HAZOP分析技术.docx
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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
其它组成变化
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
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：
分析的准备；
完成分析；
编制分析结果报告，图2-1所示为HAZOP分析的整个过程．值得注意的是，分析步骤可交替进行，如分析组在完成某个分析节点后（不是全部），可将结果提交给设计人员，让设计人员着手对原设计进行修改。
图2-1HAZOP分析步骤
1）分析的准备
准备工作对成功地进行HAZOP分析是十分重要的，准备工作的工作量由分析对象的大小和复杂程度决定的。
（1）确定分析的目的、对象和范围
分析的目的、对象和范围必须尽可能的明确，分析对象通常是由装置或项目的负责人确定的，并得到HAZOP分析组的组织者的帮助。
应当按照正确的方向和既定目标开展分析工作。
而且要确定应当考虑到哪些危硷后果。
例如，如果要求HAZOP分析确定装置建在什么地方才能使对公众安全的影响减到最小，这种情况下，HAZOP分析应着重分析偏差所造成的后果对装置界区外部的影响。
（2）分析组的组成
危险分析组的组织者应当负责组成有适当人数且有经验的HAZOP分析组。
HAZOP分析组最少由4人组成，包括组织者、记录员、两名熟悉过程设计和操作的人员。
虽然对简单、危险情况较少的过程而言，规模较小的分析组可能更有效率，但5—7人的分析组是比较理想的。
如果分析组规模太小，则由于参加人员的知识和经验的限制将可能得不到高质量的分析结果。
（3）获得必要的资料
最重要的资料就是各种图纸，包括PID图、PFD图、布置图等，此外，还包括操作规程，仪表控制图、逻辑图，计算机程序，有时还应提供装置手册和设备制造手册。
重要的图纸和数据应当在分析会议之前分发到每位分析人员手里。
（4）将资料变成适当的表格并拟定分析顺序
此阶段所需时间与过程的类型有关。
对连续过程，工作量最小。
在分析会议之前使用以更新的图纸（如果对设计进行过修改）确定分析节点，每一位分析人员在会议上都应有这些图纸。
有时，组织者也可以提出一个初步的偏差目录提交会议讨论，以及准备一份工作表作分析记录用。
但是这个初步偏差目录不能作为“唯一”进行分析的内容。
HAZOP分析方法的精髓就是发挥集体的智慧，如果把这份初步的偏差目录当作“唯一”的分析内容，肯定是不全面的，而且也不符合HAZOP分析的要求。
同样，因为HAZOP分析也是一个学习过程。
当然在分析过程中允许进行修改。
对间隙过程来说，准备工作量非常大。
主要是因为操作过程更加复杂。
分析这些操作程序是间隙过成HAZOP分析的主要内容。
在某些情况下（如有两个或两个以上的间隙过程同时在过程中出现），应当将过程中每个步骤下每个容器的状态表示出来。
如果过程中需要操作人员的参与（如容器装料而不是简单地控制这个容器），他们的活动应当在流程图上反映出来。
为了让分析过程有条不紊，分析组的组织者通常在分析会议开始之前要制定详细的汁划，必须花一定的时间限据特定的分析对象确定最佳的分析程序。
（5）安排会议次数和时间
一旦有关数据和图纸收集整理完毕，组织者开始着手制定会议计划。
首先需要确定分析会议所需时间，一般来说每个分析节点平均需20~30分钟，若某容器有两个进口，两个出口，一个放空点，则需要3小时左右；另外一种方法是每个设备分配2—3小时。
确定了所需时间后，组织者可以开始安排会议的次数和时间，每次会议持续时间不要超过4—6小时（最好安排在上午），会议时间越长效率越低，而且分析会议应连续举行。
以免因时间间隔太长在每次分析开始之前都需要重复上一次讨论的内容，最好把装置划分成几个相对独立的区域，每个区域讨论完毕后，会议组作适当修整，再进行下一区域的分析讨论。
对于大型装置或工艺过程，若由一个分析组来进行分析可能需要很长时间，在这种情况下可以考虑组成多个分析组同时进行，由某个分析组的组织者担任协调员，协调员首先将过程分成相对独立的若干部分，然后分配给各组去完成，这样分析时间就不会拖得太长。
2）完成分析
HAZOP分析需要将工艺图或操作程序划分为分析节点或操作步骤，然后用引导词找出过程的危险，图2是HAZOP分析流程图。
分析组对每个节点或操作步骤使用引导词进行分析，得到一系列的结果：
偏差的原因、后果、保护装置、建议措施；
需要更多的资料才能对偏差进行进一步的分析。
当发现危险情况后，组织者应当让每—位分析人员都明白问题所在。
HAZOP分析的组织者把握分析会议上所提出的问题的解决程度很重要，为尽量减少那些悬而未决的问题，他应当：
每个偏差的分析及建议措施完成之后再进行下一偏差的分析；在考虑采取某种措施以提高安全性之前应对与分析节点有关的所有危险进行分析。
在分析过程中，HAZOP组织者应与分析组成员达成这样一种共识。
即对偏差或危险应当主要考虑易于实现的解决方法，而不是花费大量时间去“设计解决方法”。
在分析会议工程中分析组去寻找解决方法，即便可能，也是不合适的，因为过程危险性分析的主要目的是发现问题，而不是解决问题。
但是，如果解决方法是明确和简单的，应当作为意见或建议记录下来。
在HAZOP分析中组织者有重要的责任，他应该安排所有文件、基本信息根据成员的便利决定讨论会议。
讨论会议应该在一个自由的气氛中进行，每一位在研究中应该自由的奉献。
领导应该注意到使每一个成员都参与讨论并提出自己的观点和看法。
这这个讨论中，领导也应该注意没有人支配讨论，讨论不应该偏离主题。
在会议中记住最重要的一点是更多的重点是问题（风险）识别和评价而不是解决问题（风险管理）。
为保证会议的高效率，组织者必须牢记以下几点：
不要与分析组成员对抗；
认真听取所有成员的意见；
在会议进行过程中，不允许任何人有抵触；
必要的休息以保持旺盛的精力。
HAZOP分析涉及过程的各个方面，包括工艺、设备、仪表、控制、环境等，HAZOP分析人员的知识及可获得的资料总是与HAZOP分析方法的要求有距离，因此，对某些具体问题可听取专家的意见，必要时对某些问题的分析可延期进行，在获得更多的资料后再进行分析。
图2-2传统HAZOP分析流程图
3）影响HAZOP分析效果和效率的因素
通过详细研究HAZOP的成功和失败，发现HAZOP研究有10个主要的问题：
A缺乏有经验的小组成员和领导
缺乏有经验的小组成员和领导似乎是HAZOP研究最显著的原因。
在这些中，小组领导的经验是使HAZOP分析成功的关键。
因此，小组成员和组长应该：
什么时候什么地点继续研究路线的感觉，就像经验告诉附近另一个危险是不引人注意的，如果忽略了设备任何部分没有适当的原因和理由；
理解和避免没有结果的一种能力；
它们各自专业的经验也应该开放思想接受其他专家的建议和注释。
B不合适的小组选择
不合适的小组组合是第二大问题能导致研究的失败。
正确选择不同领域的技术成员，研究、安全、生产、维修管理部分需要仔细考虑。
个人行为也应该被考虑，选择HAZOP分析小组成员应基于技术知识和工作年限。
C不正确的研究范围
如果没有很好的确定研究的范围，可能不会注意到一些危险，因为它们来自于非常细致的定义范围的目标之外。
因此，完整的研究范围应该在开始之前就定义好。
范围应该包括被研究设备的工艺单元，危险或操作问题的主要类型应该被限制，不管详细的结果有没有被考虑，也不管折线危险的补偿应该被接受。
E重复工作
在传统的HAZOP分析中，当分析不同单元的不同偏差时，很多次都是原因和结果的重复。
因此，一次又一次的重复相同的讨论增加也许额外的工作也促进了小组成员的厌烦，这些对于HAZOP分析都是不利的。
这是真正需要优化的主要的对象。
应该开发出一些方法已消除和减小重复的工作。
F不充分或不准确的信息
HAZOP研究的有效性直接依靠于信息对于研究的可用性。
因此如果工艺信息不是最新的，HAZOP分析将会显示出缺点来。
因而，任何没有说明的工艺设备操作条件的变化也没有更新文件可能引起对项目不正确的评估，也可能引起高估/低估或者有时会忽略风险。
G管理失误
研究会议中小组成员因为它们的其他责任不规则的出席，生产不连续的结果。
另一个导致不一致结果是分析会议由于权威（管理）经常的中断或由于不合适的会议安排的中断。
因此，管理者的任务就是保证HAZOP分析成员都有足够的时间来参加研究。
此外时间界限压迫分析小组这是另一个管理问题。
管理者应该给研究一段好的时间，就像他是一个发明创造的过程，这样的事情不能总是在短时间内完善的。
H缺乏失效预防措施
设备管线没有很好的充足的证明文件也会引起评估错误。
甚至失败预防设备运行直接原因的差的表现，不能评估除非那是好的文件。
一位过程评论家（缺乏失效预防的标准）说：
这是一个老的工艺，永远不会出错，因此希望在将来也会工作。
这些陈述的类型提供了一个设备或危险没被识别出可能被忽略的基本感觉。
I技术资料的不足
技术资料的缺乏对于很多化工厂是一个很普遍的问题者也是不好解决的一个问题。
技术（工艺）的复杂性和新奇性需要更多的资料和经验。
不完善的动力数据，缺乏热稳定性数据和毒性数据诸如此类的问题。
例如，热量不稳定的可能趋向于由于吸入震动或太阳辐射而过热泵的能量而发生爆炸分解。
这一因素（不可用的技术信息）变得越来越重要随着工业使用在一般到特殊的化学品。
解决这一问题的唯一办法是小组应该在过去经验和实验结果的引导基础下作假设。
J缺乏兴趣
小组成员缺乏兴趣可能引起研究工作总的失败，同样研究的结果输出也是基于小组成员的参与。
在研究的开始阶段，领导或高级管理者应该通过引用过去的事故资料和操作问题说明这个研究的重要性和必要性。
在后期阶段保持成员的兴趣和动机是小组领导的责任。
为了这一目的一周内仅仅安排4-5个会议，每个会议也不应该超过4小时。
同时，成员被要求为下一研究做好准备而且为上次会议尚未解决的问题寻找答案。
K最终限制（人员失误、错误的指令）
最后的限制HAZOP小组的是组成人员（人是最容易发生事故的），甚至最好的队伍也可能不能识别到一些简单的危险。
在回顾会议中每一个努力应该被提供最好的条件和环境选取最佳的想法和建议。
为了避免身体和心理的损伤成绩应该被计算机化HAZOP.可是，用专家系统代替完整的HAZOP小组也是没意义的。
一些情况下小组成员的增加也是有利的，显著的如果问题是大的复杂的，然而小组成员应该保持最佳水平。
3HAZOP分析技术的发展
HAZOP分析技术在人工HAZOP分析的基础上，又经历了逻辑化计算机辅助HAZOP阶段和智能化计算机辅助HAZOP阶段[7]。
所谓“逻辑化”是从形式上辅助人工进行HAZOP分析，例如由计算机完成HAZOP文字说明和表格的后处理，采用“
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