HAZID分析技术的改进及其工程设计应用

金 浩

(中国五环工程有限公司,湖北 武汉 430223)

HAZID(Hazard Identification,危险源辨识)是一种过程危险源(PHA)分析技术,可以对潜在危险源和风险进行早期识别,识别设计早期阶段工艺设计方案或总平面布置中可能存在的隐患,并定性分析、评估其后果、指导后续的设计。从设计阶段早期进行风险识别、控制和管理,为早期设计过程调整工艺方案、总图布置,提高危化品项目设计本质安全水平,符合HSE法规创造了良好的机会;同时也避免了由于早期设计HSE风险辨识不足,导致后期增设补救措施、增加大量设计变更、追加安全投资等项目执行风险的增加[1-4]。结合危险化学品建设项目设计过程的特点,本文对HAZID分析技术进行优化,使危险源的辨识更加全面,风险评估更加准确,更适用于工程设计。

1 HAZID分析在工程设计应用中的局限性

HAZID分析的主要步骤有分析准备、开展分析、编制报告、跟踪落实。其中,开展分析是最为关键的工作[5]。当前HAZID分析方法在工程设计中的应用还不够普遍,其他的危险源分析方法如HAZOP分析方法,在危险化学品建设项目工程设计中已经被全面运用,形成了一套成熟的分析方法和要求。而HAZID的分析方法目前没有一个较为成熟而明确的方法和规定,部分分析步骤存在一定的局限性,制约了HAZID分析技术在工程设计中的应用。

1.1 缺乏区域划分的方法及原则

区域的划分对HAZID的分析过程有着较大的影响,影响后续分析的复杂程度和深度。当前的HAZID分析方法普遍将项目整体作为一个区域进行划分或按照功能区块划分,划分过程较为随意,缺乏原则性的要求;当将项目作为一个整体区域进行划分时,会忽略很多方面的危险、危害因素,导致分析深度不够。

1.2 危害类别及引导词不全面

危害类别和引导词决定着HAZID分析的完整度,HAZID分析的基础就是“引导词检查”,一套完整的危害类别及引导词可将项目潜在的风险筛选出来。

而当前HAZID中危害类别和引导词普遍分为3类:①共性危险源,有外部和环境危险源(自然灾害、人为制造的危险、周边设施中可能存在的危险源、环境问题)以及健康危险源;②项目执行过程中的问题,项目合同签订策略、项目风险管理策略、项目应急计划;③设施危险源,物料危险源、活动危险源(超压、开停车、施工、维修等)、控制方式和原则、泄漏、火灾和爆炸、公用工程。

存在部分危险源类别在工程设计中不适用,危险源类别和引导词不明确、不完整的局限性。

1.3 风险分析矩阵与其他危险源分析缺乏有效衔接

HAZID分析作为项目设计前端的危险源分析,需要跟工程设计后期的危险源分析有较好的衔接性。不同的分析项目和不同的分析人员采用的HAZID分析矩阵各异,一般在HAZID分析中普遍采用5×5的风险矩阵,而在工程设计HAZOP分析中则较多采用5×7的风险矩阵,进而导致由于同一个项目中不同阶段危险源分析矩阵的不同,危险源分析的建议措施和评估后果无法有效衔接。

2 HAZID分析技术的改进

本文针对HAZID分析技术在工程设计过程应用中存在的上述局限性,对区域划分、危害类别及引导词、风险矩阵进行了改进,使之更符合工程设计中的危险源辨识。

2.1 区域划分

根据项目的复杂程度,按照功能分区,在总平面布置图或设备布置图上进行HAZID的区域划分。为了分析全面,减少遗漏和重复工作量,区域划分的原则如下:①生产过程相对独立;②空间位置相对独立;③事故范围相对独立;④明确的区域界线。

2.2 危害类别及引导词

根据工程设计的要求,将HAZID分析风险分类可分为“外部和环境风险”、“设施和工艺风险”、“健康危害”三类,分析的重点关注外部自然条件对建设项目的影响、本项目对周边环境的影响、公共设施的供应对项目的影响、总平面布置的风险、工艺过程/火灾爆炸的风险、公用工程供应失效的风险、人员健康的风险及作业环境对人员的影响等。在上述工程设计前期关注的风险类别基础上,进一步筛选影响工程设计的主要引导词,通过对引导词的检查,辨识工程风险,在设计中采取相应的措施来控制相关风险。改进的危害类别和引导词见表1。

表1 HAZID分析引导词一览表

2.3 风险矩阵

在HAZID分析中,风险矩阵用于对辨识的风险进行定性的评估,风险矩阵的完整性决定着风险评估的可靠性。在前期HAZID分析中采用5×7的风险矩阵,将与设计中HAZOP分析所采用的风险矩阵相衔接,使风险评估的结果具有一致性和可对比性[6,7]。HAZID分析中采用的5×7的风险矩阵见表2。如果业主有适合自己的风险矩阵时,应优先采用该矩阵,并延续用于后续设计阶段。事故发生的可能性说明见表3,风险等级矩阵见表4。

表2 事故发生的后果等级(S)说明

表3 事故发生的可能性(L)说明

表4 风险等级(R)矩阵

3 改进的HAZID分析在工程设计中的应用

3.1 工程概况

广西某原料及产品罐区项目位于海边,项目建设内容包含工艺罐区、辅助生产装置、公用工程装置及全厂性设施。工艺罐区包含丙烷低温罐组、丙烷球罐组、苯罐组及其他常压罐;辅助生产装置包含装卸站台、尾气处理系统、火炬系统、氮气压缩机缓冲系统等;公用工程主要包含消防水站、循环水站等;全厂性设施包含控制室、变电所等。整个项目储存易燃易爆、有毒物料量大,需要在项目前期通过HAZID分析进行风险辨识和评估,从设计源头控制项目风险。

3.2 区域划分

按照区域划分的原则,某原料及产品罐区项目在总图上进行了区域划分,区域划分(括号内数字对应区域号)见图1。

图1 HAZID 分析区域划分

3.3 HAZID分析

按照表1中所列引导词对每个区域进行系统分析,研究可能出现的原因、可能导致的后果以及已采取的安全措施。根据风险矩阵对每个场景发生的频率、后果及风险进行定性评估,识别出可能存在的高风险及很高风险场景,并在充分考虑目前已有的安全措施基础上补充安全建议及措施。本文从项目HAZID分析记录表中,针对区域1及区域2的分析结果,摘录了14条典型场景(见表5)。

3.4 HAZID分析结果对本项目工程设计的作用

该项目通过HAZID分析识别出了由于特殊的厂址位置,需考虑台风、大气压快速变化、地陷、设备管道表面腐蚀、雷电等对项目的影响,并根据识别出的风险在设计中采取相应的措施,如进出设备管道接口采用柔性连接、可燃物质放空管口增加防雷设计及阻火器,可以在项目设计阶段消除可能存在的潜在风险。

在总图布置风险中,通过HAZID分析识别出了丙烷泄漏,遇到点火源造成爆炸,火炬辐射热和气体扩散可能对设备和人员造成伤害,需要合理考虑人员密集场所的布置,提前进行控制室抗爆计算及分析,需要对火炬进行辐射热和扩散研究。通过这些措施可以在项目前期完善和调整总图,避免设计后期或项目建设完成后因调整总图布置而付出的巨大代价。通过HAZID分析,在公用工程系统风险中识别出了氮气供应故障或仪表空气供应故障可能的设备损坏及阀门失气,不能有效执行动作的风险,在设计阶段考虑设置仪表缓冲罐及氮气缓冲罐,可以减少后续由于再新增设备引起设备布置或总图布置的变化。总之,本项目通过使用改进的HAZID分析方法,对项目进行了系统的风险分析,在项目前期识别出了大量可能存在的风险,并对后续设计提出了相应的建议措施,减少后续设计的变更及可能造成的损失。

4 结语

将改进的HAZID分析技术应用在危险化学品建设项目工程设计中,会在项目设计前期辨识可能存在的一些风险,为工艺流程及总图的调整提供了机会。本文通过对HAZID 分析技术的改进及应用实例展示,表明这一改进的分析技术更适用于危险化学品建设项目工程设计,具有较好的应用前景。