基于HAZOP与AEMA的输气站场风险评估①

邢金朵　赵东风　韩丰磊　陈晓玮

1.中国石油大学(华东)安全环保与节能技术中心　2.国家安全生产监督管理总局石油天然气安全生产技术中心

基于HAZOP与AEMA的输气站场风险评估①

邢金朵1,2赵东风1,2韩丰磊1,2陈晓玮1,2

1.中国石油大学(华东)安全环保与节能技术中心2.国家安全生产监督管理总局石油天然气安全生产技术中心

摘要为全面地评估输气站场安全状况，综合运用化工行业常用的危险与可操作性分析(HAZOP)和针对人因、管理因素分析的行为失效模式分析(AMEA)确定输气站场风险影响因子，将各因子整合得到输气站场4个一级风险评价指标和对应的17个二级风险评价指标。根据输气站场特点确立输气站场风险影响因子关系矩阵，不仅考虑单个因素对输气站场安全运营的影响，同时还分析输气站场多因素耦合作用结果。采用该方法，针对风险程度较高的具有代表性的调压单元进行多因素耦合分析，计算得到选用示例调压单元为强风险单元，给出该单元风险因子权重排序。研究表明，该风险评估方法对输气站场安全管理具有借鉴意义。

关键词输气站场HAZOPAMEA多因素耦合调压单元风险评估

输气站场安全是确保输气管网平稳运行的重要基础，一旦发生意外，将导致人身伤亡、设备损毁、财产损失，以及生态影响等不同程度的破坏。对输气站场风险评估进行研究是维护输气站场安全管理的重要组成部分。

输气站场的主要作用是对输送气体进行净化、计量、调压和冷却等作业。根据输气站场工艺特点，将输气站场划分为9个子系统，即：清管区、净化区、计量区、调压区、空冷区、放空区、排污区、安全仪表区、工艺管道区[1-2]。输气站场运营过程中主要包括4种失效形式，即：初始缺陷、腐蚀、施工缺陷、基础沉降[3]，其安全运行受到人、机、环、管等多面制约。输气站场事故的发生不是单因素导致的结果，而是多因素相互作用的结果。

采用广泛应用于工艺过程分析的危险与可操作性分析( HAZOP)方法[4]，并结合由HAZOP扩展出的行为失效模式分析(AEMA)方法对输气站场风险进行综合分析。相关资料显示，超过50%的泄漏是由于人因和管理因素失效导致的[5]。AEMA具有和HAZOP相似的分析流程，HAZOP主要针对流程和设备分析，而AEMA则对人因和管理因素分析，具有较高可靠性[6]。HAZOP和AEMA方法的综合应用不仅简单易操作，并且还保证了分析结果的系统性、科学性。

本文根据上述两种风险分析方法分析的结果确定输气站场一、二级评价指标；结合专家经验和相关资料建立风险影响因素关系矩阵，选取输气站场运营危险程度较高的最具代表性的调压单元进行风险评估；最后对国内某输气站场调压单元进行实例应用分析，其他作业单元可参考调压单元风险评估过程而进行相应分析。

1输气站场风险分析

输气站场风险评估即为对输气站场内设备、工艺及作业环境和过程进行分析，识别易导致站场发生泄漏、火灾、爆炸、人员伤害等后果的关键因素，利用科学合理的评价方法和模型对站场风险等级进行划分和界定。选用HAZOP方法对输气站场工艺流程和设备进行风险分析，同时采用AEMA方法对作业过程中人因和管理因素进行分析，以确保分析结果全面、可信。

1.1输气站场HAZOP分析

输气站场HAZOP分析主要是由HAZOP专家、秘书和输气站场工艺、操作、仪表、安全、设备等相关人员共同组成分析小组，按照工艺管线仪表流程图对输气站场中工艺或者操作过程中存在的危害进行分析，识别不可接受的风险情况[7]。HAZOP分析需将整个输气站场按照工艺流程划分节点，节点划分结果如表1所示。

表1 输气站场HAZOP分析节点Table1 HAZOPanalysisnodesofgastransmissionstations节点名称节点描述[8]清管区该节点主要功能为对管线进行清扫作业净化区对上游来气进行过滤分离计量区对输入和输出的气体进行计量调压区对输送气体压力进行调节空冷区对空气进行冷却处理放空区紧急情况气体超压放空排污区输气站场污染物处理排放[5]安全仪表区对输气站场安全进行监测、监控的设备仪表工艺管道区气体输送

节点划分完成后，由小组讨论确定引导词和偏差，对偏差产生原因、后果以及现有保护措施进行分析，对现有保护措施正常运行情况下，风险水平仍超出企业可接受程度的情形，需进一步给出建议措施，并由专人跟踪整改。输气站场HAZOP分析结果见表2。

1.2AEMA分析概述

人为因素存在于生产系统全生命周期，从设计、施工、操作、管理、维护和系统更新到装置退役[9]。HAZOP主要是针对工艺、设备、环境进行分析[10-11]，对于装置全生命周期涉及的人为因素和管理因素则无详尽分析。选用AEMA对输气站场运营过程中人为因素进行分析，确定输气站场人为因素引导词、偏差、可能原因、后果。典型人为因素及对应引导词如表3所示。

AEMA包括7个分析步骤：①计划准备；②系统分解和单元功能分析(分析节点确定)；③确定行为失效模式(偏差)和原因；④确定行为偏差结果；⑤评估风险；⑥给出建议措施；⑦分析报告编制。AEMA分析对于分析小组的工程现场实践经验具有较高要求，以确保分析结果的准确、完备。

表2 输气站场HAZOP分析结果(部分)Table2 HAZOPanalysisresultsofgastransmissionstations(part)参数引导词偏差原因后果已有保护措施建议措施流量偏低/无流量偏低/无过滤器堵塞站场进气流量过低,影响下游用户用气过滤器前后设置差压指示及高报警压力偏低/无压力偏低上下游管线发生泄漏或火灾造成大量天然气泄漏,扩大事故影响。①站场进出口均设置远程电动阀;②进站三通阀组设置ESD气液联动阀,并设置上下游管线放空系统过高压力过高①调压设备失效;②人员误操作调压失效,可能引起下游管线和设备超压①调压后的管线上设置安全阀;②调压系统采用串联设置独立的安全截断阀、监控调节阀和工作调压阀的方式温度过低温度过低热水加热器热水中断造成节流后的气体温度过低,可能会影响气体输送出站气体温度远传指示建议出站气体温度指示增加低报警环境温度过低过滤器底部排污管线盲端若积水,易引发冻堵和冻裂建议考虑在过滤器底部排污管线盲端增设伴热

表3 典型人为失误以及对应引导词[6]Table3 Typicalhumanerrorsandcorrespondingguidewords引导词意义示例[12]Mis-action行为失误压缩机出口被人为误关Notdone行为遗漏压缩机起动前未进行惰性气体置换Lessthan行为不完整安全检测不彻底Mis-direction行为方向错误作业方向和规定不一致Mis-ordered行为顺序错误检维修后,先开启蒸气伴热,后开启物料阀门Soonerthan/laterthan行为不合时机压缩机前设备故障,未及时停车Repeated动作反复反复开启关闭收发球筒

2多因素耦合作用下输气站场风险评估

输气站场运营过程中，导致其功能失效的原因有很多，最基本的失效方式是泄漏，而间接失效方式则包括由泄漏引发的输气站场火灾、爆炸、职业伤害、财产损失等。

2.1输气站场工艺流程

上游来气进站后，分两路进站，一路经过过滤分离器，除去天然气中的固体颗粒和液滴等，过滤后的天然气经计量、调压后输入工程供气支干线；另一路则直接供气到下游分输站。此外，输气站场包含其他附属工艺，包括超压放空、后空冷、消防、排污、收发球等。输气站场基本工艺流程如图1所示[8]。

2.2输气站场风险影响因素

通过各专业人员组成分析小组对输气站场头脑风暴形式综合风险分析，得到输气站场HAZOP与AMEA分析结果，经整理得到4个一级指标和对应的17个二级指标。输气站场风险评价指标体系见表4。

根据文献[13]相互作用矩阵遵循原则和计算方法，计算出输气站场风险程度。

3调压单元多因素耦合风险评估

输气站场9个子系统均存在不同程度的风险，调压单元(图1中压缩机环节)是输气站场运营的核心区域，由于该区域的作业相对复杂，对其进行风险分析尤为必要[12]。本文选用风险程度最高的调压单元进行多因素耦合示例分析，其他单元可参照此分析过程。

表4 输气站场风险评价指标体系Table4 Riskassessmentindexsystemofgastransmissionstation一级指标二级指标①环境因素F1压气站防火间距F11输气站场潜在第三方破坏F12外环境(大气、地质、水)F13输送介质腐蚀性F14人因F2人员技能F21人员安全意识F22人员培训情况F23人员身体状况F24设备因素F3主要生产设备的有效性F31仪器仪表的可靠性F32设备设计的合理性F32设备日常维护状况F33设备定期检测情况F34设备运行年限F35管理因素F4制度的合理性F41制度的执行性F42安全投入F43应急预案与应急演练情况F44 注:①其中每个子系统具体的二级指标根据各自单元工艺流程确定。

3.1调压单元简介

调压单元主要目的是对进站气体进行压力调节，按相关标准和要求向下游输送气体[8]。作业过程是将分配汇管来的气体经压缩机压缩调压后输送至下游管线，同时涉及燃料系统、冷却系统、润滑系统等。

3.2调压单元各风险因子关系矩阵

以国内某天然气输气站场调压单元为例，该输气站场进站压力6.3 MPa，调压后压力1.6 MPa。根据工艺流程以及相关HAZOP和AMEA分析结果确定压缩单元安全评价指标体系。从环境、人员、设备、管理4个方面确定具体的风险影响因子。具体指标为：外环境(大气、地质、水) F11、输送介质腐蚀性F12；人员技能F21、人员培训情况F22、人员安全意识F23、人员身心状况F24；燃料系统可靠性F31、润滑系统可靠性F32、压缩机可靠性F33、电气系统可靠性F34、密封系统可靠性F35、安全设施可靠性F36；规章制度的合理性F41、制度执行的有效性F42、应急预案和演练情况F43。该15个因素组成相互关系作用矩阵，对输气站场调压单元风险情况进行分析。

通过资料调研[14-16]和专家打分得到调压单元风险影响因子，以及各因子相互耦合作用对该单元风险影响程度的取值，确立如下关系矩阵：

计算出各个影响因子的权重如表5所示，一级指标和二级指标可视化雷达图直观表示如图2和图3所示。

根据文献[13]计算各因子权重得到风险评价系数SD=71%(见表6)。由上述分析结果可知，输气站场调压单元一级风险影响因子考虑顺序为设备影响因子、人因和管理因素、环境条件。二级影响因子主要考虑压缩机性能、润滑系统和电气系统有效性等。该输气站场调压单元为强风险单元。

表5 输气站场调压单元风险影响因子权重Table5 Regulatingunitriskfactorweightingastransmissionstations影响因子一级指标权重权重二级指标权重排序外环境(大气、地质、水)F110.10.0413输送介质腐蚀性F120.068人员技能F210.230.083人员培训情况F220.0511人员安全意识F230.0413人员身心状况F240.068燃料系统可靠性F310.440.0511润滑系统可靠性F320.092压缩机可靠性F330.121电气系统可靠性F340.083密封系统可靠性F350.0413安全设施可靠性F360.068规章制度的合理性F410.230.077制度执行的有效性F420.083应急预案和演练情况F430.083

表6 输气站场调压单元风险分级Table6 Riskclassificationingastransmissionstationpressure-regulatingunit调压单元风险评价系数(SD)风险程度分类0≤SD≤25%弱风险Ⅰ25%

4结 论

(1) 优化了传统HAZOP分析集中于工艺和设备风险方面的不足，结合与HAZOP分析流程相似的AMEA分析方法对人因和管理进行分析，建立了较为完善的输气站场风险评价指标体系，包括4个一级指标和17个二级指标。

(2) 采用相互作用矩阵对输气站场进行风险评估，不仅考虑了单因素对输气站场安全运营的影响，同时也考虑了各因素相互作用的综合影响结果，确保了输气站场风险评估结果的准确性和有效性。

(3) 对危险程度较高的输气站场调压单元示例分析，其风险评估结果表明，该单元危险性较大的影响因子依次为压缩机的可靠性、润滑系统可靠性、人员操作技能等，分析结果对输气站场风险评估具有参考作用。

参 考 文 献

[1] 张锦伟, 姚安林, 杨璐, 等. 基于风险的输气站场设施检测周期确定方法研究[J]. 中国安全科学学报, 2013, 23(4): 167-171.

[2] 高晓根, 李劲, 计维安, 等. 天然气净化厂在役装置HAZOP分析工作实践[J]. 石油与天然气化工, 2013, 42(4): 347-352

[3] 刘红芳, 刘成敏, 王海宁. 我国天然气风险及评价方法分析[J]. 中国安全生产科学技术, 2014, 10(2): 86-92.

[4] British Standard. EC. BS IEC 61882 Hazard and operability studies (HAZOP studies)-Application guide[S]. International Electrotechnical Commission, 2001.

[5] VINNEM J, RØED W. Norwegian Oil and Gas Industry Project to Reduce Hydrocarbon Leaks[J]. SPE Economics & Management, 2014, 6(2): 88-99.

[6] MARVIN R. Risk Assessment Theory Methods and Applications [M]. John Wiley & Sons, Inc., 2011.

[7] 王婷, 项小强, 戴联双, 等. 输油气站场HAZOP分析方法及其应用[J]. 天然气工业, 2011, 31(10): 97-100.

[8] 张良鹤. 天然气集输工程[M]. 北京: 石油工业出版社, 2001.

[9] SCHÖNBECK M, RAUSAND M, ROUVROYE J. Human and organisational factors in the operational phase of safety instrumented systems-A new approach[J]. Safety Science, 2010(48): 310-318.

[10] 王峰, 王昊辰, 梁汝军, 等. 环氧乙烷装置工艺技术安全管理系统构建方法[J]. 安全与环境学报, 2014, 14(1): 38-42.

[11] 熊军, 吴林, 肖倩. HAZOP分析在油气田开发生产中的应用探讨[J]. 石油与天然气化工, 2005, 34(5): 423-425

[12] 潘永东. 陆上油(气)田油气集输系统安全风险与控制[M]. 北京：中国石化出版社, 2009.

[13] 乔万冠, 李新春. 多因素耦合作用下煤矿企业风险评价[J]. 煤炭工程, 2014, 46(4): 145-148.

[14] 赵新好, 姚安林, 郭磊, 等. 基于AHP-熵权法的输气站场区块风险因素权重确定方法研究[J]. 中国安全生产科学技术, 2012, 8(10): 91-96.

[15] 范小霞. 压气站风险评价技术研究[D]. 成都: 西南石油大学, 2009.

[16] 辛颖, 王岩. 油气集输站场实时风险预警评价体系研究[J]. 中国安全科学学报, 2013, 23(5): 151-155.

Risk evaluation of gas transmission station based on HAZOP and AEMA

Xing Jinduo1,2，Zhao Dongfeng1,2，Han Fenglei1,2, Chen Xiaowei1,2

(1.EnvironmentandSafetyTechnologyCenterofChinaUniversityofPetroleum,Qingdao266580,China)

(2.Petroleum&NaturalGasSafetyProductionEngineeringTechnologyResearchCenterof

StateAdministrationofWorkSafety,Qingdao266580,China)

Abstract:Aiming at comprehensively and objectively analyzing the safety of gas transmission stations, this paper proposed a novel method by combining HAZOP which is frequently used in chemical industry and AMEA which is mainly for human and management factors analysis. 4 first-grade assessment indicators and 17 second-grade assessment indicators were recognized after integrating all factors. The risk interaction matrix was subsequently established based on the characteristics of the gas transmission station. This matrix not only considered the impact of a single factor on the operation safety, but also analyzed the results from coupling actions by multiple factors. Finally, a case study with this method was conducted on the pressure-regulating unit of a gas transmission station, indicating that the unit was high risk. Quantitative information such as the risk value and the weight sorting of the risk factors were also concluded from the analysis. The studies showed that this risk assessment method has practical significance to safety management of gas station.

Key words:gas transmission station, HAZOP, AEMA, multi-factor, pressure-regulating unit, risk evaluation

收稿日期：2014-09-28；编辑：钟国利

中图分类号：TE687

文献标志码：A

DOI:10.3969/j.issn.1007-3426.2015.04.024

通信作者：赵东风(1968-)，男，教授，博士生导师，博士，研究方向为油气安全与环境工程。E-mail: zhaodf@upc.edu.cn

作者简介：①邢金朵(1989-)，中国石油大学机电工程学院，硕士在读，研究方向为油气安全工程。 E-mail：xingjinduoupc@163.com