HAZOP理念在管道设计校核中的应用

贺永金孙庆君蒋虹史磊(.航天长征化学工程股份有限公司， 北京 0；.浩良河化肥分公司， 黑龙江 伊春 53000)

HAZOP理念在管道设计校核中的应用

贺永金1孙庆君1蒋虹2史磊1(1.航天长征化学工程股份有限公司， 北京 101111；2.浩良河化肥分公司， 黑龙江 伊春 153000)

针对化工设计管道校核工作数据量大、专业交接多、易错点分布广等特点，开发了一套切实可行、逻辑严谨的校核流程。其原理是借鉴“危险与可操作性分析”（HAZOP）对于工艺安全问题的分析思路，结合信息化手段，通过管道设计易错点分类、偏离设计参数、分析易错点容错性等级、提出解决方案四个步骤，实现管道设计易错点分类、分级、系统性管理，增强了管道校核严谨性，提高了管道设计质量。对于大型化工项目尤其EPC项目，可以有效降低管道成本，加强施工进度的控制力度。此校核流程已经应用与多个航天粉煤气化项目，实施效果显著。

管道设计；校核；HAZOP；应用

在设计流程中，一般通过“设计”、“校核”、“审核”三种手段来降低设计错误率,但是与管道设计相关的问题具有数据量大、专业交接多、易错点分布广、需实时更改等特点，因此，在原校核系统上，增加有效的、系统的校核手段，对管道设计质量的提升有很大帮助。

管道布置设计属于多学科综合性专业，是详细设计中的主导专业。本文借鉴“危险与可操作性分析”的分析思路，开发了一套切实可行、逻辑严谨的校核流程，使管道设计工作步入精细化设计领域。

1 “危险与可操作性分析”分析思路

危险与可操作性分析方法(HAZOP)，是一种以系统工程为基础，针对化工装置而开发的一种危险性评价方法。其目的是确定用以保证过程安全所需的安全功能（如保护层），及其相关性能水平（风险降低）。其过程以关键词为引导，找出过程中工艺状态的变化（即偏差），然后再继续分析造成偏差的原因、后果及可以采取的对策。

主要由以下4个步骤所组成：划分节点，设定危险级别，识别现有安全措施，措施不达标采取措施。

1.1 划分节点

HAZOP分析的基础是“引导词检查”，它是仔细地查找与设计意图背离的偏离。为了分析，可将系统分成多个节点，各个节点的设计意图应能充分定义。[1]

1.2 产生偏离

对于每一个节点，HAZOP分析团队以正常操作运行的参数和要素为标准值，分析运行过程中参数和要素的变动（即偏离），这些偏离通过引导词和参数/要素组合产生。

1.3 评估风险等级

HAZOP分析团队判断一个危险剧情的现有安全措施是否充分，对于评估出的高后果或者高风险危险事件，宜开展保护层分析和安全仪表功能的安全完整性等级评估[2-3]。

1.4 提出建议措施

建议措施是指改进设计、操作规程，增加或减少安全保护措施，或者进一步进行分析研究等。

2 管道校核流程搭建思路

管道校核与工艺安全问题在数据量、专业交接、易错点分布上具有共性。基于HAZOP分析思路在工艺安全分析上使用的良好效果，本文借鉴HAZOP的分析理念，为管道校核建立一个框架，把各类零散的问题分级、分类的放置到校核流程中。针对HAZOP分析的四个步骤，提出管道校核分类易错点，偏离设计参数，划分容错性等级，提出解决方案四步流程，详见图1。

2.1 分类易错点

通过整理以往的校核记录、现场的“三查四定”、工程联络单、管道变更单等信息。采用聚类分析方法，将所采集的易错点信息划分为材料相关、与其他专业不一致、具体配管细节三类，再将每个类别分成多个小类，如图2。

图1

图2

2.2 偏离设计参数

以正常设计参数作为基准值，分析各类参数可能出现的变动，这些变动可能造成设计值的冲突。例如：同参数（或者名称）在不同文件中一致性分析，以“管道名称”为例，管道名称在工艺PID、管道索引表、PDMS三维模型中都会出现，可将管道名称中管径、等级、保温等分别做偏离，检查该偏离会对后续设计产生的影响和导致错误的类型。

2.3 划分容错性等级

实际上，在项目设计中对不同情况的容错率有着不同的要求，比如氧气管道的设计精准度要比普通小口径碳钢管高；涉及大型设备的土建条件，其设计精度需比管道的支吊架埋板条件高。在此根据错误可能造成的后果，如经济效益、工期延误等情况对易错点的容错性进行分级，1级为最低，4级为最高,表1显示为我们在粉煤气化上做的等级划分依据。

表1

2.4 提出解决方案

寻找易错点适宜解决的时间点，可以将易错点的校核时间点分为：基础设计、详细设计30%、详细设计60%、，详细设计90%和入库五个时间点。根据问题共性特点不同，采用针对性的方法，分为“闭环比较”、“程序匹配”、“专项检查”三类：

闭环比较：解决同参数（或者名称）在不同文件中一致性问题，为按照设计流程传递的数据，增设一条闭环的反馈路径。

程序匹配：将引发的原因接近、数据量大的易错点进行用共性的校对，寻找关键点，依托信息化手段解决。

专项检查：对于引发原因相近，而无法实现程序检查的易错点，进行人工专题检查。

3 项目应用举例

3.1 应用举例法兰面连接匹配问题

法兰面连接匹配问题，涉及阀门、法兰[4]、管口等多种管件，参数包含设计压力、标准、连接面形式等。如果通过人工检查，工作量大，且难免出现遗漏。为此易错点增设校核方法，具体信息如下：

分类：材料，误选

容错性等级：2级

偏离参数：设计压力、标准、连接面形式

涉及文件：管道安装图、综合材料表

解决方法：程序匹配

实施阶段：入库前

实施人员：设计、校核

检查方案：选取垫片[5-6]作为校核对象，通过检查垫片与法兰面是否存在有效的连接关系，达到检验阀门、法兰、管口的连接是否正确的目的，将复杂的问题简单化。

算法如下：

a.收集所有垫片

b.检查垫片与前，后元件的连接关系

c.如果正确且垫片位置不移动，返回正确信息

d.如果连接不正确或者垫片位置移动，则返回错误信息。

e.汇总错误列表，供设计人员查询

检查结果：返回法兰面连接问题，见表2。

表2

此过程不仅检查了配对法兰面的匹配情况，还同时检查了法兰连接是否存在空隙。

3.2 易错点整理与实施

随着项目的增多，根据本文所采取的分析方法，可增加更多的易错点并进行整理样表3如下：

表3 项目管理易错点汇总表

以上述表为校核数据库，整理每个设计阶段，为每个职位的人自动提取一份可以实施的易错点表，样表4如下：

表4 易错点检查表

4 实施效能评价

新型管道校核理念具备很强的拓展性：

a.知识积累，可不断补充易错点，将大众经验集于一体。

b.错误探索，通过偏离寻找可能出现的新错误，而不是被动收集错误。

c.其他专业应用，校核系统具有严密逻辑，不仅可用于管道专业，也可以推广使用予其他专业领域。

在采取了本文所述的校核方法后，极大的降低了设计错误率。如，在内蒙古伊泰化工有限责任公司120万吨/年精细化学品示范项目中共4010根管道，管道设计周期12个月。采用了本文介绍的管道校核流程后，共增加校核点21项，其中材料类8项，与相关专业一致性检查6项，配管细节7项。检查发现各校核点纠错率约在2%-5%间，避免了由于设计失误而造成的损失近两百万，极大程度的降低了延误工期的可能性。目前，该项目管道施工已进入尾声，管道变更仅有两份，材料统计精确，已成为项目园区工期进展最快的装置。

5 结论

本文针对管道校核方法中存在的缺陷，借鉴“危险与可操作性分析”（HAZOP）的分析思路，结合信息化手段，开展了新型管道校核流程的构建，为设计质量的整体提升提供了一个可升级的整合平台。该理论已经实际运用多个航天粉煤气化项目，经过现场施工检验，效果显著。

[1]吴重光.危险与可操作性分析（HAZOP）应用指南[M].北京:中国石化出版社,2012:56-64.

[2]机械工业仪器仪表综合技术经济研究所、上海自动化仪表股份有限公司技术中心、北京华控技术有限公司等.GBT21109.1-2007,过程工业领域安全仪表系统的功能安全[S],北京：中国标准出版社，2008.

[3]机械工业仪器仪表综合技术经济研究所.GBT20438-2006,电气电子可编程电子安全相关系统的功能安全[S],北京：中国标准出版社，2007.

[4]中国石化工程建设有限公司.SH/T3406-2013石油化工钢制管法兰[S].北京：中国石化出版社，2014.

[5]中国石化工程建设有限公司.SH/T3407-2013石油化工钢制管法兰用缠绕式垫片[S].北京：中国石化出版社,2014.

[6]中国石化工程建设有限公司.SH/T3403-2013石油化工钢制管法兰用金属垫环[S].北京：中国石化出版社,2014.

[7]张德义,王怀义,刘绍叶.石油化工装置工艺管道安装设计手册[M].北京：中国石化出版社,2005.

The utilization of the HAZOP conception in checking the piping design

He Yongjin1, Sun Qingjun1, Jiang Hong2, Shi Lei1
(1.Changzheng Engineering Co., Limited. Bei Jing 101111, China)
(2.Haolianghe Chemical FertilizerBranch Co., Limited. Yichun 153000, China)

Piping design; check; HAZOP; Application

In allusion to large amount of data check for the chemical engineering designed, exchange of professional knowledge, wide distribution of error-prone point and other characteristics, the practical, rigorous logic of check process was developed. The principle was abstract from “Hazard and Operability Analysis(HAZOP)”. It analysis ideas for safety issues through pipeline design, classif cation of errorprone points and identif cation of pipeline fallible fault tolerance. It introduced four steps to assess the reliability of existing calibration, find ways to reduces the error rate of the measures to achieve fallible pipeline design sorting, grading, systematic management and enhance the stringency and pipeline designquality. For large chemical projects, especially EPC projects, it can effectively reduce the cost of the pipeline and to strengthen efforts to control the construction schedule. This check process has been applied to multiple aerospace coal gasif cation projects, and the implementation effect is signif cant.