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海洋石油作业安全分析方法应用案例第二部分安全分析方法二：危险与可操作分析法（HAZOP）方法简介HAZOP分析（HAZOP ，Hazard and Operability Analysis）的定义是：HAZOP分析是各专业人员组成的分析组对工艺过程的危险和操作性进行分析。HAZOP分析方法是为新设计或新技术而开发的危险性分析方法，但这种分析方法几乎适合于项目发展过程的所有阶段。危险与可操作性分析方法是基于这样一个基本概念，即各个专业、具有不同知识背景的人员可组成的分析组一起工作比他们独自一人单独工作要更具有创造性和系统性，能识别更多的问题。危险性分析实际上是一个系统工程，需要各专业人员的共同参与。HAZOP分析的这种群体分析方式的主要优点在于能相互促进、开拓思路。应此，成功的HAZOP分析需要所有参加人员自由的陈述自己的观点，不允许成员之间的批评以免压制这种创造性的过程。但是为了让HAZOP分析过程高效率和高质量，整个过程必须有一个系统的过程，按照一定的程序进行。在这个过程中，由各专业人员组成的小组按照规定的评价程序系统地分析偏离原系统的偏差。这些偏差是指偏离设计工艺条件，它是由两个重要的概念（引导词和工艺参数）组合而成。引导词：用于定性或者定量设计工艺指标的简单词语，引导词用于识别工艺过程的危险。主要的引导词是空白（NONE）、过量（MORE）、少量（LESS）、伴随（AS WELL AS）、部分（PART）、相逆(REVERSE)、异常（OTHER THAN）工艺参数：与过程有关的物理和化学特征，主要是流量、压力、液位等偏差：使用引导词和工艺参数的组合可以形成一系列的偏离工艺参数的偏差，如无流量、压力高等。1 HAZOP分析过程HAZOP分析方法可按如下步骤进行：分析准备；完成分析；编制分析结果报告图4所示为HAZOP分析的整个过程。值得注意的是：分析步骤可交替进行，如分析组在完成某个分析节点后（不是全部），可将结果提交给设计人员，让设计人员着手对原设计进行修改。确定分析对象、目的组成分析组获得必要的资料设计相应的表格和程序安排会议次数和时间分析组进行HAZOP分析分析结果文件表格后果安全保护建议措施原因偏差分析结果处理/实施分析准备完成分析编制分析结果文件图4 HAZOP分析的全过程1.1 分析准备准备工作对成功地进行HAZOP分析非常的重要，准备工作的工作量由分析对象的大小和复杂程度决定。1.1.1确定分析对象、目的分析的目的、对象和范围必须尽可能的明确。分析对象通常是由装置或项目的负责人确定的，并得到HAZOP分析组的组织者的帮助。应当按照正确的方向和既定目标开展分析工作，而且要确定应当考虑到哪些危险后果。例如，如果要求HAZOP分析确定装置建在什么地方才能使对公众安全的影响减到最小，这种情况下，HAZOP分析应着重分析偏差所造成的后果对装置界区外部的影响。1.1.2组成分析组危险分析组的组织者应当负责组成有适当人数且有经验的HAZOP分析小组。HAZOP分析组最少由4人组成，包括组织者、记录员、两名熟悉过程设计和操作的人员。虽然对简单、危险情况较少的过程而言，规模较小的分析组可能更有效率，但57人的分析组是比较理想的。如果分析组规模太小，则由于参加人员的知识和经验的限制将可能得不到高质量的分析结果。1.1.3获得必要的资料最重要的资料就是各种图纸，包括P&I图、P&F图、布置图等，此外，还包括操作规程，仪表控制图、逻辑图，计算机程序，有时还应提供装置手册和设备制造手册。重要的图纸和资料应当在分析会议之前分发到每位分析人员手中。1.1.4 将资料变成适当的表格并拟定分析程序此阶段所需时间与过程的类型有关，如对连续过程，工作量最小。在分析会议之前使用己更新的图纸(如果对设计进行过修改)确定分析节点，每一位分析人员在会议上都应有这些图纸。有时，组织者也可以提出一个初步的偏差目录提交会议讨论，以及准备一份工作表作分析记录用。但是这个初步偏差目录不能作为“唯一”进行分析的内容。HAZOP分析方法的精髓就是发挥集体的智能，如果把这份初步的偏差目录当作“唯一”的分析内容，肯定是不全面的，而且也不符合HAZOP分析的要求。同样，因为HAZOP分析过程也是一个学习过程，当然在分析过程中允许进行修改。为了让分析过程有条不紊，分析组的组织者通常在分析会议开始之前要制定详细的计划，必须花一定的时间根据特定的分析对象确定最佳的分析程序。1.1.5安排会议次数和时间一旦有关资料和图纸收集整理完毕，组织者开始着手制定会议计划。首先需要确定分析会议所需时间，一般来说每个分析节点平均需20一30分钟，若某容器有两个进口，两个出口，一个放空点，则需要3小时左右：另外一种方法是每个设备分配23小时。确定了所需时间后，组织者可以开始安排会议的次数和时间，每次会议持续时间不要超过46小时(最好安排在上午)，会议时间越长效率越低，而且分析会议应连续举行，以免因时间间隔太长在每次分析开始之前都需要重复上一次讨论的内容，最好把装置划分成几个相对独立的区域，每个区域讨论完毕后，会议组作适当修整，再进行下一区域的分析讨论。1.2 完成分析HAZOP分析需要将工艺图或操作程序划分为节点或者操作步骤，然后用偏差找出过程的危险。海上石油生产工艺系统用到的主要引导词和工艺的组合形成的偏差是：偏差（引导词工艺）高流量低流量无流量逆流量两项流量高液位低液位空液位高压力低压力高温度低温度化学药剂注入调试启动停车维修仪表/信号逻辑可操作性/可靠性HAZOP分析流程图参见图5。分析组对每个节点或操作步骤使用引导词进行分析，得到一系列的结果：偏差的原因、后果、保护装置、建议措施；需要更多的资料才能对偏差进行进一步的分析。当发现危险情况后，组织者应当让每一位分析人员都明白问题所在。HAZOP分析的组织者把握分析会议上所提出的问题的解决程度很重要，为尽量减少那些悬而未决的问题，应当：l 每个偏差的分析及建议措施完成之后再进行下一偏差的分析；l 在完成分析节点的所有危险后再考虑安全防范措施。在分析过程中，HAZOP组织者应与分析组成员达成一种共识，即对偏差或者危险应当考虑易于实现的解决方法，而不是花费大量的时间去“设计解决方法”。为保证会议的高效性，组织者必须牢记以下几点l 不要与分析者对抗l 认真听取所有成员的意见l 在会议进行过程中，不允许任何人有抵触l 必要的休息以保持旺盛的精力选择节点或者操作步骤解释工艺指标或者操作步骤选择某工艺参数使用引导词于工艺参数或者建立有意义的偏差分析偏差识别已有偏差的保护装置下一个引导词列出偏差后果（假设所有的保护失效）列出偏差的可能原因提出措施下一个节点根据风险后果、原因及保护估计风险下一个工艺参数图5 HAZOP分析流程图1.3编制分析结果文件分析记录是HAZOP的一个重要组成部分，负责会议记录的人员应根据分析讨论过程提炼出恰当的结果，不可能把会议上每一句话都记录下来，但是必须记录所有重要的意见。通常，HAZOP分析会议以下面的表格形式记录分析结果分析节点编号 图纸号图纸说明分析人员分析日期序号偏差原因后果建议措施案例3 QK18-1V-102一级分离器HAZOP分析1 一级分离器（V-102）设备/工艺说明1.1 一级分离器设备说明QK18-1V-102分离器主要是利用重力沉降法使彼此不兼容的流体分离。原油比水轻，因此在容器内，水沉降到容器底部，油层浮在上部，并且流到油槽，受到液位控制而排除，水沿着底部流进右边的腔室排出。气体从容器顶部排出。为了从气体中分离出雾气（雾气由细小的液滴组成，悬浮在空气中），使用聚凝装置把细小的液滴结成大的液滴从气体中分离出来。分离器使用的聚凝装置是蛇行板扑雾器。分离器液体入口安装有进口挡板，改变流体流向，分散流体，吸收或者控制流体流量，对流体进行初级分离。当气体流速降低后，液滴靠其重力从气体中沉降下来。扑雾段装有蛇形叶片除雾器。气体水平流经除雾叶片时，液体颗粒附在叶片表面上，并且垂直向下流动。此外集液区负责收集分离后的液体，经出口区导出三相物质。工艺和设备参见图6。 1.2 QK18-1一级分离器工艺说明 该分离器在整个工艺中的作用请参见图6,分离器接受从井口管汇来得(经过加热器W1-H-102)井口流物经过三相分离后，气体送到一级气体扑集器，分离处来的水汇同QK18-5和QK17-2来的（经过断塞流扑集器W1-V-105和W1-V-107分离）水去下一级油水处理系统，分理处的油汇同QK18-5和QK17-2来的（经过断塞流扑集器W1-V-105和W1-V-10 7分离）油经过二级加热器(W1-H-103A/B)送到二级分离器(W1-V-103)进行进一步分离。 一级分离器的设计参数是：每天分离出30104m3气体、1600 m3油、620 m3水，设计压力3400kpa，温度是15.4到70,工作压力是3000KPaA，工作温度是40。1.2.1进口来液 一级分离器的设备工业参数参见图7,从加热器W1-H-102来的物流经过球阀进入一级分离器，此处有化学药剂注入系统，上游来液和化学药剂混合后在一级分离器中进行三相分离。1.2.2 气体出口 经过分离的气体通过一组阀体通向一级气体扑集器，气体通过的压力通过压力调节阀PV1053调节气体出口的压力，该信号采集一级分离器的罐顶压力。1.2.3 水出口 分离出来的水经过一组阀体通向生产用水系统，水的流量通过液位控制阀LV1052控制，控制信号采集于一级分离器的罐内水的液位。在水的出口控制阀上安装了旁通阀，用于检修出水流量控制阀组。1.2.4油出口 分离出的油经过一组阀体通向二级分离器，油的流量通过液位控制阀LV1051控制，控制信号采集于一级分离器的罐内油的液位。在油的出口控制阀上安装了旁通阀，用于检修出油流量控制阀组。1.2.5 开排和闭排 在一级分离器的底部安装有三个开排控制阀和三个闭排控制阀，闭排控制阀组由串连的一个闸阀和球阀组成。开排控制阀是三个闸阀。1.2.6 取样口 在一级分离器的底部有三个取样控制阀，分别采集不同液位的物流。一组控制阀由一个闸阀和一个针阀组成。1.2.7 控制系统 在一级分离器顶部装有高高液位和低低液位关断检测仪表，用于采集高高和低低液位关断信号。同时装有高液位和低液位报警仪表。 在通往火炬系统的管线上装有BDV和PSV，用于火灾时关断和高低压报警。1.2.8 液位观察仪表及其它 在罐体上还装有罐内油槽液位和温度测量装置和罐内水位测量装置。 在罐的底部装有除沙装置。 一级分离器的工艺示意图参见图8 分析节点W1-V-102图6 一级分离器流程图罐低除沙控制阀气出口压力调节阀水出口液位调节阀油出口液位调节阀去开排系统去往闭排控制系统取样控制阀水出口控制阀油出口控制阀气体出口控制阀高高压和低低压关断和高低压报警化学药剂注入BDV&PSV 图7 一级分离器P&I图W1-V-102P上游物流BDVPSV高高压和低低压关断及高低压报警去二级分离器9取样9去闭排9去生产用水系统去一级气体洗涤器去火炬系统化学药剂注入压力信号油液位信号水液位信号压力信号去开排除沙装置控制阀图8 一级分离器工艺示意图 2 一级分离器（V-102）的HAZOP分析一级分离器是QK18-1工艺流程中重要的设备，它起到对井口油气的第一次分离，在整个工艺过程中起到非常重要的作用，所以对它的安全分析是确保平台安全生产的重要保证。在对平台的安全管理过程中，对重要的工艺设备进行HAZOP分析可以全面的了解一级分离器中潜在的危险因素，并相应的制定防范措施。所以经平台经理、安全监督商量决定将对重要的工艺设备一级分离器（V-102）进行HAZOP分析。2.1 分析准备2.1.1 确定分析的对象和目的在确定对一级分离器进行HZAOP分析后，我们确定一级分离器系统为一个独立的分析节点，它包括如下子系统：物流入口（包括化学药剂注入系统）、气体出口、油出口、水出口、开闭排系统、取样系统、报警系统、关断系统、除沙系统。参见图8分析的目的是找出整个一级分离器可能的危险、分析其后果和制定防范措施。2.1.2分析组成员组成由于安全监督具有丰富的HAZOP分析经验，因此决定由安全监督作为本次HAZOP分析的负责人。安全监督决定由具有下列专业能力的人员组成HAZOP分析组，主要人员及其职责如下表： 表4 HAZOP分析人员组成表岗位人员职责/要求记录许水手准确、快速的进行记录安全监督邢监督负责组织会议，形成分析结果文件工艺人员赵工艺对一级分离器的工艺流程具有实际工作经验，非常了解该设备的工艺参数机械师邬机械非常的了解一级分离器的设备仪表师刘仪表熟悉一级分离器的工艺参数的控制操作人员王操作对日常一级分离器的运行状况非常的了解2.1.3获取必要的资料根据分析需要获取如下分析资料l 最终的一级分离器的安装报告l 一级分离器的P&I图，图纸编号：DWG-WHP1-PR-224l 一级分离器的流程图。图纸编号：DWG-WHP1-PR201-1/4 l 一级分离器平面布置图l 一级分离器使用说明书2.1.4 拟定分析的程序，制定需要的表格根据需要，拟定的偏差分析顺序是：流量压力液位温度其它（包括化学药剂注入、调试、启动、停车、维修、仪表/信号逻辑、可操作性/可靠性）记录所需要的表格设计如下： 分析节点编号 图纸号图纸说明分析人员分析日期序号偏差原因后果建议措施2.1.5 安排会议次数和会议时间安全监督根据经验认为整个分析需要3个小时，据此确定的了开会的时间和地点。并且安全监督发给每个HAZOP分析组成员一份备忘录，用于说明2003年8月1日召开一级分离器的HAZOP会议、地点设在QK18-1生活区2楼203房间，同时备忘录包括一级分离器的P&I图，并简要说明了一下HAZOP方法，提醒每个分析组成员开会时应带的所有资料。2.2 分析过程说明会议开始时安全监督首先让每个成员作自我介绍，主要是每个人的工作岗位和专业背景，然后他说明了会议的安排，说明HZAOP方法，请赵工艺说明了一级分离器的工艺过程和设备状况。并规定两条原则:n 自由平等地发表意见n 任何偏差都是重要的2.2.1一级分离器偏差库的确定 为了保证讨论的效率，会议首先对需要讨论的偏差进行了分析，去除明显不用讨论的偏差后形成如下的一级分离器偏差库表：偏差（引导词工艺）节点说明一级分离器高流量低流量无流量逆流量两项流量高液位低液位空液位高压力低压力高温度低温度维修仪表/信号逻辑化学药剂注入调试启动停车可操作性/可靠性符号说明：表示重点分析，表示一般分析，表示不用分析2.2.2 会议讨论然后安全监督宣布会议开始，安全监督按照拟定的分析程序和重点进行讨论。下面是讨论的过程（经过整理）： 讨论工艺参数流量 安全监督：那好，我们先分析偏差没有流量，这里的流量主要是油和水的流量，导致这种偏差的主要原因是什么呢？赵工艺：主要的原因就是油和水出口阀打不开和滤网有堵塞王操作：还有就是从没有从上游加热器来的物流安全监督：那主要的后果是什么呢？王操作：这将严重影响正常工组生产，造成下游工艺设备的空转，严重损坏下游的设备。安全监督：那末现在有什么主要的防范措施呢？邬机械：主要的措施就是定期检查油和水进出口阀门，清洗滤网。如果这项安全防范措施作不好的话，一级分离器将无法正常生产，并且损坏下游的生产设备。安全监督：那我们一般采取了什么措施呢？邬机械：现有的安全措施是在油和水的出口控制阀组中安装了液位调节阀，这两个阀体采集从一级分离器罐内得到的液位信号，用以控制油和水出口流量控制阀的流量。王操作：另外我们采取的措施还有定期检查安全阀门和清洗滤网，这种措施能很好的防止这类事故的发生。安全监督：是不是没有流量的分析就是这些了？（所有的人员这时都点头示意没有流量的分析就是这些了）安全监督：那好，我们现在就进行少量流量的分析，刘工艺你先说一下。赵工艺：流量过少的主要原因有井口流量减少了和一级分离器本身就漏油。安全监督：但是我想漏油的可能性比较小。邬机械：当流量减少的时候，后果就是停产，我们采取的安全措施就是隔离、关断一级分离器设备，出现设备损坏的时候，进行及时的抢修。刘仪表：由于在一级分离器上安装有液位控制阀，控制油和水的出口流量，当流量减少导致出口的油和水液位降低的时候，这两个阀体会控制油和水出口流量。安全监督：看来这种事故的后果还是比较严重的。有没有人对有关流量方面的问题有补充的意见。现实中没有流量过多的时候吗？赵工艺：是的，由于设备设计的时候是按照进口的最大流量涉及的，只要井口的流量不会出现突然变大的时候，一级分离器是没有事情的。到现在为止井口的流量还从没有出现流量过大的时候，所以这种情况在这里不用详细的讨论了。（确认大家没有补充的内容，安全监督叫赵仪表将一级分离器压力仪表的情况向大家介绍一下。） 讨论工艺参数压力 邬机械:我们可以先讨论压力过高的情况。刘仪表：一般这种情况出现的原因是上游液源压力突然增高，或者是下游设备出现堵死现象。邬机械:是的，这种事故的直接后果就是一级分离器壳体受到损失，严重的时候会出现容器憋爆。赵工艺：我们在工艺的设计上安装了高高压报警，这灌顶的压力，这个压力信号可以关断SDV阀，此外在罐顶还安装了BDV和PSV阀，PSV阀会在压力很高的时候泻压，将多余的气体通向火炬系统，此外在罐顶还安装了高压报警仪表。安全监督：但是这就要求点检人员确保自动阀和手动阀卸压正常。压力过高的事故还是比较危险的，在实际生产中要加以小心。下面我们进行压力过小的分析邬机械:压力过小的原因我认为主要是一级分离器壳体出现破裂，这个时候会影响下游分离器设备的正常工作。但是这种情况出现的可能性比较小。安全监督：我们主要是在点检中认真检查分离器外壳，这样能够及早的发现壳体破裂的问题。压力过低的危险相对于压力过高的危险危害性要小一些。好的，下面我们转入有关液位的讨论。刘仪表：等一下，我对压力过低的原因补充一下，还有一个导致这种现象的原因是井口的压力减少，这种显现是可能出现的，随着采油量的减少，井口的压力是会慢慢的减少的。安全监督：对，这一点也是压力减少的原因，请记录员记录下来。还没有其它的有关压力的补充意见（稍等一会），如果没有我们进行下面有关液位的讨论。主要讨论液位高和液位低两种可能。 讨论工艺参数液位 邬机械:液位过高的原因比较多，如，气顶无压力、来液量过大、出口调节阀失灵，这样会出现高高液位。安全监督：这种事故的直接后果就是生产系统停运和火炬窜油吧？邬机械:是的，这是主要的原因，在设计上有高高液位关断和高液位报警。此外液位很高时油的出口阀会增大开启量，从而增大流量。在日常的点检中， 我们采取的相应措施就是认真检查一级分离器的顶压，调节上游来液量和认证点检分离器出口调节阀。赵工艺：液位过低的原因主要是来液减少、出口调节阀失灵和下游抽油过大。邬机械:对，赵工艺总结的很对，主要液位低的原因就是这些，他们产生的后果是下游生产停运和下游的设备自动停运。安全监督：我们采取的相应措施就是注意调节下游抽油量。但是当下游的抽油量增大的时候，这里没有安装SDV阀，这可能是个问题。刘仪表：是的，这在设计上可能考虑的不够周全，在一级分离器的油和水的出口一般是要安装SDV阀的。安全监督：好的，这是个重要的发现，请记录仔细记录下来。如果在液位方面没有其它问题，我们进行下一个工艺温度的讨论。 讨论工艺参数温度 安全监督：我们下面进行温度的分析。赵工艺:温度过高主要的原因是来液温度过高，这时会严重影响一级分离器的使用寿命和下游的设备，这种情况发生的可能性比较少。邬机械师能不能说一下这时候我们采取的主要的安全措施。邬机械:我们主要是通过观察上游的来液温度，调节分离器的温度高低。安全监督:温度过低的原因是什么呢？邬机械:主要是上游的来液本身的温度就低，有时一级分离器的保温系统不是很好也能造成这种事故。赵工艺：特别是在冬天这种现象会使分离器中的液体冻结，使分离器无法正常的工作，我们的措施主要是什么呢？安全监督：我们采取的主要措施是热介质置换和认真点检分离器的保温系统。以上是我们对工艺部分主要的分析，还有没有其它方面需要进行分析的内容。 讨论工艺参数包括维修、仪表/信号逻辑、化学药剂注入、可操作性/可靠性 赵工艺：维修主要考虑油、水和气体出口控制阀的检修，在这些阀体的上都安装了旁通阀，这样在检修时可以不影响生产。邬机械：但是在罐顶的检修时会有一些问题，由于罐体离上层甲板距离比较近，在检修罐顶的仪表时候空间比较狭小，这样在检修的时候不是很方便，安全监督：这就要求在现场安装一些高出作业危险指示牌。请记录将情况记录下来。我认为我们还需要分析仪表方面的安全问题，主要是一些安全阀的非正常工作。邬机械:赵工艺：还有一个问题是有关闭排的，由于下游的闭排罐有压力，这样在检修罐体内的时候可能对罐内的维修人员造成危险。安全监督：是的，在闭排罐管线上没有设计单向阀，这样闭排罐内的液体可能汇流到罐内。赵工艺：有这方面的危险，但是在闭排管线上安装了一个球阀和一个闸阀，这种设计基本上可以防止物流倒流。安全监督：尽管这样，罐内维修的时候还是要注意阀体是否关断，此外在维修时，还要在这些阀体上安装盲板。邬机械:安全阀是保证设备安全重要的措施，这方面的问题主要是，BDV失灵、安全阀不起跳、安全阀不归位和安全阀设定值漂移等。赵工艺：这个时候的直接后果就是生产系统被关断、分离器容器破裂和液体的瞬时压力为零。安全监督：我们采取主要措施就是认真点检各种卸压装置是否正常，各种仪表是否定期标定，是否有产品合格证，包括电器和机械部分，这些设备大部分是卸压装置的机械执行机构出现问题刘仪表：腐蚀问题也是我们主要需要考虑的问题，腐蚀可能对我们的罐体造成严重的危害。邬机械:是的，腐蚀主要造成罐体出现砂眼和罐体的泄漏。腐蚀产生的主要原因是上游的来液腐蚀性较强，还有就是罐体的自然腐蚀。安全监督：我们是不是一般采用在来液中加入防腐液的方法和在罐体内涂防腐层的方法来预防。邬机械:是的，这是两个主要的防范措施。邬机械:在设备的可操作性方面，主要表现在需要在现场对各个仪表采集数据时操作的方便性和现场的手动阀操作的方便性上。安全监督：从现场看，凡是需要在采集高处的仪表数据的地方都有梯子，只是要主要登梯的安全。还有就是化学药剂注入是否方便安全邬机械:在设计上化学药剂注入还设计的一个备用的注入口。安全监督：取样的时候时候安全方便邬机械:取样口设计了一组阀体，包括一个闸阀和一个针阀，这样在操作的时候还是比较方便的以上我们分析了流量、压力、液位、温度和其它的参数，大家对我们的讨论还有什么重要的补充。（全体人员表示主要的分析都已进行）安全监督：好，非常感谢大家今天的踊跃发言，我们将根据今天我们记录整理处我们这次HAZOP分析的分析报告，谢谢大家！会议结束后，安全监督将记录下来的所有意见和建议的主要部分同小组成员一起核对一遍后保证准确无误，并向大家再次表示感谢。2.3 编制分析结果文件HAZOP分析报告由安全监督负责撰写，该报告列出了分析组成员名单，专业技术职务、参加会议中使用的图纸、操作程序、建议措施、详细的HAZOP分析表。安全监督将所有的讨论重点总结成如下的报告:一级分离器HZAOP分析报告节点编号 002节点说明一级分离器V-102图纸号DWG-DWG-WH