HAZOP的基本假设

SHEGLE BUSINESS CONSULTING CO.LTD www.shegle.com HAZOP 的基本假设 赵建民 1 王丽红 2 荆展平 2 （1.上海撷果商务咨询有限公司 2.中国石油集团安全环保技术研究院） 摘要: HAZOP在化工行业得到了广泛的应用，然而，并没有一个严格的 HAZOP定义，各企业 的 HAZOP做法也不经相同。本文试图探讨 HAZOP的理论基础，以更好地指导 HAZOP的应用。 关键词: HAZOP 基本假设 1、HAZOP 简介 从 1964 年 ICI（英国帝国化学）第一次尝试使用改良的关键性检查（Critical Examination） 的方法至今i，经历了近 50年的时间。在此期间，HAZOP（HAZard and OPerability analysis， 危害与可操作性分析）方法逐渐进化发展，成为化学工业的首选危害识别工具ii。2005 年英 国职业健康与安全管理局（HSE，Health and Safety Executive）以文献综述法进行了一项调查， 调查表明：约 40 个的危害识别工具 HAZOP是现有文献中介绍最多的工具iii。 2、HAZOP 的优点及存在问题 HAZOP 是一种高度结构化的危害识别工具。正是这种高度结构化，很多人尝试使用人 工智能来进行 HAZOP 分析。这种高度结构化的特点主要体现在几个嵌套的循环：将整个化 工工艺系统按照某种方法划分成节点，保证每一个节点都被分析；将每一个节点的实际设计 意图划分为要素或特征（即参数），保证每一个要素或特征都被分析；在分析要素或特征时， 利用引导词的帮助，识别要素或特征的所有可能的偏差。上述的嵌套循环（详见图 1），从 结构上保证了 HAZOP分析的完整性。然而，为什么 HAZOP需要通过偏差来识别危害？通过 识别偏差就能找到所有的危害？经常为 HAZOP专业人员所参考的关于 HAZOP的文献，如： 欧洲化学工程师协会（IChemE，Institution of Chemical Engineers）出版的《HAZOP：最佳实 践指南》（HAZOP：Guide to best practice 2008）、Trevor Kletz 关于 HAZOP的经典著作《HAZOP and HAZAN》等，都没有直接回答或讨论这些问题。很多化工或能源行业企业，包括大型跨 国公司，甚至一些在工艺安全领域处于领先位置的企业，其内部的 HAZOP指导性程序文件， 也没有直接地回答或讨论这些问题。其实，要回答这些问题很简单，就是 HAZOP 是通过基 本假设的方法进行的。 SHEGLE BUSINESS CONSULTING CO.LTD www.shegle.com 开始 解释整个设计 选取一个部分 检查并同意设计目的 确定相关要素 确定每个要素是否能有效地进一步分 解成多个特性 选择一个要素（和特性，若有） 把引导词用于所选要素（及相关的每 个特性）得到具体的解释 偏差可信？ 引导词和要素/特性组合的所有解释均 已应用？ 所有引导词均已用于所选要素？ 所有要素均已分析完毕？ 所有部分均已分析完毕 结束 选择一个引导词 分析原因、后果和保护或 指示措施，并 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 好分析 文档 否 是 否 否 否 否 是 是 是 是 图 1、HAZOP分析流程图 – “要素”优先iv SHEGLE BUSINESS CONSULTING CO.LTD www.shegle.com 3、HAZOP 基本假设的作用 HAZOP的基本假设是：如果系统在其设计区间内运行（满足原有设计意图），则没有危 害。当然，这只是假设。显而易见的是，如果系统在设计、建造或施工过程中出现问题，如： 容器工程师失误，进料缓冲罐的设计壁厚计算错误，导致无法进料缓冲罐无法承受 0.1MPa 的操作压力，可能导致容器在其正常操作压力下失效。如图 2所示，当系统参数在其设计区 间内运行时，系统是正常的（如绿色区域所示）。当参数偏离了设计区间，这时系统进入非 正常状态（如黄色区域所示），当参数进一步偏离，系统可能进入更严重的紧急状态（如橙 色区域所示）。 设计区间 偏差 偏差 专业知识、经验 设计方法、 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 设计评审 HAZOP HAZOP 图 2 HAZOP基本假设 （1）明确地定义了 HAZOP的适用范围。 HAZOP 的基本假设表明 HAZOP 并不能识别系统中的所有危害，而只能识别由于偏离了 原有设计意图而导致的危害。为保证化工装置按照设计意图进行设计，必须通过设计质量保 证程序实现的。设计质量保证程序包括：专业工程师交叉检查、专业设计负责人检查批准， 项目负责人审核批准等多级设计审查程序，设计 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 ，设计变更管理等设计管理程序，详见 图 3。为保证化工装置按照设计图纸的要求进行施工，必须通过施工质量保证程序实现的。 施工质量保证程序包括：施工计划，施工 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 审查、检验和试验等。HAZOP 不是设计评审 的工具。设计评审更多的使用的是检查表的方法。检查表是基于经验的，而 HAZOP 更多是 预知性的v。 SHEGLE BUSINESS CONSULTING CO.LTD www.shegle.com 设计计划 ISO 9001:2000 – 7.3.1 设计输入 ISO 9001:2000 – 7.3.2 设计过程 设计输出 ISO 9001:2000 – 7.3.3 设计验证 ISO 9001:2000 – 7.3.6 设计确认 ISO 9001:2000 – 7.3.5 设计变更 ISO 9001:2000 – 7.3.7 设计完成 设 计 评 审 ISO9001 7.3.4 识别产品（工艺）需求 图 3、设计评审流程的示意图vi HAZOP 不是无所不能的工具，只有意识到 HAZOP 的适用范围的局限性，才能在最能发 挥 HAZOP 能力的范围内使用该工具，避免在无效的范围内使用，导致分析结果的无效或低 效。如表 1 中所示的 HAZOP 分析，是应该避免的。这里所提到的原因：焊工培训不足，焊 工能力不够等，违反了 HAZOP 基本假设。表 1 中并未提及加强焊工培训，加强焊接质量保 证程序的执行等建议，然而，这类缺乏实际价值的建议，在很多缺乏经验的 HAZOP 分析团 队的 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 中并不少见，大大降低了 HAZOP工具在人们心目中的可信性，应该避免。 表 1、HAZOP分析示例 偏差 原因 后果 现有安全措施 行动建议 人为失误 焊工培训不足、能力 不够等原因 焊接质量差，焊接缺陷 导致管道不能承受设计 压力的要求，过早出现 失效，导致管道泄漏。 焊工能力保证程序， 确保焊工持证上岗。 焊接质量保证程序， 要求对焊缝进行X% 检验。 （2）明确了设计意图分析是 HAZOP分析的基础。 关于偏差的识别，有几种不同的做法。一种是基于最低偏差集合的做法。如：有些公司 要求，HAZOP 分析的偏差来源于公司给出的一个偏差集合，这个集合中包括十几个到数十 个不等的偏差，公司的 HAZOP程序要求这些偏差在 HAZOP分析中是强制使用的，即使有些 偏差与某个特定的节点毫无关系，也要求在 HAZOP 分析记录表中记录诸如“无可信原因”或 “不相关”等语句，以表示在 HAZOP 分析时考虑过该偏差。另一种做法是提供一个推荐性的 偏差矩阵，作为 HAZOP 团队在识别偏差时的一个辅助工具，如表 2 就是一个偏差矩阵的示 例。第三种做法是通过设计意图分析，从中识别设计参数，从而找出所有潜在的偏差。R Ellis Knowlton 在其论文vii中，对这种做法进行了详细的讲述。国际电工委员会（IEC）在其发布的 HAZOP标准viii中，也比较详细地提到了设计表达（design representation）的具体方法。 SHEGLE BUSINESS CONSULTING CO.LTD www.shegle.com 表 2、偏差矩阵示例ix 参数 偏大 偏小 无 反向 部分 伴随 异常 流量 流量过大 流量过小 无流量 逆流 间歇性 杂质 错误物料 温度 温度过高 温度过低 热量 压力 压力过高 压力过低 无 真空 真空度 真空度高 真空度低 正压 液位 液位过高 液位过低 无 腐蚀量 腐蚀量过 大 不均匀腐 蚀 反应 过快、剧 烈 过慢、活 性低 终止 逆反应 不完全反 应 副反应 催化剂中 毒 时间 过长 过短 缺步骤 顺序颠倒 开、停工 缺步骤 顺序颠倒 设备无法 正常开停 泄放排放 排放过大 排放过小 无法排放 倒吸 排放介质 异常 故障 维修 未维修 维修不完 全 维修中出 现意外 使用最低偏差集合的优点是：对 HAZOP主持人（HAZOP Leader）及 HAZOP团队的能力 要求较低；容易实现标准化，保证 HAZOP分析的最低质量；同时也便于日后的审计。但缺 点是针对性稍差，如对图 4 所示的二聚烯烃工艺进行 HAZOP分析过程中，水含量、水油相 界面及容器中的氧含量等参数就没有出现在偏差矩阵中，可能没有收集在公司制定的最低偏 差集合中，从而导致 HAZOP团队漏识某些关键的偏差，导致某些危害未被识别。如果能明 确设计意图分析是偏差分析的基础，就能针对特定的工艺，较好地、较全面地、有针对性地 识别特定工艺的偏差，保证 HAZOP分析的有效性。图 5清晰地显示除了设计意图（设计区 间）、参数、偏差与引导词之间的关系。 进料缓冲/分离罐 25 立方米 20Deg C 15 psig Process换热器 P P FQ 1/2 英里 LIC PIC N2 PSV 水 排放 RO FRC 160 Deg C 290 psig 去进料预热器 和反应器 60 Deg C 240 psig 去后冷却器 PSV P P 从反应器 200 Deg C 260 psig 20 Deg C 300 psig 20 Deg C 35 psig 碳氢化合物 从中间储罐 输送泵 进料泵 TR TI TI TI PI PI PI PI FIC 图 4、二聚烯烃装置进料部分流程示意图x 引导词 SHEGLE BUSINESS CONSULTING CO.LTD www.shegle.com 偏差 参数 设计意图 引导词 图 5、设计意图、参数、偏差及引导词的关系 3、从理论上确保危害识别的完整性 为什么HAZOP会成为化学工业首选危害识别工具？HAZOP和其他危害识别工具相比较， 它的优势在哪里？如图 6 所示，HAZOP 首先从潜在事故因果链的中间切入，与人们日常所 熟悉的思维方法，要么从潜在事故因果链的最前端，初始触发事件，开始，要么从潜在事故 因果链的最后端，事故最终后果，开始，明显相悖。为什么这种有悖与常规思维方式的工具 反而超越了其他基于常规思维方式的工具？主要有 2 个方面的考虑。一是由于 HAZOP 基本 假设保证了：如果识别了工艺系统所有的偏差，则从理论上来讲，就可以找到系统所有的危 害。第二个方面，系统的偏差相对而言是比较好找的，当然，前提是完整的、全面的设计意 图分析。从完整性的角度来看，如果未能对设计意图进行完整的、全面的分析，就可能漏识 一些重要的偏差，从而导致潜在的危害未能识别。这从另一个角度说明了设计意图分析的重 要性。 偏差 原因1 原因n 后果1.1 后果2.1 后果n.1 原因2 后果1.2 后果1.4 后果1.3 后果1.3.1 后果2.2 后果n.2 后果n.3 原因1.2 原因2.1 后果n.2 原因1.1 原因n.1.1 原因n.1.2 现有 安全 措施 现有 安全 措施 现有 安全 措施 现有 安全 措施 现有 安全 措施 2、识别原因 3、识别后果1、寻找偏差 4、风险决策 参数 引导词 设计意图 图 6、HAZOP分析步骤 4、设计区间 vs.操作区间 表 3是关于高流量偏差的讨论，看起来好像没有问题，但是如果仔细推敲的话，逻辑是 有问题的：如果液位控制阀（LCV）故障全开，会导致进料缓冲罐进料管线的流量超过其设 计上限吗？ 答案是显而易见的，不会！然而，进料缓冲罐进料管线的流量的确会超过其操 作上限。HAZOP 中的偏差有时是基于设计区间的，有时是基于操作区间的，然而，不管是 设计区间或操作区间，都可以统一在设计意图下。 SHEGLE BUSINESS CONSULTING CO.LTD www.shegle.com 表 3、高流量偏差xi 偏差 原因 后果 现有安全措施 行动建议 高流量 液位控制阀（LCV） 故障全开 进料缓冲/分离罐满液位 增加进料缓冲/分离罐高 液位报警。 确认安全阀能否满足液 相泄放工况的要求。 高流量 人为失误导致液位控 制阀（LCV）旁通阀 打全开 进料缓冲/分离罐满液位 将液位控制阀（LCV） 旁通阀锁关 5 HAZOP 基本假设和 MOC（变更管理）定义的比较 HAZOP基本假设和变更及同类替换（RIK，Replacement In Kind）的定义有惊人的相似之 处。美国职业健康及安全管理局（OSHA）在其颁布的工艺安全管理（PSM）法规中规定同 类替换（RIK）的定义是：满足设计规格（design specification）的替换xii，而变更则是不属于 同类替换的替换。把 HAZOP 基本假设和变更及同类替换放在同一张图上，如：图 4 所示， 可以很清晰地看到它们之间的相似性。它们的区别在于：HAZOP中考虑的是由于设备失效、 人为失误或外部事件等触发事件导致工艺偏离了原有设计区间，这些触发事件是无意的，是 偶然的。而变更管理的触发事件是有意的，有意地让工艺在原有设计区间或操作区间之外操 作，或有意地增加原有工艺之外的工艺或设备等。其实，设计区间（操作区间）的概念非常 重要，不仅仅可以应用在 HAZOP或 MOC 中，还可以作为工艺未遂事故（Near Miss）或工艺 事故定义的基础。当设计区间（操作区间）应用于事故定义时，和 HAZOP应用的区别在于： HAZOP是预知的，而事故是追溯性的。 设计区间 偏差 偏差 专业知识、经验 设计方法、标准 设计评审 HAZOP HAZOP 设计区间 偏离 偏离 同类替换 RIK 变更 变更 图 7、设计意图、参数、偏差及引导词的关系 SHEGLE BUSINESS CONSULTING CO.LTD www.shegle.com 5、结论 显性地讨论并确认 HAZOP的基本假设，完善 HAZOP的理论基础，能给 HAZOP分析带来 更多的清晰度，让 HAZOP专业人员及 HAZOP团队成员更好地理解 HAZOP工具。 提示：作者为本论文准备了相应的幻灯片，如有需要，可来信（jmzhao@shegle.com） 索要。 i Trevor Kletz, HAZOP and HAZAN – Identify and assessing process industry hazards 4th ed, p203 ii IChemE, HAZOP: Guide to best practice 2008, forword iii HSL, review of hazard identification techniques, 2005 iv 国家安全生产监督管理总局，《危险与可操作性分析方法应用指南》征求意见稿，图 2 a) HAZOP分析程序流程图——“要素优先”顺序 v CCPS, Guidelines for Hazard Evaluation Procedures, 3rd Ed, p18 vi IEC, IEC61160 Design review, 2006, Figure1 Design and development process vii R Ellis Knowlton, Design Intention, the Key to Effective HAZOP, 2002 viii IEC, IEC61882 Hazard and operability studies – Application guide, 2001 ix Q/SY 1364—2011 危险与可操作性分析技术指南 x Trevor Kletz, HAZOP and HAZAN – Identify and assessing process industry hazards 4th ed, figure2.2 feed section of proposed olefin dimerization plant xi Trevor Kletz, HAZOP and HAZAN – Identify and assessing process industry hazards,4th ed, table 2.2 xii OSHA, Process Safety Management of Highly Hazardous Materials. 29CFR1910.119(b).