HAZOP分析论文.docx

HAZOP分析论文.docx

《HAZOP分析论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《HAZOP分析论文.docx（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

HAZOP分析论文

摘要

为实现煤化工企业的安全生产，预防事故的发生，更好的将HAZOP分析和LOPA分析运用到煤化工企业中，首先对HAZOP分析和LOPA分析两种方法的基本程序关键要素进行研究，然后对这两种方法存在的共同点和区别进行分析，

引言

一、HAZOP分析法简介

HAZOP方法于1964年起源于英国帝国化学工业公司（ICI），迄今为止已有49年的发展历史。

1995年美国联邦职业安全与健康管理署通过了过程安全管理标准Title29CFR1910.119，要求所有的重大化工装置都需要进行过程安全分析。

我国发布了《关于危险化学品企业贯彻落实国务院关于进一步加强企业安全生产工作的通知的实施意见》、化工建设项目安全设计管理导则——AQ/T3033—2010、中华人民共和国安全生产行业标准危险与可操作性分析（HAZOP分析）应用导则——AQ/T:

3049—2013，为化工企业装置HAZOP分析提供了标准和指导。

目前，中石油制定了相关管理规定及技术准则，中石化基本上全部合资企业均开展了HAZOP分析。

实践证明，进行过程安全分析（PHA，ProcessHazardAnalysis）可以预防事故，消除隐患，提高系统的可靠性和安全性。

HAZOP采用结构化和系统化方式分析给定系统，目的是识别系统中潜在的影响相关区域和周边环境的危险以及系统中潜在的可操作性问题，尤其是识别可能导致各种事故的生产操作失误与设备故障。

HAZOP分析的特点是由各专业技术人员组成分析小组，以“分析会议”的形式进行。

会议期间，在分析小组组长的引导下，使用一套核心引导词，对系统的设计进行全面、系统地检查，识别对系统设计意图的偏差。

该技术旨在利用系统的方法激发参与者的想象力，识别系统中潜在的危险与可操作性问题。

HAZOP是一种基于经验的方法，用于完善设计，而不是要取代其他的经验方法（如标准规范）。

HAZOP分析包括4个基本步骤，见图1。

图1HAZOP分析程序

HAZOP技术最初是化学行业用来分析流体介质处理和物料输送中的安全问题所开发的技术。

但是近几年，它的应用范围逐步扩大，例如：

a）软件应用，包括可编程电子系统；

b）人员输送系统，如公路、铁路；

c）检查不同的操作顺序和操作程序；

d）评价不同行业的管理程序；

e）评价特定的系统，如医疗设备。

HAZOP尤其适用于识别系统（现有或拟建）的缺陷，包括物料输送、人员流动或数据传输，按预定工序运行的事件和活动或该工序的控制程序。

HAZOP还是新系统设计和开发所需的重要工具，也可以有效地用于分析一个给定系统在不同运行状态下的危险和潜在问题，如：

开车、备用、正常运行、正常停车和紧急停车等。

HAZOP不仅能运用到连续过程，也可用于间歇和非稳态过程及工序。

HAZOP可视为价值工程和风险管理整个过程不可分割的一部分。

HAZOP分析的主要特征包括：

a）HAZOP分析是一个创造性过程。

通过应用一系列引导词来系统地辨识各种潜在的偏差，对确认的偏差，激励HAZOP小组成员思考该偏差发生的原因以及可能产生的后果。

b）HAZOP分析是在一位训练有素、富有经验的分析组长引导下进行的，组长须通过逻辑分析思维确保对系统进行全面的分析。

分析组长宜配有一名记录员，记录识别出来的各种危险和（或）操作扰动，以备进一步评估和决策。

c）HAZOP分析小组由多专业的专家组成，他们具备合适的技能和经验，有较好的直觉和判断能力。

d）HAZOP分析应在积极思考和坦率讨论的氛围中进行。

当识别出一个问题时，应做好记录以便后续的评估和决策。

e）对识别出的问题提出解决方案并不是HAZOP分析的主要目标，但是一旦提出解决方案，应做好记录供设计人员参考。

HAZOP的局限性

尽管已证明HAZOP在不同行业都非常有用，但该技术仍存在局限性，在考虑潜在应用时需要注意：

a）HAZOP作为一种危险识别技术，它单独地考虑系统各部分，系统地分析每项偏差对各部分的影响。

有时，一种严重危险会涉及系统内多个部分之间的相互作用。

在这种情况下，需要使用事件树和故障树等分析技术对该危险进行更详细地研究。

b）与任何识别危险与可操作性问题所用的技术一样，HAZOP分析也无法保证能识别所有的危险或可操作性问题。

因此，对复杂系统的研究不应完全依赖HAZOP，而应将HAZOP与其他合适的技术联合使用。

在全面而有效的安全管理系统中，将HAZOP与其他相关分析技术进行协调使用是必要的。

c）很多系统是高度关联的，某一系统产生某个偏差的原因可能源于其他系统。

这时，仅在一个系统内采取适当的减缓措施可能不一定消除其真正的原因，事故仍会发生。

很多事故的发生是因为一个系统内做小的局部修改时未预见到由此可能引发的另一系统的连锁效应。

这种问题可通过从系统的一个部分的各种偏差对到另一个部分的潜在影响进行分析得以解决，但实际上很少这样做。

d）HAZOP分析的成功很大程度上取决于分析组长的能力和经验，以及小组成员的知识、经验和合作。

e）HAZOP仅考虑出现在设计描述上的部分，无法考虑设计描述中没有出现的活动和操作。

二、保护层分析法简介

保护层分析是一种简化的风险评估方法，通过对现有保护措施的可靠性进行量化的评估，确定其消除或降低风险的能力。

它首先分析未采取安全保护措施之前的风险水平，然后分析各种安全保护措施将风险水平降低的程度。

其基本特点是基于事故场景进行风险研究。

基于事故场景是指在运用保护层分析方法进行风险评价时，首先要辨识工艺过程中所有可能的事故场景以及发生后果的可能性。

事故场景是发生事故的事件链，包括起始事件、一系列中间事件和后果事件。

一般情况下以后果严重的事件作为事故场景进行分析。

事故场景通常可通过HAZOP,FMEA,"WHATIF"等方法获得。

保护层分析（LOPA）是在定性危害分析的基础上，进一步评估保护层的有效性，并进行风险决策的系统方法。

其主要目的是确定是否有足够的保护层使风险满足企业的风险标准。

表1本标准使用的缩略语

缩略语

全称

解释

ALARP

Aslowasreasonablypracticable

最低合理可行

BPCS

Basicprocesscontrolsystem

基本过程控制系统

HAZOP

Hazardandoperabilitystudy

危险与可操作性分析

IE

Initiatingevent

初始事件

IPL

Independentprotectionlayer

独立保护层

LOPA

Layerofprotectionanalysis

保护层分析

P&ID

Pipingandinstrumentationdiagram

管道和仪表流程图

PFD

Probabilityoffailureondemand

要求时的失效概率

SIF

Safetyinstrumentedfunction

安全仪表功能

SIL

Safetyintegritylevel

安全完整性等级

SIS

Safetyinstrumentedsystem

安全仪表系统

4.1.2LOPA基本流程图见附录A，主要过程包括：

a）场景识别与筛选；

b）初始事件（IE）确认；

c）独立保护层（IPL）评估；

d）场景频率计算；

e）风险评估与决策；

f）后续跟踪与审查。

4.1.3在使用LOPA前，应确定以下分析规则：

a）后果度量形式及后果分级方法；

b）后果频率的计算方法；

c）IE频率的确定方法；

d）IPL要求时失效概率（PFD）的确定方法；

e）风险度量形式和风险可接受标准；

f）分析结果与建议的审查及后续跟踪。

4.2应用时机

4.2.1在过程危害分析中出现以下情形时，可使用LOPA：

a）事故场景后果严重，需要确定后果的发生频率；

b）确定事故场景的风险等级以及事故场景中各种保护层降低的风险水平；

c）确定安全仪表功能（SIF）的安全完整性等级（SIL）；

d）确定过程中的安全关键设备或安全关键活动；

e）其他适用LOPA的情形等。

4.2.2LOPA应用时机见附录B。

当无法确定事故场景的风险时，可采用AQ/Txxxx中的方法进行整个过程的定量风险评价。

表2IE类型

类别

外部事件

设备故障

人员行为失效

分类

1）地震、海啸、龙卷风、飓风、洪水、泥石流和滑坡等自然灾害

2）空难

3）临近工厂的重大事故

4）破坏或恐怖活动

5）雷击和外部火灾

6）其他外部事件

1）控制系统故障

a）软件失效

b）元件失效

c）控制支持系统失效（如电力系统、仪表风系统）

2）机械系统故障

a）磨损

b）腐蚀

c）振动

d）缺陷

e）超设计限制使用

3）公用工程故障

4）其他故障

1）操作失误

2）维护失误

3）关键响应错误

4）作业程序错误

5）其他行为失效

在确定IE时，应遵循以下原则：

a）宜对后果的原因进行审查，确保该原因为后果的有效IE；

b）应将每个原因细分为具体的失效事件，如“冷却失效”可细分为冷却剂泵故障、电力故障或控制回路失效；

c）人员失效的根原因（如培训不完善）不宜作为IE；

d）设备的不完善测试和维护不宜作为IE。

IPL评估

7.1化工企业保护层类别

化工企业典型的保护层见表3。

表3化工企业典型的保护层

保护层

描述

说明

示例

本质更安全设计

从根本上消除或减少工艺系统存在的危害。

企业可根据具体场景需要，确定是否将其作为IPL。

容器设计可承受高温、高压等。

基本过程控制系统（BPCS）

BPCS是执行持续监测和控制日常生产过程的控制系统，通过响应过程或操作人员的输入信号，产生输出信息，使过程以期望的方式运行。

由传感器、逻辑控制器和最终执行元件组成。

BPCS可以提供三种不同类型的安全功能作为IPL：

1）连续控制行动：

保持过程参数维持在规定的正常范围以内，防止IE发生；

2）报警行动：

识别超出正常范围的过程偏差，并向操作人员提供报警信息，促使操作人员采取行动（控制过程或停车）；

3）逻辑行动：

行动将导致停车，使过程处于安全状态。

关键报警和人员响应

关键报警和人员响应是操作人员或其它工作人员对报警响应，或在系统常规检查后，采取的防止不良后果的行动。

通常认为人员响应的可靠性较低，应慎重考虑人员行动作为独立保护层的有效性。

安全仪表功能（SIF）

安全仪表功能通过检测超限（异常）条件，控制过程进入功能安全状态。

一个安全仪表功能由传感器、逻辑控制器和最终执行元件组成，具有一定的SIL。

安全仪表功能SIF在功能上独立于BPCS。

SIL分级可见GB/T21109。

1）安全仪表功能SIL1；

2）安全仪表功能SIL2；

3）安全仪表功能SIL3。

物理保护

提供超压保护，防止容器的灾难性破裂。

包括安全阀、爆破片等，其有效性受服役条件的影响较大。

1）单个弹簧式安全阀，处于清洁的服役环境，未出现过堵塞或污垢，安全阀前后无截止阀或截止阀的开/关是可以监控的状态；

2）双冗余弹簧式安全阀，处于清洁的服役环境，安全阀尺寸应满足危险场景发生时的泄放量要求，安全阀前后无截止阀；

3）为满足泄放量要求安装多个安全阀；

4）单个弹簧式安全阀，处于潜在堵塞的服役环境；

5）先导式安全阀，处于清洁的服役环境，未出现过堵塞或污垢；

6）和爆破片串联的弹簧式安全阀等。

释放后保护设施

释放后保护设施是指危险物质释放后，用来降低事故后果（如大面积泄漏扩散、受保护设备和建筑物的冲击波破坏、容器或管道火灾暴露失效、火焰或爆轰波穿过管道系统等）的保护设施。

如防火堤、防爆墙或防爆舱、耐火涂层、阻火器、隔爆器、水幕、自动灭火系统等。

工厂和社区应急响应

在初始释放之后被激活，其整体有效性受多种因素影响。

主要包括消防队、人工喷水系统、工厂撤离、社区撤离、避难所和应急预案等。

LOPA基本程序

LOPA基本程序如图A.1所示，包括：

1）场景识别与筛选。

LOPA通常评估先前危害分析研究中识别的场景。

分析人员可采用定性或定量的方法对这些场景后果的严重性进行评估，并根据后果严重性评估结果对场景进行筛选；

2）选择事故场景。

LOPA一次只能选择一个场景，场景应是单一的“原因/后果对”；

3）确定场景IE。

IE包括外部事件、设备故障和人员行为失效；

4）IPL评估。

评估现有的防护措施是否满足IPL的要求是LOPA的核心内容；

5）场景频率计算。

将后果、IE频率和IPL的PFD等相关数据进行计算，确定场景风险；

6）评估风险，作出决策。

根据风险评估结果，确定是否采取相应措施降低风险；

7）后续跟踪和审查。

LOPA分析完成后，对提出降低风险措施的落实情况应进行跟踪。

应对LOPA的程序和分析结果进行审查。

图A.1保护层分析的基本程序

图B.1LOPA的应用时机

HAZOP信息与LOPA信息的关系

图C.1HAZOP信息与LOPA信息的关系

表F.3化工行业典型IPL的PFD

IPL

说明

（假设具有完善的设计基础、充足的检测和维护程序，良好的培训）

PFD

本质更安全设计

如果正确执行，将大大的降低相关场景后果的频率

1×10-1～1×10-6

BPCS

如果与IE无关，BPCS可作为一种IPL

1×10-1～1×10-2

关键报警和人员响应

人员行动，有10min的响应时间

行动应具有单一性和可操作性

1.0～1×10-1

人员对BPCS指示或报警的响应，有40min的响应时间

1×10-1

人员行动，有40min的响应时间

1×10-1～1×10-2

安全仪表功能

安全仪表功能SIL1

见GB/T21109

1×10-1～1×10-2

安全仪表功能SIL2

1×10-2～1×10-3

安全仪表功能SIL3

1×10-3～1×10-4

物理保护

安全阀

此类系统有效性对服役的条件比较敏感

1×10-1～1×10-5

爆破片

1×10-1～1×10-5

释放后保护措施

防火堤

降低由于储罐溢流、断裂、泄漏等造成严重后果的频率

1×10-2～1×10-3

地下排污系统

降低由于储罐溢流、断裂、泄漏等造成严重后果的频率

1×10-2～1×10-3

开式通风口

防止超压

1×10-2～1×10-3

耐火涂层

减少热输入率，为降压、消防等提供额外的响应时间

1×10-2～1×10-3

防爆墙/舱

限制冲击波，保护设备/建筑物等，降低爆炸重大后果的频率

1×10-2～1×10-3

阻火器或防爆器

如果、安装和维护合适，这些设备能够防止通过管道系统或进入容器或储罐内的潜在回火

1×10-1～1×10-3

遥控式紧急切断阀

1×10-1～1×10-2

结论

HAZOP由于不能分析偏差引起的不良后果的风险大小、现有安全保护措施的有效性、减轻事件剩余风险的大小以及进一步寻求可靠地安全保护措施。

因而，有必要在HAZOP分析中引入LOPA分析方法，以便很好地解决上述问题，

LOPA方法作为一种简化的半定量风险评价方法，提出了查找风险和事故场景的方法，并且将其与风险允许界线比较，可以确定HAZOP分析中现有风险是否可以接受以及安全保护措施是否合适有效，是否需要增加新的安全保护措施，从而为HAZOP工艺分析系统的安全设计和完善提供依据。

危险与可操作性（HAZOP）分析是一种用于辨识工艺缺陷、工艺过程危险及操作性问题的定性分析方法,是国内外工艺危害分析中广泛使用的方法之一。

保护层分析（LOPA）技术是在危险识别（如HAZOP分析）的基础上,进一步评估过程保护层的有效性,确保过程风险减少到可接受水平的系统方法,