危险与可操作性分析法在油气集输管道中的应用与分析

胡灯明

南方石油勘探开发有限责任公司 （海南 海口 570216）

1 危险与可操作性分析法概述

危险与可操作性分析法（HAZOP）的评价思路是按一定的原则将工艺过程或设备划分为合理的分析节点（或单元），通过引导词和系统工艺参数，对每一个分析节点识别出具有潜在危害的偏差，并分析偏差的原因、后果和已有的安全保护措施等，以确定系统的安全程度。该方法认为：正常和标准规定状态下的条件是安全的，当出现了与正常条件背离或偏差后才会发生危险或事故，在评价过程中，允许分析人员在危险辨识和可能的偏差出现后做出理性的推测和判断[1-6]。

HAZOP分析评价包括准备、分析和完成分析报告3个基本步骤。

1）HAZOP分析评价的准备工作，即确定分析对象和范围、成立分析小组、收集资料、编制分析计划等。

2）HAZOP分析，将评价对象划分为若干分析节点（工艺单元），连续过程节点确定为管道（物料的通道），即分析管道内介质状态及工艺参数产生的偏差；间歇过程节点确定为主体设备。根据引导词表，选择合适的引导词和工艺参数，分析节点可能产生的偏差和偏差的原因及后果。

3）制定对策及给出评价结论。具体分析流程如图1所示[1]。

图1 海底管道泄漏监测系统现场安装

其中分析会议是HAZOP评价的关键环节，主要的工作流程及任务如图2所示[4]。

2 危险与可操作性分析评价案例

HAZOP评价法的评价对象和过程重点针对工艺操作环节，就油气集输管道而言，管线部分几乎不涉及工艺操作过程，工艺操作主要涉及站场部分，因此集输管道站场采用此法进行安全评价。以某油田30×104m3/d处理能力的集输站为例（主要工艺单元包括：预处理、低压气压缩、天然气脱水、三甘醇再生、外输、仪表风、燃料气、收发球、放空等单元），选取某一节点采用HAZOP方法进行分析评价，并对该方法进行分析。

图2 HAZOP分析会议流程图

2.1 选取工艺节点

考虑节点的目的和功能,同时兼顾节点内容简单清晰的原则，将节点视为完成一个特定功能的单元。根据站场工艺流程图、工艺及仪表控制图等，将该站清管球接收单位作为一个节点，采用HAZOP法对收球筒节点（单元）进行安全评价，收球筒节点的工艺流程和工艺与仪表控制图如图3所示。

图3 清管球接收单元的工艺流程图

收球节点的工艺描述为：若不接收清管球，不分输或站内异常，紧急截断阀关闭，直接通过旁通管线去下一站；若接收清管球，打开紧急切断阀ESD，打开清管接收筒前面的电动调节阀XV1，筒上方的阀门XV2，天然气通过XV2直接去汇管，当清管球进入收球筒时，有信号灯和报警设施YA-YS发出信号，然后关闭阀门XV1、XV2，打开去汇管的电动调节阀门XV3，天然气通过汇管进入分离。此时打开放空线阀门V1放空泄压，排污阀V2排污，压力为零时，打开注水阀门V3注水，最后打开盲板取出清管球(图4）。

图4 清管球接收单元工艺及仪表控制流程图

2.2 HAZOP评价

如上分析，收球筒节点的主要工艺参数是压力和流量，根据表1提供的常见引导词[3]，建立偏差（引导词+工艺参数）并进行分析，分析评价记录见表2。

表1 HAZOP评价引导词（关键词）及意义

通过对收球筒装置的HAZOP分析，找出了在收球筒工艺及操作过程可能出现的偏差、原因和可能后果，共计27条（表2）。评价结论对后续设计完善、安全补偿及安全管理等均具有较大的参考价值。

3 适用性及评价效果分析

HAZOP分析评价目前广泛应用于石油、石化等过程的工艺危险性分析，如英国石化有限公司在“健康、安全与环境标准与程序”中明确规定在项目设计阶段，要采用HAZOP法对方案进行安全评价。通过对收球筒装置的HAZOP评价分析表明，该方法适合于站场工艺设备的安全评价，评价结论针对性强且具有较好的应用价值[7]。

3.1 危险与可操作性分析法的适用性分析

HAZOP分析起源于化工反应装置过程的安全评价，工艺流程相对复杂，设备较多。油气集输管道项目不涉及物质反应，管线部分几乎不涉及工艺流程，站场部分的工艺流程比化工过程相对简单。从资料收集准备上，HAZOP分析对资料要求不高，可研报告提供的资料如项目功能、工艺流程图、设备仪表图等能满足HAZOP的分析要求。HAZOP评价的直接对象是分析节点，根据节点控制的工艺参数指标确定偏差进行评价，分析节点可以是工艺单元（连续过程），也可以是操作步骤（间断过程）。管道输送属于连续过程，站场涉及诸多工艺流程，可直接根据站场的功能划分节点，节点划分简单且没有遗漏（如评价案例）。在偏差的建立和选择上，站场主要涉及的工艺参数是压力、流量（部分节点包括温度，比如分输等），可根据引导词构建有效偏差，结合工艺流程图、节点功能等直接进行HAZOP分析。因此，油气集输管道（站场）适合采用HAZOP法对其进行安全预评价。

表2 收球筒HAZOP评价记录表

在具体使用HAZOP分析法的过程中，由于站场工艺相对化工装置工艺简单，常出现节点内设备数多于偏差种类（如收球筒节点阀门、设备数多于偏差数），若按照图2的讨论流程，则容易出现遗漏、流程不清晰和重复等现象。如分析偏差“流量过大”时，结合收球工艺流程，节点内包括3条主要流程线：节点起点均是紧急截断阀门前的管线，节点终点则有收球筒盲板（正常收球）、去汇气管阀门后的管线（球进入筒后的操作）、越站阀门后的管线（不分输或异常情况）3种情况，逐个对3条主要流程线进行HAZOP分析时，存在重复分析的现象。针对此类情形，建议在评价过程中，按照3条主要流程线的先后顺序、逐个选择偏差，建立有效偏差，直到所有偏差考虑完毕，再进入下一设备并同样进行分析，直至分析结束进入下一节点。

3.2 危险与可操作性分析法的评价效果分析

HAZOP分析在评价过程中对每个节点（管线和设备）内的全部有效偏差进行分析，并分析其偏差原因和可能后果，实行“点对点”分析，评价具体全面且具有较强的针对性。如偏差原因分析方面，排污阀流量过小在评价案例评估了排污阀通道被堵、阀体锈蚀、环境温度低冻裂和阀杆弯曲变形等4类可能原因（表2），导致排污阀排污不畅，影响清管作业进度，甚至导致生产事故。HAZOP分析法弥补了道化学法在评价结论上过分依赖物质系数，不能对事故原因进行分析的缺点。这些偏差产生的原因可直接对后续的设计、管理等提出参考意见，如在排污阀的选择、操作、保养上建立相关规程等，尽量避免类似偏差引发事故，减少安全风险。

HAZOP分析会议中，评价成员会根据节点内管线和设备的功能、工艺等提出很多可能的偏差，其中有的偏差是无效的或分析不全面。以上述收球筒节点的评价为例，“放空管流量可逆”则为无意义偏差，若不考虑放空阀门泄漏，则不能构建“放空阀流量过大”这个偏差。偏差是HAZOP分析的起点，偏差构建的质量和全面程度直接与评价人员的专业、经验和知识结构有关，所以HAZOP评价过程和结论受评价人员主观影响较大。同时，HAZOP评价过程和评价结论仅注重于定性描述，无法比较节点之间（或节点内设备之间）危险等级的高低，需要结合其他评价方法配合使用。

4 应用建议

1）通过油气集输管道站场的收球装置节点HAZOP分析，并建立分析节点向上向下深入分析，向上分析能找出节点出现偏差的原因和系统的危险因素，向下分析能发现偏差导致的后果，评价过程全面、针对性强且具有一定的深度。该方法评价前对资料准备要求不高，通适性较强，便于形成专家系统，且对后续设计优化、管理制度编制等都具有重要意义，应大力推广。

2）HAZOP分析评价法在分析过程中，建议注重评价人员专业、经验和知识结构，以利于建立高质量的偏差，并尽可能地找到节点乃至系统的危险因素和后果。同时，该方法应与道化学指数法等定量的评价方法相互配合，弥补节点（节点内部）之间不能比较危险性大小的不足。

3）鉴于HAZOP分析法的全面性和较强的针对性，推荐国内新建的工艺建设项目，除了选择其他安全评价方法外，尽可能选择HAZOP分析法进行评价。但国内在HAZOP评价法的研究、应用上，仍主要集中在化工装置工艺的安全评价，并陆续开发了相关评价软件，如基于丁辛醇装置HAZOP、基于石油化工过程的HAZOP专家系统与集成等[7]，而基于油气集输管道安全与评价的HAZOP研究与应用却不多。建议安全分析评价在实际应用基础上，研究油气集输系统的HAZOP评价软件，不断优化集成，逐步形成智能专家系统，发挥该方法在油气集输安全评价领域的重要作用。

参考文献：

[1]王显政,赵铁锤,杨 富,等.安全评价[M].北京:煤炭工业出版社,2005.

[2]崔 琳.石油化工过程HAZOP专家系统与集成研究[D].北京:北京化工大学,2009.

[3]国家安全生产监督管理局.光气及光气化产品生产装置安全评价通则:GB 13548—1992[S].

[4]葛天明.过程工业安全预评价技术开发[D].大连:大连理工大学,2006.

[5]王若青,胡 晨.HAZOP安全分析方法的介绍[J].石油化工安全技术,2003,19(1):19-22.

[6]张 斌,赵东风.HAZOP分析技术改进研究[J].中国安全科学学报,2007,17(10):160-164.

[7]张 斌.HAZOP技术在丁辛醇装置上的应用研究[D].青岛:中国石油大学(华东),2008.