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4危险和可操作性研究方法 1 危险和可操作性研究法 HAZOP HazardandOperabilityStudy 1 基本概念危险可操作性研究法是英国帝国化学工业公司 ICI 针对化工装置而开发的一种危险性评价方法 称为危险性和可操作性研究危险和可操作研究 HAZOP 研究的侧重点是工艺部分或操作步骤各种具体值 它的基本过程就是以引导词为引导 对过程中工艺状态的变化 偏差 加以确定 找出装置及过程中存在的危害 它通过系统分析新设计或已有工厂的生产工艺流程和工艺功能 来评价设备 装置的个别部位因误操作或机械故障而引起的潜在的危险 并评价其对整个工厂的影响 引导词的主要目的之一是能够使所有相关偏差的工艺参数得到评价 2 建设项目及在役装置均可以使用HAZOP方法 对于新建项目 当工艺设计要求很严格时 使用HAZOP方法最为有效 一般需要提供带控制点的工艺流程图P IDS 以便评价小组能够对HAZOP要求中提出的问题给以系统的有效的回答 同样 它可以在主要费用变动不大的情况下 对设计进行变动 在工艺操作的初期阶段使用HAZOP 只要有适当的工艺和操作规程方面的资料 评价人员可以依据它进行分析 但HAZOP分析并不能完全替代设计审查 3 2 危险和可操作性研究的分析原理工艺流程的状态参数 如温度 压力 流量等 一旦与设计规定的基准状态发生偏离 就会发生问题或出现危险 危险性可操作性研究就是以关键词 也称引导词 为引导 找出系统工艺过程或状态的变化 然后再继续分析造成偏差的原因 后果及可以采取的对策 简单概括成表达式 表示如下 关键词 引导词 工艺参数 偏差需要注意的是 这里的关键词不是普通意义上的关键词 而是针对各单元操作时可能出现的偏差而设定的类似于下表的词 4 表危险可操作性分析的关键词及其意义 5 3 评价方法介绍1 常见术语及引导词确定需要评价的工艺过程 则每个引导词都是与相关工艺参数结合在一起的 并应用于每一点上 研究节点 工艺部分 阶段 或操作步骤 表18 1 表18 4就是用引导词和工艺参数结合成 偏差 的例子 6 7 8 9 10 11 2 引导词参数偏差NONE 空白 FLOW 流量 无流量 NONEFLOWMORE高 多 PRESSURE 压力 压力过高 HIHGHPRESSUREASWELLAS 伴随 十PHASE 单相 两相 TWOPHASEOTHERTHAN 异常 OPERATION 操作运行 维修 MAINTENCE3 引导词用于两类工艺参数 1 概念性的参数 如反应 混合等 2 另一类比较具体的参数 如压力 温度等 对于概念性的参数 由引导词合成偏差 有时容易发生歧义 例 反应过快 可能指的是反应速率过快 或是有大量的产物生成 另一方面 有些引导词和参数在一起将组合出不合理的偏差 例 伴随 压力 使用时应注意 12 对于具体参数而言 有必要对引导词进行某种改动 此外 评价时常常发现组合出的某些 偏差 是不切题的 例如 如果是考虑温度 则只有 多 高 或 少 低 这两个引导词可用 将其他引导词与 温度 进行组合 得出的东西毫无意义 下面是用于替代引导词的一些常用的代替词 对于 伴随 当考虑时间时 可用 立刻 后来 等代替之 对于 伴随 当考虑的是位置 源头 地点时 可用 哪里 何处 代替之 对于 多 和 少 当考虑的是液位 温度 可用 高 低 代替之 13 4 HAZOP分析所需资料基本的资料有 带控制点工艺流程图PIDS 现有流程图PFD 装置布置图 操作规程 仪表控制图 逻辑图 计算机程序 工厂操作规程 设备制造手册 通常进行HAZOP评价研究 资料情况大体如此 考虑到HAZOP研究中的工艺过程不同 所需资料不同 进行HAZOP分析必须要有工艺过程流程图及工艺过程详细资料 正常情况下 只有在设计的最后阶段才能提供上述资料 因此在HAZOP分析之前 对过程固有危险的主要风险应做全面的评价 14 5 HAZOP分析步骤及技术关键HAZOP分析方法可按3个步骤进行 1 分析的准备 2 完成分析 3 编制分析结果报告 图18 1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 15 图HAZOP分析全过程图 16 1 分析的准备准备工作在HAZOP分析中非常重要 1 确定分析的目的 对象和范围分析的目的 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的工作 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 17 2 评价组的组成评价组人员应具有HAZOP研究经验 HAZOP分析组最少由4人组成 包括组织者 记录员 2名熟悉过程设计和操作人员 一般5 7人较为理想 如果评价组的规模太小 由于参加人员的知识和经验的限制 评价的水平不会太高 3 所要获取的必要资料资料清单参见表18 5 18 4 将资料变成适当的表格并拟定分析顺序此阶段所需时间与过程的类型有关 对连续过程 工作量相对较小 对照图纸 如果对设计进行过修改 确定分析节点 并制订详细的计划 5 安排会议次数和时间一旦有关数据和图纸收集整理完毕 组织者开始着手制订会议计划 首先需要确定会议所需时间 一般来说每个分析节点平均需20 30min 若某容器有2个进口 2个出口 一个放空点 则需要3h左右 另外一种方法是分析每个设备需要2 3h 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 会议组做适当修整 再进行下一区域的分析讨论 分析大型装置或工艺过程 评价人员可能需要花费的时间相对较多 19 2 完成分析HAZOP分析需要将工艺图或操作程序划分为分析节点或操作步骤 然后用引导词找出过程的危险 图18 2是HAZOP分析流程图 20 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 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 在考虑采取某种措施以提高安全性之前 应对与分析节点有关的所有危险进行分析 21 对一个装置可以按以下步骤进行分析 1 为了便于分析 根据设计和操作规程将装置分成若干 单元操作A 如 反应器 蒸馏塔 热交换器 粉碎机 贮槽等 2 每个 单元操作 又被划为若干辅助单元A 如 热交换器 接管 公用工程等 3 明确规定每一个单元操作以及辅助单元的设计参数及操作规程 如A 的功能是将物料P以D的速率输送到反应器A 4 根据设计说明和操作规程的要求 仔细查找第一个单元和辅助单元的可能的偏差 并用引导词逐一检查 5 将已分析到的单元操作和设备在流程图上划出 然后对没有分析到的单元逐步分析 直至装置全部被检查到 6 识别的危险列入表中 并根据风险的大小 采取安全对策 将风险降低到安全水平 22 HAZOP分析涉及过程的各个方面 包括工艺 设备 仪表 控制 环境等 考虑到评价人员的水平往往与实际有出入 因此 对某些具体问题可听取专家的意见 必要时对某些部分的分析可延期进行 在获得更多的资料后再进行分析 23 3 编制HAZOP评价表HAZOP评价表以表格形式记录 表18 6 24 6 该方法的基本过程是 以关键词为引导 找出系统中工艺过程或状态的变化 即偏差 然后再继续分析造成偏差的原因后果及可采取的对策 通过可操作性研究的分析 能够探明装置及过程存在的危险 根据危险带来的后果明确系统中的主要危害 如果需要 可利用故障树对主要危害继续分析 因此它又是确定故障树 顶上事件 的一种方法 可以与故障树配合使用 在进行可操作性研究过程中 分析人员对于单元中的工艺过程及设备状况需要有深入了解 对于单元中的危险及应采取的措施会有透彻的认识 因此 可操作性研究还被认为是对工人培训的有效方法 25 7 其他形式的HAZOP分析方法 仅供参考 基于引导词的HAZOP分析方法最初是由ICI公司建立的 经过不断完善修改 提出了许多改进意见 部分改进意见已在实际分析过程中得到应用 这些不同形式的HAZOP分析方法可能非常适用于某一特定的分析对象 以下简要介绍其他形式的HAZOP分析方法 基于引导词的HAZOP分析方法有两种基本的变化 分析组识别偏差的方式不同 编制HAZOP分析结果文件的方式不同 26 使用引导词能识别出每个分析节点或操作步骤的所有偏差 简单地将所有的引导词与工艺参数组合会产生许多的偏差 引导词有7个 假如有5个工艺参数 则共产生7 5 35个偏差 一般说来这仅是一个设备的偏差数量 假如考虑20个主要设备 则偏差总数为35 20 700个 要对这些偏差 有些可能是无意义的 进行分析 如果每个偏差用10min 则需要7000min 约120h 需15d 每天按工作8h计算 才能完成 这种方法的优点是对于缺乏日AZOP分析经验的评价组 能保证考虑到过程中所有可能发生的不正常情况 缺点是对有经验的HAZOP分析组来说 那些无意义的偏差就是一种负担 27 实践中出现了两种有效的方法 基于库的方法 基于知识的方法 两种方法都是为了提高评价的效率 尽量减少那些不产生影响的偏差 基于偏差库的方法非常类似于基于引导词的方法 在HAZOP分析会议之前 HAZOP组织者或记录员应该对标准偏差库进行调查 以确定每个节点或操作步骤的偏差是否恰当 每个节点或操作步骤是设备的关键部分 根据设备的类型 如反应器 塔 泵 贮槽 热交换器 有些偏差是不恰当的 例如 对装一般液体的贮槽来说 高液位 并不产生什么大的危险 不用对此进行分析 28 表18 7是一偏差库的例子 请读者注意 这个偏差库仅作为一个例子 如要用于实际过程 要考虑其可靠性和完整性 HAZOP的组织者和记录员可使用偏差库选取合适的偏差 使用这种方法可节约20 50 的时间 当然 这与过程的复杂程度 设备的类型有关 这种方法可能会遗漏某些偏差 29 基于知识的方法是一种特殊的基于引导词的HAZOP分析 但所使用的引导词部分或全部来自分析组的知识和特殊的检查表 这种知识库用来对当前设计与根据以往装置经验建立的并形成文件的基本设计实践相比较 评价人员对标准应非常熟悉 这种方法的优点是过去的经验转化为实践 而且在装置的设计和建设过程的各个阶段都可使用 将设计与规范的比较将产生另外一些问题 这些问题不同于基于引导词的HAZOP分析偏差 例如 可能的问题 设计不应该像 吧 建议对设计进行修改控制危险 而过程的操作风险不会增加 30 举例来说 考虑离心泵的出料 基于引导词的HAZOP分析将使用引导词 相逆 去确定是否需要单向阀 而基于知识的HAZOP分析方法也要确定是否需要单向阀 因为碰到的实际问题就有逆流流动 而且在离心泵出口安装单向阀已作为一种标准 应当注意 当设备技术方案进行了较大的变动或包含新的化学过程时 基于经验的检查表与基于引导词的HAZOP方法没有太大区别 综上所述 基于引导词的HAZOP分析方法是其他形式的HAZOP分析方法的基础 而且对任何分析对象都适用 31 下面是几种常见的HAZOP方法 1 偏差到偏差的HAZOP表 在偏差到偏差 DBD 方法中 所有的原因 后果 保护装置及建议措施都与一个特定的偏差联系在一起 单个的原因 后果 保护装置的偏差间没有关系 因此 某个偏差的原因并不一定产生所列出的后果 换句话说某偏差的原因 后果 保护设施 之间没有对应关系 例如 蒸汽流量高和外部着火均能导致温度升高 但喷淋系统只对着火起安全保护作用 用DBD方法得到的HAZOP分析文件表 需要读者自己推断原因 后果 保护设施及建议措施之间的关系 DBD方法应用较多 主要因为分析所需时间少 32 2 原因到原因的HAZOP分析表 在原因到原因 CBC 方法中 表中原因 后果 保护设施及建议措施之间有准确的对应关系 分析组可以找出某一偏差的各种原因 每个原因单独对应着某个 或几个 后果及保护设施 例如对偏差 泵泄漏 每一个原因是由于密封故障 表中将列出所有与密封故障有关的后果 安全设施及建议措施 然后再分析其他原因 因此 CBC处理的数据比DBD准确得多 而且CBC能减少歧义 例如 液位控制器失效可能导致高液位 但是同一个液位控制器也许就是对付高流量引发高液位的安全保护装置 按照DBD的方式 同一项目既是原因又是安全保护装置 这必将引起混淆 因此 为准确起见 最好使有CBC方法 33 3 只有异常情况的HAZOP分析表 在这种方法中 表中只包含那些分析组认为原因可靠 后果严重的偏差 这种方法的优点是分析时间和表格长度大大缩短 但最大的缺点是这种分析几乎不可能完整 如果这份报告是提交给有关安全管理机构的话显然不行 这种方法应与CBC和DBD一起使用 4 只有建议措施的HAZ