5給出了1節(jié)點的1個偏離的HAZOP分析報告示例。

表5 HAZOP分析報告示例Tab.5 HAZOP report example

表5中：

（1）L為原因發(fā)生的頻率，數(shù)字1～8分別對應(yīng)：1.極不可能的；2.很稀少的；3.稀少的；4.也許的；5.可能的；6.非?？赡艿?；7.經(jīng)常的；8.非常頻繁的。

（2）S為后果的嚴(yán)重性，數(shù)字1～8分別對應(yīng)：1.可以忽略的；2.輕度；3.中度；4.高度；5.重大；6.擴(kuò)大的；7.嚴(yán)重；8.極度嚴(yán)重。

（3）RR為原始最高風(fēng)險等級，為假設(shè)所有現(xiàn)有保護(hù)措施失效的情況下評估出來的風(fēng)險級別。

（4）RR1為剩余最高風(fēng)險等級1，為現(xiàn)有安全措施起作用后的風(fēng)險級別。

（5）RR2為剩余最高風(fēng)險等級2，為現(xiàn)有安全措施以及所提建議措施起作用后的風(fēng)險。

（6）事故劇情的風(fēng)險等級以數(shù)字表示，就是根據(jù)頻率和嚴(yán)重性可以在風(fēng)險矩陣?yán)锏玫?個相應(yīng)的數(shù)字，括號內(nèi)的數(shù)字為后果的分類：1.人員；2.財產(chǎn)；3.環(huán)境。

例如，表5中的頻率6和嚴(yán)重性5落在表4所示風(fēng)險矩陣的“10”格內(nèi)；其 RR 為 10（1）；顯示出的RR1為7（1），這是考慮到安全措施后的風(fēng)險等級，對原因發(fā)生的頻率和后果的嚴(yán)重度分別進(jìn)行消減；RR2為6（1），是考慮到建議措施后的風(fēng)險等級。根據(jù)表4，業(yè)主方可以接受的風(fēng)險等級≤7級，＞7級的風(fēng)險企業(yè)不可接受，反應(yīng)了該建議措施所對應(yīng)問題的嚴(yán)重程度，因此也代表了建議措施實施執(zhí)行的優(yōu)先等級。

4 結(jié)語

通過HAZOP分析，識別出系統(tǒng)中可能存在的設(shè)計缺陷、設(shè)備故障、作業(yè)過程中的人員失誤等可能帶來的各種后果；提出控制或降低風(fēng)險以及改善工藝系統(tǒng)可操作性的措施，從而防止事故的發(fā)生或減小事故可能的后果；對每一個“原因-后果”對偶形成的危險進(jìn)行了風(fēng)險評估。

為了以后進(jìn)一步提高HAZOP分析的效果，更好地利用分析結(jié)果，建議將HAZOP分析的記錄結(jié)果應(yīng)用于后續(xù)的操作人員培訓(xùn)中，以使分析團(tuán)隊的經(jīng)驗得以掌握，提高操作人員分析問題和解決問題的能力；建議依據(jù)HAZOP分析結(jié)果進(jìn)行操作規(guī)程的編寫或完善；在安裝施工前應(yīng)該進(jìn)行一次HAZOP分析回顧，盡可能避免安裝施工階段可能出現(xiàn)的變更；對于HAZOP分析結(jié)果中風(fēng)險較高的事故劇情進(jìn)行保護(hù)層分析LOPA，進(jìn)一步定量確定安全措施能否使風(fēng)險降低到企業(yè)可接受程度。

[1]張亦林.HAZOP技術(shù)在華工該裝置中的應(yīng)用[J].石油化工自動化，2012，48（5）：33-36.

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[3]張英太.危險與可操作性研究（HAZOP）在石化裝置風(fēng)險評估中的應(yīng)用[D].北京：北京化工大學(xué)，2011.

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[5]姜巍巍，趙文芳，李奇，等.環(huán)氧乙烷罐區(qū)HAZOP風(fēng)險分析及后果模擬[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2007，33（2）：143-155.