HAZOP分析在委内瑞拉油田改扩建工程中的应用

徐子健 王晓红 李凌雁 施晓萌 高志永 李明

中国寰球工程有限公司北京分公司

石油作为重要战略物资，关系着国家的经济安全，各国政府对油田的生产安全均极为重视。委内瑞拉石油工业有近200 年的历史[1]，在其发展过程中借鉴欧美API（美国石油学会）、ASME（美国机械工程师学会）、IEC（国际电工委员会）等标准，形成了一套较为健全、完善的安全环保体系[2-3]。根据欧佩克组织（OPEC）2018 年发布的数据显示，委内瑞拉探明的原油储量为3 028×108bbl（1 bbl=0.159 m3），位居世界第一[4]；但其原油普遍具有黏度高、密度大的特点，通常需要使用电伴热或加注稀释剂的方式进行储存运输[5]，故其油田原油处理设备长期在高温高压状态下连续运行。因此，为了降低生产事故和职业危害的风险，有必要提前识别设计缺陷、人为操作失误和设备故障所造成的后果。委内瑞拉国家石油公司（PDVSA）颁布的标准IR-P-02[6]中，要求使用HAZOP（危险与可操作性分析）方法控制或降低风险以提高工艺系统的可靠性及安全性。

该项目位于委内瑞拉科里奥利重油带某稠油油田，2006 年投产运营，运营期间不断扩充产能，新旧设备同时运行，操作较为繁杂。随着近几年该国经济形势恶化，社会动荡，熟练操作工人不断减少，油田生产运行过程中的不确定性增加。因此，为了防止生产事故的发生、降低事故后果的严重程度，在设计阶段开展HAZOP 安全分析工作变得尤为重要。

1 HAZOP简介及分析流程

HAZOP 是一种能够系统化、结构化地识别工程中设计缺陷及含有危险因素事件的评价方法[7]。由20 世纪60 年代的英国帝国化工股份有限公司（ICI）开发，该方法目前已被广泛应用于石油、石化工艺等过程危险性分析中[8]，HAZOP技术也已经成为世界各国石油石化公司中工艺、仪表工程师具备的一项基本技能[9-10]。

图1 HAZOP分析流程Fig.1 HAZOP analysis flow

HAZOP 分析基于设计和操作意图偏差引起的风险假设事件。需要参考相关设计文件，以管道和仪表流程图（P&ID）为基础，将系统划分为若干个分析节点，使用工艺的相关参数作为过程变量，将工艺参数与引导词结合得出偏差。并从偏差出发，反向分析诱发偏差的原因，正向分析在最极端情况下偏差将导致的结果，对现有安全措施进行风险评估，且对不可接受或安全措施不完善的偏差提出建议[11]。根据IEC 61882—2016[12]中规定的HAZOP分析流程如图1所示。

2 HAZOP分析应用实例

2.1 工艺流程

委内瑞拉某稠油油田改扩建工程项目工艺流程如图2所示。由于该油田产能增加，生产油气比增大，经评估分析后确定一期、二期已建设备产能无法满足生产需要，决定新增4 台除油器、1 套高压火炬系统及1套低压火炬系统，并对已建设施处理能力进行重新分配。

其主要工艺流程为：含水原油与稀释剂在井口混合，通过集输管线输送至站内的生产分离器进行气液分离。分离出的伴生气进入除油器，析出其中夹带的凝液，随后将伴生气输送至高压火炬进行燃烧，并在去往高压火炬的管线上预留燃料气处理系统接口。在生产分离器中析出的原油与除油器中分离出的凝液混合，通过脱气罐减压、脱气，送至常压含水原油储罐，储罐中的含水原油通过外输泵增压后送至下游脱盐脱水站进行后续处理。含水原油储罐的顶部呼吸阀排出的油蒸汽与脱气罐脱除的伴生气混合输送至低压火炬进行燃烧。

2.2 步骤

（1）分析准备。该项目HAZOP 分析小组由13人组成，包括分析主席、秘书、工艺工程师、仪表工程师、安全工程师、现场操作专业工人及设计人员。

准备的主要资料包括工艺流程图（PFD）、P&ID、工艺描述、操作控制原理、因果连锁表、管道设备平面布置图、现场总图等。

（2）节点划分。结合IEC、PDVSA相关标准[13-14]，以P&ID 为基础，参考PFD、因果连锁表、操作控制原理、现场总图等设计文件，根据工艺单元的控制回路、功能和物料特性，以及HAZOP 小组对工艺流程的分析，将该系统划分为4 个节点，如表1所示。

（3）确定引导词及偏差。通过对设计文件、设计意图的分析，选择温度、压力、流量和液位等工艺参数为过程变量。并应用引导词，正常操作状态下为标准值，引导词与工艺参数结合引出存在的偏差。除此之外，由于设备存在异常状态而进行检修的可能，因此增设检修作为引导词。表2给出本次分析中使用的引导词及工艺参数。

图2 油田改扩建工程工艺流程示意图Fig.2 Process flow schematic of oilfield extension project

表1 节点划分及描述Tab.1 Partition and description of nodes

（4）风险等级评定。是基于事件发生的概率和事件后果的严重程度，根据风险矩阵图确定每一种偏差事件的风险水平。本项目风险矩阵对应由PDVSA标准IP-R-02[3]中规定，如图3所示。

图3中横坐标为根据事件发生概率所划分的等级，纵坐标为根据事件严重程度划分的等级。其中伤亡人数、经济损失对环境造成的影响越大，事件严重程度等级越高。对于某一事故，可由横纵坐标分别对应的事件等级，确定其在事故风险矩阵对应图中的位置，进而得出其风险等级。本项目中风险等级可划分为高（A，Alto）、较高（MA，Medio Alto）、中等（M，Medio）、低（B，Bajo）四个等级。其中高和较高为业主不可接受风险，对于此类风险应当立即采用措施以增加其安全性，防止生产事故的发生。

表2 引导词及工艺参数Tab.2 Guide words and process parameters

图3 风险矩阵对应Fig.3 Risk matrix correspondence

2.3 结果

2.3.1 结果简析

HAZOP 小组对此项目中4 个节点进行了分析。分析获得101 条偏差，其中高风险偏差5 条，较高风险偏差9 条，中等风险偏差37 条，低风险偏差50 条。高风险及较高风险偏差主要集中在以下三点：①改扩建过程中重新进行流量分配时利用的已建入口总汇管和分输管线；②需要与下游脱盐脱水站相连接的，易造成重大经济损失的外输泵区；③未设置备用的设备。

2.3.2 典型偏差

HAZOP 小组针对在设计中风险控制措施尚不完善的偏差提出了28 条建议或措施。其中具有代表性的典型偏差原因、结果、风险等级及建议或措施如下所述。

（1）节点1。偏差：分离器入口汇管流量过低。原因，入口汇管WDB-02953 上的手动阀门误关闭；结果，入口汇管压力上升，生产停止；风险等级，MA。已有安全措施：分离器入口流量计FIT-10017/8/9 有低流量报警功能。建议：入口汇管WDB-02953上的手动阀门增设锁开（LO）。

（2）节点2。偏差：除油器0001-V-1301 出口流量过低。原因，除油器0001-V-1301处于检修状态或出口阀门误操作关闭；结果，0001-V-1302/3处理量增大，0001-V-1301 压力增大，节点1 压力升高，可能造成安全阀起跳，全厂停车；风险等级，M。已有安全措施：除油器0001-V-1301出口流量计PIT-13001 低流量报警。建议：核定当1 台除油器无法正常使用时，剩余除油器能否满足伴生气处理需求。修改措施：除油器入口汇管增设压力控制阀PCV-18005，当任意1台除油器无法正常工作时，除油器入口汇管升高，压力控制阀PCV-18005 打开，伴生气排放至高火炬系统。偏差：除油器0001-V-1301/2/3/4 检修。原因，除油器周围管廊密集，人工操作和检维修空间小，检修时设备漏气；结果，设备检修时工人中毒、受伤，影响正常生产；风险等级，M。建议：除油器出口增设管道短节及阀门。

（3）节点3。偏差：含水原油储罐0002-TK-1002A/B液位过低。原因，含水原油储罐入口阀门误操作关闭；结果，当储罐液位下降速度过快、低于低液位时，导致外输泵空转，对泵造成损坏，影响下游站场接收原油；风险等级，A。已有措施：液位计LZIT 在低液位时报警，并在低低液位时连锁关停含水原油储罐出口外输泵。

（4）节点4。偏差：检修。原因，操作工人检修时误进入火炬热辐射区；结果，火炬紧急关闭，影响正常生产；风险等级，MA。建议：增加警示标志。修改措施：增设警示牌，总图中将园区道路规划在火炬热辐射区以外。

3 结论

通过对委内瑞拉某油田改扩建项目进行HAZOP 分析，对设计中存在的漏洞、缺陷进行了系统的识别。分析共获得101条偏差，其中高风险偏差共计5 条，较高风险偏差共计9 条，并针对设计中的不足提出了28 条建议及措施。依据相应的改进建议，设计方提供了改进的安全方案，有效地降低了风险等级，为整个工艺流程的可靠性、安全性生产提供了保障，也为今后在南美洲乃至世界各国海外工程项目的HAZOP分析提供借鉴参考。

辽河油田特油公司SAGD 2#注汽站