HAZOP分析技术

HAZOP技术1HAZOP技术的提出HAZOP是英国帝国化学工程公司ICI二十世纪六十年代开发的方法，由位于英格兰西北的MOND部的Elliot和Owen所作的早期工作并于1968年发布[1]。未发布的1969年的工作表示这一技术已在英格兰东北ICI发展，1974年位于英格兰东北的ICI石化部员工Lawley公布了HAZOP系统。Kletz发表了关于HAZOP的起因和早期研究的更详细的清单。自那以后这一方法便在ICI内部以及其他一些公司广为应用，当它作为一个全世界的方法应用时主要的份量才被发现。1963年ICI重有机化学分部设计一个从异丙基苯中生产苯酚和丙酮的设备。当工程部以最小的资金投入（而不是最小的终身成本或最大的利益）同时设计删除所有的非本质的特点为目标的时候，在生产部中必须操作这个项目的很多人感觉到删除掉的太多了。当时，方法学习特别是评估检查法非常流行。评估检查法是审查活动和产生选择的一个正式的方法通过问“完成了什么”、“还有什么可以完成”、“什么应该完成”，怎样完成“什么时候完成”“谁完成它”等等问题。于是，为了使设计的所有缺点都公开显示，找到更好的方法花掉所有可利用的的钱，该项目负责人决定将评估检查法用于苯酚项目设计。指定一个三人小组：两位开车组的经验丰富的成员和一个评估检查专家。在1964年，他们一直工作了4个月每周见3天，通过问答的形式审查苯酚厂的管线图表和平面布置图。他们发现许多潜在的危险和操作中很多没有预测到的问题。后来他们修正了这一方法。他们提出了一种方法就是我们现在所知道的被称为HAZOP，当然在以后的研究中有一些改动。其实，设计产生选择性的这种方法被改良了因此便产生了偏差。MOND部后来将HAZOP完善为六个风险研究步骤，现在已经被全ICI公司采用。扩展了从早期设计阶段贯穿到后期代理。HAZOP是第三阶段。第一部在公开文献上出版的关于HAZOP文章是HerbertLawley出席1973年美国化学工程师协会（AICHE）预防失效座谈会的一篇文章。它一开始引起了人们的兴趣，随后HAZOP渐渐的被化工生产企业和设计单位相接受[2]。英国、加拿大等国甚至已通过立法手段强制其在工程建设项目中推广应用[3]。2传统的HAZOP分析技术[4-9]2.1传统的HAZOP方法陈述危险与可操作性分析（HAZOP：HazardandOperabilityAnalysis）方法是基于这样一个基本概念，即各个专业、具有不同知识背景的人员所组成的分析组一起工作比他们独自工作更具有创造性和系统性，能识别更多的问题。危险性分析是一个系统工程，需要不同专业的人员的共同参与，现代科学技术迅猛发展，几乎不存在某一个人能独自解决一个系统或过程的所有问题。在装置的设计、操作、维修等过程中，需要工艺、工程、仪表、土建、给排水等专业的人员一起工作，对过程的HAZOP分析也不例外。虽然HAZOP分析方法是为新设计或新技术而开发的危险性分析方法，但这种分析方法几乎适合于项目发展过程的所有阶段。HAZOP分析方法的本质就是通过系列的分析会议对工艺图纸和操作规程进行分析。在这个过程中，由各专业人员组成的分析组按照规定的方式系统的分析偏离设计工艺条件的偏差。ICI对HAZOP分析的最初定义是：HAZOP分析是各专业人员组成的分析组对工艺过程的危险和操作性问题进行分析。这些问题实质上是一系列的“偏差”——偏离设计工艺条件。因此，虽然可能一个人也能完成整个过程的HAZOP分析，但这种分析不能被称为HAZOP分析。因此HAZOP分析方法明显不同于其他分析方法，因为其他分析方法可由一个人单独完成（虽然大多数情况下最好由分析组完成），而根据HAZOP分析方法的定义，HAZOP分析必须有不同专业组成的分析组完成。HAZOP分析的这种群体方式的主要优点在于能相互促进、开拓思路。因此，成功的HAZOP分析需要所有参加人员自由的陈述他们各自的观点，不允许成员之间的批评或指责一面压制这种创造性过程。但是，为了让HAZOP分析过程高效率和高质量，整个分析过程必须有一个系统的规则、按一定的程序进行。HAZOP分析对工艺或操作的特殊点进行分析，这些特殊点称为“分析节点”，或工艺单元，或操作步骤。HAZOP分析组分析每个工艺单元或操作步骤，识别出那些具有潜在危险的偏差，这些偏差通过引导词引出。使用引导词的一个目的就是为了保证对所有工艺参数的偏差都进行分析。有时，分析组对每个工艺单元或操作步骤可能会提出很多的偏差，并分析他们可能原因和后果，通常对指定单元或操作步骤的所有偏差在继续下面的分析之前必须全部分析完毕。HAZOP分析方法对新建装置和已投入运行的装置都适用。对于新建装置，在工艺设计基本确定之后最好进行一次HAZOP分析，一般情况下，此时过程的PID图已绘出，因此分析可以回答HAZOP分析中的问题，而且在这一阶段对装置的设计进行修改也比较容易；也可在过程发展阶段进行HAZOP分析，这就需要分析人员具备该工艺过程的知识，但是此时进行的HAZOP分析并不能取代对整个过程的安全检查。虽然已建立起了基本的HAZOP分析方法，但公司或机构使用HAZOP分析方法的方式却各不相同。表2-1列出了HAZOP分析中经常遇到的术语及定义。表2-2所示的引导词最初是由ICI在进行HAZOP分析时提出来的，所使用的工艺参数列于表2-3中。按照ICI最初的分析方法，每个引导词与工艺参数组合，并且适用每个点（分析节点、单元或操作步骤）。表2-4举例说明引导词与工艺参数结合构成偏差。引导词和工艺参数的对应关系列于表2-5中。表2-6举例说明了各种可能导致偏差的例子。表2-1常用HAZOP分析术语项目说明工艺单元或分析节点具有确定边界的设备（如两容器之间的管线）单元，对单元内工艺参数的偏差进行分析；对位于PID图上的工艺参数进行偏差分析操作步骤间隙过程的不连续动作，或者是由HAZOP分析组分析的操作步骤；可能是手动、自动或计算机自动控制的操作，间隙过程每一步使用的偏差可能与连续过程不同工艺指标确定装置如何按照希望的操作而不发生偏差，即工艺过程的正常操作条件，采用一系列的表格，用文字或图表进行说明，如工艺说明流程图管道图PID图引导词用于定性或定量设计工艺指标的简单词语，引导识别工艺过程危险工艺参数与过程有关的物理或化学特性，包括概念性的项目如反应、混合、浓度、PH值及具体项目如温度、压力相数及流量偏差分析组使用的引导词系统的对每个节点的工艺参数（如流量压力等）进行分析发现的一系列偏离工艺指标的情况（如无流量、压力高等）；偏差的形式通常是“引导词+偏差”原因发生偏差的原因；一旦找到发生偏差的原因，就意味着找到了对付偏差的方法和手段，这些原因可能是设备故障、人为失误、不可预见的工艺状况（如组成改变），来自外部的破坏（如电源故障）等后果偏差所造成的后果（如释放有毒物质）；分析组常常假定发生偏差时已有安全保护系统的失效，不考虑那些细小的与安全无关的后果安全保护之设计的工程系统或调节控制系统，用以避免或减轻偏差发生时所造成的后果（如报警、连锁、操作规程等）措施或建议修改设计、操作规程、或者进一步进行分析研究（如增加压力报警、改变操作步骤地顺序等）的建议表2-2HAZOP分析引导词及其意义引导词意义NONE（空白）设计或操作要求的指标和事件完全不发生；如无流量；无催化剂MORE（增量）同标准值相比，数值偏大；如温度、压力、流量等数值偏高LESS（减量）同标准值相比，数值偏小；如温度、压力、流量等数值偏低ASWELLAS（伴随）在完成既定功能的同时，伴随多余事件的发生；如物料在输送过程中发生组分及相变化PARTOF（部分）只完成既定功能的一部分，如组分的比例发生变化，无某些组分REVERSE（相逆）出现和设计要求完全相反的事和物；如流体反向流动、加热而不是冷却，反应向相反方向进行OTHERTHAN（异常）出现和设计要求不相同的事或物，如发生异常事件或状态、开停车、维修改变操作模式表2-3常用的HAZOP分析工艺参数流量时间频率混合压力组成粘度添加剂温度PH值电压分离液位速度信号反应表2-4引导词与工艺参数结合构成偏差引导词意义参数偏差空白否定目的流量无流动液位无液位少量量的减少流量低流速液位低液位温度低温度压力低压力浓度低浓度多量量的增加流量高流速液位高液位温度高温度压力高压力浓度高浓度相反逻辑相反流量流速相反压力压力相反一部分性质的减少浓度浓度降低压力压力降低液位液位降低伴随性质的增加浓度，杂质浓度增加温度-物质温度增加液位-杂质液位增加压力-物质压力增加流量-杂质流速增加不同于完善-分开浓度-想要的物质浓度为0液位-想要的物质液位为0流量-想要的物质流速为0表2-5标准参数一览表无较多较少象……一样部分相反除此以外流量√√√√√√√压力√√√温度√√√组成√√液位√√√√相态（汽相）√√√√表2-6各种可能导致偏离的例子参数与引导词相结合可能导致偏离的原因无流量较少流量较多流量其它流量压力降低压力较高温度较低温度较高液位高液位低部分组成变化阀门关闭，流向错误，管路堵塞，误加盲法兰，止回阀错误，过滤器堵塞，管线破裂，伴热故障，气锁，物料中的水在管线中冻结，流量转换器/控制阀故障，泵或容器损坏等部分堵塞，容器或阀故障，泄漏，泵效率损失。控制阀开得过大.流量控制器故障，多泵操作，泵出口压头降低，入口压力增加，其它路线的物流流入，换热管破裂。压力突然降低导致双相流，过热导致汽液混合，换热管破裂导致冷热媒体混合，分离罐中的分离界面破坏。水和空气进入，水压试验残留的液体，穿过绝缘层的物料等。压控阀故障，泄压阀起跳后没有回落，泵的输出能力大于罐的放空能力，当罐倒空时放空阀关闭，冷却罐使罐中的蒸气冷凝，泵或压缩机入口管线阀门关闭湍流，泄放，高压蒸气泄漏，日光照射到出口阀关闭的罐或管路上，压控阀故障，液位控制故障导致高压气体进入.当装料时放空阀没打开。低温或霜冻，压力损失，热损失，换热管破裂，温度控制器故障，压力释放，夹套冷却。温度控制故障.紫外线照射，常温升高，冷却管堵塞，冷却水故障，换热管破裂。液位控制故障，控制阀打开，进入容器的流量大于排出的量，排出管线堵塞。液位控制故障，控制阀关不上，排放阀打开物料通过隔热层，从换热管漏出，错误进料引导词参数其它组成变化阀门泄漏导致物流污染，换热管泄漏，物料分离不完全，产品腐蚀，压力低导致气体泄漏，沉淀，固化，蜡或烃的形成，水泥块或其它管路或容器的内件引导词用于两类工艺参数，一类是概念性的工艺参数如反应、混合；另一类是具体的工艺参数如压力、温度。对于概念性的工艺参数，当与引导词组合成偏差时，常发生歧义，如“过量+发应”可能是指反应速度快，或者只生成大量的产物。此外有些引导词与工艺参数组合后可能无意义或不能称为“偏差”，如“伴随+压力”。对具体的工艺参数，有必要对一些引导词进行修改。此外，分析人员可能发现有些偏差的物理意义不确切。例如，当考虑“温度”这个工艺参数时，一般只选取“过量”和“减量”这两个引导词，而偏差就变成“过量+温度”或“减量+温度”，显然其物理意义就不确切。因此应扩展引导词的外延和内涵，如：对“时间”而言，引导词“异常”就是指“快”或“慢”；对“位置”、“来源”、“目的”而言，引导同“异常”就是指“另一个”；对“液位”、“温度”、“压力”而言，引导词“过量”就是指“高”和“低”当工艺指际包括一系列的相互联系的工艺参数时（如温度、压力、反应速度、组成等），最好是对每一个工艺参数顺序使用所有的关键词，即“{引导词}十工艺参数”方式，而不是每个引导词用于工艺参数组，即“引导词+{工艺参数}”。而且，当将引导词用于对操作规则进行分析时也应按照这种规则，例如，对操作步骤“当压力达到B时，操作人员让流量为A”，按如下方式使用引导词：流量为A（空白、过量、减量等）；当压力达到B时（快、慢等）。基于引导词的HAZOP分析方法是最初的HAZOP分析方法。2.2分析步骤上述HAZOP分析方法可按如下步骤进行：①分析的准备；②完成分析；③编制分析结果报告，图2-1所示为HAZOP分析的整