基于HAZOP的保护层分析技术研究

发布于:2021-09-23 16:36:37

安全 、 健康和 环境

风险评价
编辑 王广亮

基于 HAZOP 的 保护层分析技术研究
李 奇 白永忠 万古军 张广文
( 中国石化安全工程研究院,山东青岛 266071)

摘 要::介绍了 基于 HAZOP 的保护层分析技术”的 “ 工艺安全管理新模式。 在此基础上,利用该方法对水煤浆 气化装置进行了分析, 识别出了装置存在的重大工艺危 险,提出对策建议,对整个装置重大工艺安全事故的预防 提供了有力的技术支持。 关键词:工艺安全管理;危险与可操作性分析;风险评 估;保护层分析 *年来,我国过程工业生产装置的重大工艺安全事故 不断发生, 如 2008 年 8 月的广维爆炸事故、2008 年 6 月 的茂名乙烯装置的火灾事故和 2005 年的吉化事故等。 这 些事故不仅造成了人员和财产的重大损失,也导致了严重 的社会问题。 这一方面引起了国家政府部门的高度重视, 国家正在酝酿制定有关工艺安全方面的法规;另一方面也 表明了单纯应用工程技术, 无法有效杜绝意外事故的发 生,必须依靠完整的管理配合,以弥补安全技术应用之不 足。 尽管一直非常注意对重大工艺安全事故的管理,但是 缺乏一套对生产管理人员、生产操作人员、安全管理人员 等行之有效的工艺安全管理技术。 如何提高装置的工艺安 全成为一个迫在眉睫的问题。

艺安全管理的现状,提出的工艺安全管理技术—— 基于 — “ HAZOP 的保护层分析技术”, 是集工艺危险与可操作性 分析、 风险评估和保护层分析等于一体的工艺安全管理 技术。 1.1PPPHAZOP HAZOP HazardPandPOperability)通常是指危险与可操 ( HAZOPPstudies) 或危险与可操作性分析 HA( 作性研究 ( ZOPPanalysis)。 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,它以系统工程 为基础,用关键词为引导,找出过程中工艺状态的偏差,然 后再继续分析造成偏差的原因、后果及可以采取的对策 [1]。 1.2PPP风险评估 在传统的 HAZOP 分析基础上, 将风险矩阵应用于 HAZOP 分析,并形成一种新的分析方法—HAZOP 风险评 估。 与传统的 HAZOP 相比,HAZOP 风险评估在传统的分 析基础上,结合风险矩阵,利用事故的后果严重等级和事 故发生频率等级在风险矩阵中计算事故的风险等级,见图 1。 这些风险是根据整个过程工业经常发生的事故推断出 来的,因此具有一定的可靠性。 收稿日期:2010-07-21

1:::基于 HAZOP 的保护层分析技术简介 工艺安全着重在于防止工艺操作中发生的对人员、 财产、环境和 / 或声誉造成严重的或灾难性后果的事故。 在充分调研国外工艺安全管理的基础上, 并结合我国工

作者简介:李奇,工程师,2002 年毕业于中国石油大学, 多年来一直从事 HAZOP 分析、 风险评估和 HSE 体系 的研究, 发表论文 10 余篇, 编写了 《 HAZOP 分析指 南》、石化装置定量风险评估指南》等。

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2010 年第 10 卷第 9 期

李奇,等.基于 HAZOP 的保护层分析技术研究

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后 果 严 重 等 级 人 员 资 产 环 境 声 誉 A B

可能性 C D 在本公司每 年都发生几 次 E 在本公司特 定区域每年 都发生几次

行业内 从未发生

行业内 有发生

事故发生在 本公司

0

无伤害 很小的健康影响 或损害 较小的健康影响 或损害 中等的伤害

无损害

无影响

无影响







1

很小的损害

很小的影响

很小的影响









2

较小的损害

较小的影响

较小的影响

3

中等损害

中等影响

中等影响 国内范围的 影响 国际范围的 影响

低风险 中风险 高风险

4

PTDP或 1~3 人死亡

严重的损害 极其严重的 损害

严重的影响 极其严重的 影响

5

3 人以上死亡

图 1222基于 HAZOP 的风险评估矩阵 根据风险管理中的二八原则, 将 HAZOP 识别出来的 危险按风险的高、中、低进行归类。 通过风险评估,可以把 在役装置中能够导致重大工艺安全事故的危险识别出来 进行进一步的保护层分析。 1.3PPP保护层分析 企业为防止事故的发生往往都设置了层层的防护措 施。 一个典型石油化工企业安全防护层如图 2 所示,主要 有:①具备固有工艺安全设计特性(工艺、动设备、静设备); ②基本过程控制系统(DCS,PLC);③超限报警和操作员人 ( 工介入;④安全仪表系统 ESD,FSC);⑤主动物理防护措 施(安全阀、爆破片);⑥被动物理防护 围堰、隔离系统);⑦ ( 工厂和社会的应急响应程序
[2,3]

护层,每个防护层能够减少多少风险等成为迫切需要解决 的问题。为此,就需要对这些危险进行保护层的分析。通过 保护层分析,确定针对重大危险的保护措施是否完善。 如 果没有将风险控制在可以接受的范围之内,那么就必须采 取额外措施对其进行控制。 但是对于各种保护措施非常完善的装置,为什么当灾 难性事故发生时这些防护措施常常失去了 保护伞”的作 “ 用呢? 即使一套装置的保护措施多么完善,如果*时缺少 工人来对这些保护装置进行合适、恰当的维护、维修和检 验,再完善的控制措施也会随着时间的推移而失效,也会 发生事故。 工业界重大事故的发生表明了单纯工程技术的 应用,无法有效杜绝意外事故的发生,有效的安全管理模 式就必须依靠完整 技术 + 管理”的模式。 “ 因此,非常有必要对涉及保护层的关键维护活动从企 业众多活动中识别出来。 关键活动是指确保指定的控制措 施或应急措施持续有效的活动。 如有毒有害气体探测器检 验、压力容器的检验、安全阀的校正、紧急情况预案演练 等。 关键活动并非是危险的活动,而是企业众多生产活动 中能够控制重大工艺安全事故的关键活动。 2222工艺安全管理技术在水煤浆气化装置的应用 某公司水煤浆气化装置采用 GE 部分氧化工艺、湿法 水煤浆、激冷流程,炭黑水处理为开路四级闪蒸,单炉设计 产气量 粗气)115P000PPm3/h(干基)。 设计以烟煤石油焦为原 (



图 2222过程工业生产装置典型保护层示意 针对 HAZOP 和风险评估识别出来的能够导致重大工 艺安全事故的危险,企业如何设置防护层,设置多少个防

料制取合成氨原料气 CO+H2),整套装置包括气化单元、 ( 碳洗单元、闪蒸单元、灰水系统、烧嘴冷却水系统和锁斗系 统等。

SAFETY 2 HEALTH 2 & 2 ENVIRONMENT

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安全 、 健康和 环境

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2.11EE水煤浆气化装置 HAZOP 分析 采用 HAZOP 分析对水煤浆气化装置各个单元如煤浆 给料、供氧系统、气化炉系统、炭黑水系统等进行了节点划 分,对节点的偏差、原因、后果、保护措施进行了详尽的分 析。 在 HAZOP 分析完成后,采用风险矩阵对 HAZOP 分析 出的危险进行了风险评估。 气化炉系统 HAZOP 分析结果 举例见表 1。

2.21EE水煤浆气化装置保护层分析 通过 HAZOP 分析和风险评估识别出水煤浆气化装置 中能够导致重大工艺安全事故的高风险的危险主要有:工 艺气泄漏、气化炉过氧和气化炉内受限空间作业。 按照保 护层分析的理念,分别对工艺气泄漏、气化炉过氧和气化 炉内受限空间作业进行了分析,图 3 是关于气化炉过氧的 保护层分析示意。 表 1111气化炉系统 HAZOP 分析结果举例

序号 1.3

偏差 气化炉表面 温度高

原因 ① 炉砖缝隙窜气 ② 炉砖脱落 ③ 炉砖变薄 ④ 烧嘴发生偏流燃烧 ⑤ 炉壁测温电偶误指示

后果 炉壁超温,严

P

A

E

R

保护措施 ① 表面温度监测

建议措施 建议设立表 警

重时炉壁发生 B5 高温蠕变,炉 壁强度减弱

B5

B1

B1 ② 壁 面 温 度 超 过 面 温 度 高 报 410℃人工停车 ③ 人工携带便携式红 外测温枪巡检 1 次 /h

注:P- 人员风险;A-资产风险;E-环境风险;R-声誉风险。

氧碳比 失调

煤浆泵、管 道设备完好

DCS 控制

联锁:流量 和压差联锁

取样分析 1 次 /4h

煤浆泵失效

操作人员巡 检 1 次 /h

定时检修

管线堵塞

1 次 /8h 检查煤浆槽

保持煤浆槽 液位稳定 F 气化炉工艺 F.n1 气化炉过氧

设备失效

按照规定进 行选材确认

定期测厚 1次/月

操作人员巡 检 1 次 /h

仪表故障

仪表定期 校检

开车前仪表 空试 2 次

人为失误

培训

减煤浆流量 慢键操作

内外操对答、 挂禁动牌

联锁摘除

按联锁摘除 程序摘除

应急处理 方案

联锁停车和 人工停车

爆炸

联锁故障

仪表日常 巡检 1 次 /d

投料前 ESD 系统检查

仪表定期 校检

培训

人员应急处 理不力

图 3111气化炉过氧保护层分析示意 由图 3 可以看出, 通过保护层分析将导致气化炉过 氧的有害因素氧碳比失效、气化炉过氧导致的后果—— —爆 炸、 中间的各种保护措施如设备完好、DCS 控制、ESD 联 锁、取样分析、应急处理方案等以领结的形状绘制出来。 左 边以故障树分析原理来构造,列举可能发展或导致特定顶 上事件的危险源及有害因素;同时,思考对于每一危险源、 相应的有害因素应该采取的控制措施或屏障。 而图示右边 依据事件树分析原理构造,同时列举恢复或补救措施及危 害事件进一步发展导致后果。 另外,还将维护各种保护措 施持续有效的关键管理活动也在上面表示出来,如操作人

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2010 年第 10 卷第 9 期

李奇,等.基于 HAZOP 的保护层分析技术研究

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员巡检、设备定时检修、慢键操作和培训等。 这为指导操作 人员操作、管理人员进行安全管理、车间的操作培训等都 具有非常重要的指导意义。 2.3311问题及建议措施

通过分析,发现了装置设计、工艺信息管理、设备和 操作中存在的 39 个问题,并给出了 31 条建议措施。 由于 篇幅的限制,在此之列出 5 个主要问题及其相关建议,见 表 2。

表 2222主要问题及建议措施 序号 1 主要问题 建议措施

碳洗塔出口到火炬的工艺气压力控制阀 PV111 没有副线或旁路,气化炉开车期间, 建议 PV111 使用并联阀, 防止 PV111 一旦出现故障,例如卡涩、气源和控制信号故障等,很容易引起气化炉超压 阀门故障时气化炉超压或快速 或快速卸压 卸压

2

烧嘴冷却水系统气水分离罐容易形成负压,取样时必须在分离罐充氮形成正压 稀 建议在脱盐水罐进行氮封,CO ( 释作用),导致在线分析和人工分析很难准确检测出真实的 CO 浓度。 同时,考虑到 检测系统改造,检测仪重新选型 泄漏的工艺气体可能被带到脱盐水罐, 在脱盐水罐上方与空气形成爆炸性混合气 体

3

煤浆管线流量计后至气化炉前的管线,一旦发生泄漏,后果将非常严重,但是目前 建议炉头安装监控探头,增设煤 装置却没有相应的保护和控制措施 浆压差报警

4

PID 图上没有及时更新反映装置的工艺变更情况,如现场煤浆管线增加了 4 英寸导 建议工艺变更时在 PID 图中增 淋阀,而 PID 图中没有绘制出 加 建议适当增加氧气、 一氧化碳 报警器

5

车间内便携式氧气、一氧化碳报警器寿命短、数量少

3333结语 a) 通过对水煤浆气化装置的 HAZOP+ 风险评估 + 保 “ 护层分析”的分析,从系统安全的角度对水煤浆气化装置 危险与可操作性问题进行了归纳与梳理,识别出装置存在 的工艺安全问题,提出了相应的建议措施,对整个装置重 大工艺安全事故的预防和装置的安全*稳运行将起到重 要的作用。 b) 通过 HAZOP+ 风险评估 + 保护层分析”的分析, “ 能够使装置技术人员与一线操作人员从工艺本质上对生 产装置进行系统性的工艺危害分析,将装置中不同专业人 员的安全生产经验充分汇总起来,对操作人员日常生产操 作具有很现实的指导意义,可有效避免误操作引发的生产 事故。 c) 针对目前过程工业生产装置工艺安全管理的现 状,提出的 HAZOP+ 风险评估 + 保护层分析”的工艺安全 “ 管理新模式,使企业的工艺安全管理由原来的基于经验的 管理转变到了系统的工艺安全管理,为形成工艺安全管理 的典型模式进行了有效的尝试。 4333参考文献
1111白永忠,李奇,姜巍巍等.过程工业计算机辅助安全防护层分 析技术进展[J].1中国安全科学学报,2008,18 12) ( 2111李奇,万古军,张广文等.实施 HAZOP 分析 控制重大工艺安 全事故[J].安全、健康和环境,2009,9 11):2~4 (

3311 CCPS.Layer3 of3 Protection3 Analysis3 -3 Simplified3 Process3 Risk 33333 Assessment.American3 Institute1 of1 Chemical1 Engineers,1 New1 York.1 111112001:156~65

Study on Layer of Protection Analysis Based HAZOP Li1Qi,1Bai1Yongzhong,1Wan1Gujun,3Zhang3Guangwen (SINOPEC1 Safety1 Engineering1 Institute,1 Shandong,1 Qingdao,1 266071) Abstract: This1 paper1 offers1 new1 process1 safety1 management1 mode1 "Layer1 of1 Protection1 Analysis1 Based1 HAZOP"1 to1 prevent1 major1accidents1from1process1safety1definition.1Then,1it1analyzes1 the1coal1slurry1gasification1unit1using1this1method,1identifies1the1 major1process1hazards1and1offers1311counter-measures.1It1offers1 the1strong1technical1support1to1prevention1the1major1process1accidents1for1this1unit. Key words: process1safety1management,1hazard1and1operability1 analysis1(HAZOP),1risk1assessment,1layer1of1protection1analysis

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