02.设计阶段的HAZOP分析(SEI孙成龙)

设计阶段的HAZOP分析孙成龙[e-mail]中国石化工程建设公司2011.11.081目录一、关于HAZOP的一些信息二、SEI开展HAZOP分析的情况三、为何进行HAZOP分析？四、为何要在设计阶段进行HAZOP分析？五、设计阶段的工艺安全分析六、设计阶段HAZOP分析的策划七、设计阶段HAZOP分析程序的主要内容2一、关于HAZOP的一些信息•十多年来我们经历过的多个大型合资项目，每个项目都进行HAZOP分析。•有些合资项目把完成安全分析作为项目一个重要的里程碑，与进度款的支付挂钩。•一般情况下，业主规定所有装置、公用工程及辅助设施都要进行HAZOP分析。•HAZOP分析在基础设计的后期和详细设计阶段进行。基础设计阶段的HAZOP分析主要针对主流程，详细设计阶段的HAZOP分析主要针对包设备和重大的变更。3二、SEI开展HAZOP分析的情况•2001年中海壳牌CSPC项目，SEI作为PMC的一方，与业主和合作方进行了深入的合作。参与起草HAZOP程序、进行HAZOP活动策划及开展活动。SEI对HAZOP有了深入的了解。•SEI在SECCO、扬巴、福建乙烯工程等大项目上深入介入HAZOP分析工作。•从2002年至今，仅在中石化系统内，SEI组织或主持了近50个项目的HAZOP分析。•SEI目前有十多人可以主持HAZOP分析。4•Independent独立的•Formal正式的•Systematic系统的•Critical临界的、批判的•Comprehensive全面的•Captureexperience抓住经验•Foreseetheexpected预见意料事件•Foreseetheunexpected预报意外事故5三、为何进行HAZOP分析？大量的工艺安全事故，需要一个健壮的分析方法（HAZOP），具有以下特点：6四、为何要在设计阶段进行HAZOP分析？--洋葱模型四、为何要在设计阶段进行HAZOP分析？--洋葱模型7P&ID图四、为何要在设计阶段进行HAZOP分析？--洋葱模型8•从里到外：•1.工艺设计•2.基本工艺控制•3.报警，操作人员干预•4.自动执行的安全仪表系统（SIS）或紧急停车系统（ESD）•5.泄放设施•6.物理防护•7.应急响应（水喷淋、应急预案）四、为何要在设计阶段进行HAZOP分析？--洋葱模型9•根据我们的经验：目前先进的、具有国际水平的工艺装置基本上采用了洋葱模型的防护策略。•P&ID图几乎包含了洋葱模型的所有安全措施。显示了所有的设备、管道、工艺控制系统、安全联锁系统、物料互供关系、设备尺寸、设计温度、设计压力、管线尺寸、材料类型和等级、安全泄放系统、公用工程管线等关于工艺装置的关键信息。•HAZOP分析最主要的分析对象是管道和仪表流程图即P&ID。•通过分析P&ID,几乎可以分析所有安全措施的充分性•检查强制性标准规范在设计中的执行和落实情况。四、为何要在设计阶段进行HAZOP分析？-全面检查设计的安全设施10四、为何要在设计阶段进行HAZOP分析？--费用方面•工艺装置的建设阶段：（预可研）可研工艺包设计（总体设计）基础工程设计详细工程设计施工试车（单机、联动）投料开车运行11四、为何要在设计阶段进行HAZOP分析？---费用方面1213五、设计阶段的工艺安全分析3次141、本质工艺安全分析1.1本质安全概念或理念：本质安全的装置主要靠基本的物理和化学特征，即化学品的数量、性质和操作条件等来预防人员伤害、环境破坏和财产损失，而不是单纯依靠控制系统、联锁系统、报警和操作程序来阻止事故的发生。即：强化（Intensification）：替代（Substitution）:循环水系统用次氯酸钠而不是氯气减弱（Attenuation）限制影响（LimitationofEffects）简化或容错（Simplification/ErrorTolerance）151.2本质安全一些例子：•工艺过程使用更少的危险物质。对反应器的搅拌系统进行改进，使反应物料混和更充分，反应更易于进行，从而大大减小反应器的尺寸。尽量减小精馏系统回流罐和再沸器的尺寸。使用不影响操作但可以大大降低持液量的塔内件。尽量减少塔底直径从而减少塔底物料量。减少中间物料的储量。1、本质工艺安全分析•使用更温和的工艺条件：低温低压代替高温高压；低温储存系统；催化剂作用。•保持足够的安全距离：工厂与社区的安全距离；办公区域与危险工艺之间的距离。•气相反应代替液相反应。161、本质工艺安全分析024681012141618171、本质工艺安全分析-举例1某大型工艺装置79个发现的分布情况181、本质工艺安全分析-举例1某大型工艺装置79个发现的分布情况19191、本质工艺安全分析-举例2问题：1.冷却水丧失，2.热介质继续供再沸器，塔顶馏出物无法冷凝，3.塔超压，安全阀起跳，大量物料排往火炬。火炬能力有限或受制约。如何解决？123201、本质工艺安全分析-举例2（1）更加安全可靠的循环水系统（3）设计能力足够大的火炬系统（4）安全仪表系统（SIS）进行切断（2）根据物性和操作条件改进工艺设计211、本质工艺安全分析-举例3尽量降低工艺设备的物料量22液相反应器改气相反应器(操作条件基本未变）1、本质工艺安全分析-举例4231、本质工艺安全分析-优先策略本质安全措施被动安全措施主动安全措施程序/规程优先级从高到低242.项目HAZOP分析-例1：流程简图2.项目HAZOP分析-例1：流程简图25262.项目HAZOP分析-例1：分析示意26原因：过滤器堵塞偏差：压力低后果：①吸入管线承受真空②压缩机喘振①吸入管线破裂②压缩机损坏，设备损失和生产损失有可能产生进一步的后果2.项目HAZOP分析-例1：分析报告设计工况报警设计控制系统设计运行维护①技术②设计标准③设计惯例④经验⑤风险矩阵⑥洋葱模型……..大型装置要检查上万个安全措施！282.项目HAZOP分析-例1：关闭完全按要求执行答复是否满意？为什么？292.项目HAZOP分析-例2：分析示意123消声器堵塞放气阀无法打开压缩机超速压缩机出口管线压力高反应器2.项目HAZOP分析-例2：分析示意3045止逆阀损坏或安装错误反应器跳车（ZCV关闭）压缩机出口管线压力高2.项目HAZOP分析-例2：报告31安全联锁工艺控制安全泄放设施设计工况运行维护3.SIL（SafetyIntegrityLevel)分析PRCAPZAIALRCHHH热膨胀或火灾工况设定压力60barg120Bar设计压力60Barg烃01001010020100101PRCA-00101PZA-00201PZA-002V10001LRC-00101UZ-10032333.SIL（SafetyIntegrityLevel)分析PRCAPZAIALRCHHH热膨胀或火灾工况设定压力60barg120Bar设计压力60Barg烃01001010020100101PRCA-00101PZA-00201PZA-002V10001LRC-00101UZ-10033（1）控制回路故障，导致01PRCA-001全开（2）大量高压物料进入V100（3）系统超压（4）泄漏或破裂（5）火灾或爆炸3.SIL（SafetyIntegrityLevel)分析34工艺装置人员密集处爆炸后果3.SIL（SafetyIntegrityLevel)分析35（1）控制回路故障，导致01PRCA-001全开（2）大量高压物料进入V100（3）系统超压（4）泄漏或破裂（5）火灾或爆炸设计安全仪表系（SIS)统切断3636PRCAPZAIALRCHHH热膨胀或火灾工况设定压力60barg120Bar设计压力60Barg烃01001010020100101PRCA-00101PZA-00201PZA-002V10001LRC-00101UZ-100363.SIL（SafetyIntegrityLevel)分析SIS回路确定SIL硬件实现运行和维护37风险联锁系统复杂性设计不足过度设计SIL对设计进行优化，使之处于该区域3.SIL（SafetyIntegrityLevel)分析为了达到HAZOP的预期的效果，在项目初期进行必须对HAZOP分析工作进行认真策划，多方沟通和协调。确定是否进行HAZOP分析业主的要求、专利商的要求、合同、标准/强制性法规要求。合资项目如中海-壳牌南海项目、SECCO乙烯、扬巴项目、福建项目等业主要求。在合同谈判时要明确是否要进行HAZOP分析，因为HAZOP分析需要人工时、费用和关键的设计人员参加，还要有业主操作专家、专利商、厂商人员参加。一般专利商和操作专家由业主派出。对于设计院负责EP或EPC工作时，要注意与采购服务商事先就HAZOP工作在合同里明确，特别是人员派出和落实分析意见方面。HAZOP分析对项目的生产安排会产生影响.六、设计阶段HAZOP分析的策划38确定HAZOP分析依据的标准•风险承受标准或可接受的风险标准。这是非常关键的。不同的行业、不同的国家、不同的公司可能有不同的可接受风险标准。可接受的风险标准影响装置的安全水平。分为个体风险和群体风险。•设计标准。包括工艺设计标准、设备设计标准、控制系统设计标准、联锁系统设计标准等等。•这些是设计的基础，也是HAZOP分析的依据。安全措施是否充分、如何落实HAZOP分析提出的意见和建议，主要以这些标准为依据。各种设计标准在项目一开始就要确定，业主、设计方要达成一致意见。•当然也要考虑一般设计惯例。六、设计阶段的HAZOP分析的策划39风险标准举例-HealthandSafetyatWorketc.Act英国1974《1974年劳动安全卫生法》40不可承受水平（不容妥协）ALARP区域(需要证明已经降到ALARP)可接受水平（不需要证明ALARP)可承受水平(只有当风险降低不合实际或投入与产出不成比例时）可以忽略的风险风险标准举例（个体）英国HSE：（1）对于工人（可承受）：•核装置10-4/年～2.5×10-4/年•煤矿、制造业：10-4/年•流程（2）对于公众的个人风险一般至少降低一个数量级，对于工艺装置：41单装置联合装置新装置在役装置新装置在役装置10-6/年3×10-6/年10-5/年3×10-5/年42可承受风险水平举例（群体）QRA风险承受标准43ALARP:AsLowAsReasonablyPracticable尽可能合理的低确定HAZOP分析程序•一般用业主的程序，应详细规定如何进行HAZOP分析。在该程序里要规定用何种方法进行HAZOP分析。一般认为HAZOP分析专指引导词方法，但有的项目采用基于经验的HAZOP方法。•引导词法：对主持人的要求较低一些。•基于经验的方法：对主持人要求高，一般是工艺安全专家（最好有实际操作经验）。•建议不是所有项目都进行相同的HAZOP分析，对规模技术相同的装置，那样重复工作量太大，效果也不好。44六、设计阶段的HAZOP分析的策划确定谁来组织HAZOP分析•一般由业主组织，设计单位配合。南海CSPC、SECCO、福建、扬巴等项目都是业主组织。•如果业主缺乏这方面的经验，也可以由设计单位/项目组组织，业主不仅要密切配合，更要高度重视这项工作，这种情况下一般需要业主高层关注。•无论何种情况，设计方都要有一个有经验的人专门负责此事，一般由工艺安全工程师负责。六、设计阶段的HAZOP分析的策划45•HAZOP分析是各种服务的一部分，由业主委托另外一方进行，并支付相应的费用。现行的设计管理模式需要把HAZOP分析这项工作考虑进来，HAZOP分析与现行设计管理模式如何结合也是需要认真考虑的问题。46六、设计阶段的HAZOP分析的策划确定什么时候进行HAZOP分析•HAZOP分析一般在基础设计阶段和详细设计阶段进行。•工艺装置的设计需要很多专业共同完成，各专业通过设计条件传递设计要求。HAZOP分析需要具备一定的条件，如P&ID、设备设计、控制系统设计的深度