HAZOP分析在HYCO工艺装置项目设计阶段的应用

李晓波(广钢气体广州有限公司，广东 广州 510000)

0 引言

随着社会经济的高速发展，危险化学品装置也在向大型化、复杂化、自动化的方向高速发展，给危险化学品装置的安全设计和安全管理带来巨大挑战。为保障人民群众的利益和社会环境的健康发展，国家安全监管总局在“十二五”规划中强调，继续推动中央企业开展化工生产装置HAZOP，积极推进新建危险化学品建设项目在设计阶段应用HAZOP，逐渐将HAZOP应用范围扩大至涉及有毒有害、易燃易爆，以及采用危险化工工艺的化工装置[1]。因此，危险化学品经营公司在项目建设设计阶段，采取充分且必要的安全审查显得尤其重要。

1 HAZOP分析方法的目的和意义

危险性和可操作性分析(hazard and operability，HAZOP)，是从系统过程的角度去具体讨论工艺装置的一种辨识设计缺陷、工艺过程危害、安全环保问题等的危险性评价及应对方法。HAZOP分析的基本假设是“当实际流程在设计所允许的最大变动范围内运行时，不存在出现危险和操作问题的可能性”。这是每个HAZOP成员必须牢牢掌握的。

HAZOP主要应用在新设施或新流程的设计，现存设施或流程的周期性危害分析或管理发生改变HAZOP不仅应用于石油、化工和热力系统，而且还应用于储存、运输、操作、制造等流程和规程系统。HAZOP分析，以其在实际生产建设实践中发挥的重要安全预防作用，被行业公认是可极大提高生产装置可靠性及安全性的一种安全分析评价方法。按照美国AP1750的规定，HAZOP定期分析的频率是3～10年。一般在项目初步设计完后可进行一次HAZOP分析，项目投产前可进行一次HAZOP分析，投产后每5年左右进行一次，如遇有重大改造、变更后必须进行一次HAZOP分析。在中国，HAZOP分析也越来越受国家重视，原国家安监总局已将其作为重点推广的危险分析方法，在《化工建设项目安全设计导则》中多处提到HAZOP分析，并且发布《危险与可操作性分析HAZOP分析应用导则》，于2013年1月1日实施。

2 HAZOP分析方法的阐述与应用实践

工艺设计的HAZOP分析一般在工艺设计完成后进行，此时装置还未开始施工，HAZOP分析后的相关调整可以及时进行修改变更，经济便捷。在工艺装置供应商完成详细设计后，项目部组织工艺装置供应商、最终用户、设计院等相关专家进行HAZOP分析。分析研究过程可分为研究准备、分析研究过程和编制分析报告及跟踪3大阶段，由主席/主持人组织各成员按规定的程序与方法来进行逐项分析研究。

2.1 成立HAZOP分析团队

成立HAZOP分析小组是首要任务。HAZOP分析必须由一个团队协作完成，这也是HAZOP分析与其他安全评价审查方法的明显不同之处，其他安全审查方法有时候可能由个人专家独立完成。分析小组包括组长/主席(以下简称“主席”)、工艺工程师、电气工程师、仪表工程师、设计方工艺工程师、工艺装置供应商代表、工艺、仪表工程师、项目部代表、生产操作代表、秘书等，一般5～10人为宜，根据实际情况每人可身兼多种角色。HAZOP分析小组主席一般由资深HAZOP专家担任，他的责任是组织和指导分析小组高质量的完成 HAZOP 分析研究工作，主席是能否有效完成HAZOP的关键因素。同时分析小组成员也必须有足够的经验、技术知识积累以及相关工作范围内的决策权，这样才能保障HAZOP报告中应对措施的有效执行。

2.2 HAZOP分析准备阶段

准备HAZOP分析所需要的常用工具及专业资料。HAZOP分析工具主要包括分析记录用软件和风险评估矩阵。记录软件由记录员操作，一般业内采用HazardReview-Leader、PHAWorks、PHA-Pro等，本次分析采用Leader。风险评估矩阵的发生频率及影响程度一般由企业自行确定。专业资料由项目部代表协助主席收集，并确保资料的准确性和及时有效性。在项目建设阶段，HAZOP分析的主要资料有工艺说明、工艺物料平衡图(PFD)、工艺仪表流程图(P&ID)、HYCO工艺装置平面布置图、操作维护手册、报警联锁清单、化学品安全技术说明(MSDS)、设备结构图、管道特性表、电气配电系统图等。如果装置部分分包商资料不全时，应暂时略过，当分包商具备条件时，在就个别分包装置单独进行HAZOP分析。

然后主席根据一定规则及经验将HYCO工艺装置分为多个研究单元，一般8～15个单元为宜，也可根据实际会议讨论时间长短适当增减。单元节点划分的规则可以归结如下：(1)将每一个主要工艺部分作为一个单元，设备/主要阀门作为节点；(2)根据同一介质额温度、压力发生较大变化的，将同一工艺部分分开单元讨论；(3)不同介质分别进行单独讨论。

本HYCO工艺装置(氢气+一氧化碳，英文Hydrogen+CO，在业界简称为HYCO)为甲醇裂解制氢装置，按照规则及以往经验，划分为甲醇原料系统、脱盐水系统、原料混合液至转化器前、转化器至PSA系统前、PSA系统、尾气系统、循环水系统、导热油低温系统、导热油进出工艺循环系统、锅炉燃烧系统、锅炉燃烧辅助系统、仪表气及氮气辅助系统、电气系统等13个单元分别进行了讨论。

2.3 完成HAZOP分析研究

主席在完成分析小组成员召集后，首先进行各成员的介绍与自我介绍，便于后续的讨论沟通。然后依次由设计方代表和工艺装置供应商代表、进行装置布局、装置流程设计方面的详细介绍说明。之后由主席介绍工艺装置分析单元的划分分段及理由、矩阵使用与数据说明、会议讨论流程等，将整个分析过程及意图进行传达，确保团队中成员在讨论中发挥最大的作用，提出各自专业的问题和指导意见。

然后HAZOP分析研究正式开始。分析研究过程是通过引导词引导分析节点的工艺参数形成有意义的偏差，分析其产生原因、可能导致的后果、已有的安全保护措施及应该采取的安全措施等[2]。讨论结果由记录员在Leader软件或excel中完成记录。主席负责分析研究过程中议题的范围及相关性把控，避免讨论研究的过度发散及偏离HAZOP主题来影响整个HAZOP分析研究的进度。例如：主席选择引导词流量+偏差高向分析小组提问：什么原因导致流量偏高?流量偏高会导致什么可能的后果(后果包括操作、安全、环保三方面)?装置设计时已有哪些应对措施?是否需要其他的应对措施?小组成员在讨论这些问题，主席将凝练专家提出的意见，完成相应结果风险矩阵，记录员进行相应记录。主席将指定某人对完成该项应对措施负责，并注明日期。如果对流量偏高的情况的分析完成，主席可在表中按照顺序选择这个引导词流量+下一个偏差低结合来进行分析研究。同样的程过程反复完成，直到完成所有单元的所有引导词+偏差组合。危险及可操作性研究示意图如图1所示。

图1 危险及可操作性研究示意图

2.4 生成HAZOP分析报告并跟进执行

HAZOP分析报告中指定的应对措施，由责任人落实执行，项目代表负责跟进，保证HAZOP分析的成果落实，而不是沦为一纸空谈。最后，HAZOP分析报告、会议签到记录、修改后的相关文件一起存档，方便后续相关安全审计及事故分析时有据可查。

3 结语

HAZOP 分析应用在在HYCO装置项目建设过程初期，通过前置安全审查，进一步识别了装置的工艺风险，并形成了建议措施[3]。这不仅使设计和操作人员更加全面地了解工艺装置的设计理念和原则，完善了设计，还有效排除了工艺装置在设计中的缺陷和将来生产操作中可能发生的超温超压、设备破坏、产品质量不良及其他严重安全事故。同时，其研究成果对装置未来的生产维护、安全管理提供了良好的指导作用，从而避免了很多重复的缺陷整改，降低装置的建设和运营维护成本，为项目建设和使用增值。因此，在项目建设设计阶段进行HAZOP分析是非常有必要且有重要意义的。