基于HAZOP的炼化装置供电系统安全评估方法

胡海燕

(中国石化青岛安全工程研究院化学品安全控制国家重点实验室，山东青岛 266071)

炼化生产装置对供电安全可靠性、连续性要求极高。然而传统的基于经验的分析方法难以满足系统高可靠性的要求，需要一种系统化的评估方法对炼化装置供电系统发、输、变、配、用各个环节潜在的风险及可能引起的后果进行辨识，提前制定防控措施。危险与可操作性分析方法(HAZOP)以其结构化的系统性，成为高危行业事故预防的有效手段和重要工具，然而国内外应用至今，运用于电力系统安全评估方面的研究甚少[1-8]。

本文主要针对石化装置发生多起较大面积非计划停电事故的现状出发，首次引入一种在石油化工领域广泛使用的HAZOP分析方法，对装置供电系统进行详细分析，在此基础上，提出了一种基于HAZOP的装置供电系统安全评估方法。

1 装置供电系统HAZOP分析目标及准备

HAZOP 是以系统工程为基础的一种可用于定性分析的危险性评价方法，是辨识危险与可操作性问题的技术，具有系统化与结构化分析的优点。

该方法适用于石油化工电力系统，重点分析供电系统运行参数波动、设备状态参数变动、电力操作控制中可能出现的偏差事件，通过分析导致这些偏差的原因及这些偏差对装置非计划停车造成的影响制定风险等级，辨识外电源及系统发、输、变、配、用各个环节可能存在的主要风险，寻找系统的薄弱环节，并提前制定防控措施，降低生产装置非计划停车事故以及次生灾害。

HAZOP分析前首要的任务就是要组建分析团队，通过不同专业的“一帮专家”发挥集体智慧，使用头脑风暴，辨识危险和可操作性问题。装置供电系统HAZOP分析除了分析组长和引导记录员外，还应涵盖熟悉企业电网结构、热电系统、设备运行、保护配置、装置工艺等各专业的专家。

装置供电系统HAZOP分析所需要的技术资料主要依据一次系统主接线图、继电保护及自动装置配置图，这两项是必须的。还需要企业电网运行的一些其它技术及管理资料起参考作用。

2 装置供电系统HAZOP分析方法及流程

HAZOP分析主要以分析会议的形式开展。装置供电系统HAZOP分析应按照系统主接线图的自然顺序进行，从外电源接入端，一直经过220 kV、110 kV、35 kV、6 kV各电压等级变电站，最后到装置负荷侧按照顺序进行分析。具体分析流程见图1所示。

图1 装置供电系统HAZOP分析流程

HAZOP以节点为单位展开分析，为便于分析，可以把较庞大的电力系统先划分子系统、单元，再确定分析节点，系统单元划分可参照图2所示。所选节点的大小取决于系统的复杂性和危险的严重程度，复杂或高危险系统可划分成较小的节点，简单或低危险系统可划分成较大节点。

图2 装置供电系统单元划分

HAZOP分析的核心是引导词与系统参数之间的结合构成偏差，将HAZOP中定义的引导词与企业电力系统运行参数联系后，得到了如表1 所示的偏差示例。

原因分析是HAZOP分析的重要环节，原因是指引起偏差发生的原因，是产生后果的条件或事件，可以增进对事故发生机制和各种原因的了解，同时有助于确定所需要的安全措施。近年来企业电气非计划停车事故近一半是由于外电网引起的，而且后果均比较严重，需要重视外电源风险对企业电网的影响；另一方面，企业内部事件的发生，例如高压电缆、机泵等设备的故障率偏高，一旦发生故障均有可能导致不同程度的非计划停车事故。当一个有意义的偏差被识别，HAZOP分析团队需要对其原因进行深入分析，可能是由一个或多个原因导致，通常可以考虑以下3个方面的因素：设备故障可以考虑绝缘击穿、短路、接地故障等内容；外部环境重点考虑外电源影响、雷击、外力破坏等因素；人员需要考虑有误操作的可能性。

表1 装置供电系统HAZOP分析偏差示例

后果是指系统偏离设计意图时所导致的结果。就某个事故而言，后果是指偏离发生后，在考虑现有安全措施，例如继电保护或安全自动装置都失效的情况下，可能持续发展形成的最坏结果。装置供电系统HAZOP分析后果时重点考虑供电系统波动或中断引起装置非计划停车的范围，分为全厂性停电、大面积停电、局部停电。

评估风险等级是HAZOP审查分析的重要环节，通过判断现有安全措施是否充分，可以将风险降低到可接受水平。本文结合应用中国石化风险矩阵，建立企业风险可接受的准则。风险矩阵将每个损失事件发生的可能性(L)和后果的严重程度(S)两个要素结合起来，构建一个m×n阶矩阵，划分为多个风险等级，并通过采用红、橙、黄、蓝等不同颜色表征，风险R的函数关系可以表示为：

R=F(L，S)

(1)

在评定风险等级时，主要考虑财产方面的损失以及对人员的伤害，通过重点分析引起装置非计划停车范围来评定风险等级严重程度，见表2。

HAZOP分析中一项重要内容是针对偏差、原因及后果寻找现有安全措施以及建议措施，来避免或减轻事故发生频率与后果的严重度。现有安全措施是指已有的继电保护、安全自动装置等控制措施或电气管理程序；建议措施是指通过修改设计、变更或增加继电保护、安全自动装置等工程手段。

表2 装置供电系统HAZOP分析风险矩阵

3 装置供电系统HAZOP分析方法应用

以某石化企业电力系统220kV外架空线(地处沿海雷电多发区域。架空线路同塔双回设计，给某石化企业供电，全厂约5 km，接入企业220 kV变电站采用电缆敷设，长200 m。)划分为一个分析节点为例，按照图1分析流程开展HAZOP分析，得到的分析结果如表3所示。通过HAZOP分析，识别出重大风险3项、较大风险8项。由于电源引自一个变电站，采用同塔双回设计，未实现真正的双电源供电，供电可靠性较低，在线路遭受雷击、外力破坏等故障时有可能导致两条线路同时跳闸。因此建议增加第二电源供电方式，才能有效降低风险。

表3 装置供电系统HAZOP风险分析示例

4 结论

本文从石化装置发生多起较大面积非计划停电事故的现状出发，创建基于HAZOP的装置供电系统安全评估方法、流程、评价指标，可系统辨识装置供电系统发、输、变、配、用各个环节潜在的风险，结合风险矩阵评估引起装置非计划停车的风险等级。该评估方法系统、科学，填补HAZOP评估方法在石油化工电气领域应用的空白，可有效提升中国石化生产装置运行风险辨识能力和供电安全评估水平，确保装置长周期可靠运行。