设计阶段的 HAZOP 分析

设计阶段的HAZOP分析 孙成龙 suncl.sei@sinopec.com 中国石化工程建设公司 2011.11.08

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

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。

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。

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： • Independent 独立的 • Formal 正式的 • Systematic 系统的 • Critical 临界的、批判的 • Comprehensive 全面的 • Capture experience 抓住经验 • Foresee the expected 预见意料事件 • Foresee the unexpected 预报意外事故

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 SEI

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 P&ID图 SEI

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

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 • 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？-全面检查设计的安全设施四、为何要在设计阶段进行HAZOP分析？-全面检查设计的安全设施 • 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？--费用方面四、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

四、为何要在设计阶段进行HAZOP分析？---费用方面四、为何要在设计阶段进行HAZOP分析？---费用方面

五、设计阶段的工艺安全分析 SEI 3次

1、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（Limitation of Effects） • 简化或容错（Simplification/Error Tolerance）

1、本质工艺安全分析 • 1.2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。

1、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

1、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 SEI

1、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？ 1 3 SEI 2 19

1、本质工艺安全分析-举例2 （1）更加安全可靠的循环水系统（4）安全仪表系统（SIS）进行切断 SEI （3）设计能力足够大的火炬系统（2）根据物性和操作条件改进工艺设计

1、本质工艺安全分析-举例3 尽量降低工艺设备的物料量 SEI

1、本质工艺安全分析-举例4 液相反应器改气相反应器(操作条件基本未变） SEI

1、本质工艺安全分析-优先策略 优先级从高到低被动安全措施主动安全措施程序/规程本质安全措施 23

2.项目HAZOP分析-例1：流程简图 SEI

2.项目HAZOP分析-例1：分析示意 原因：过滤器堵塞 SEI 偏差：压力低 • 后果： • 吸入管线承受真空 • 压缩机喘振 • 吸入管线破裂 • 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 26

2.项目HAZOP分析-例1：分析报告 大型装置要检查上万个安全措施！ • 技术 • 设计标准 • 设计惯例 • 经验 • 风险矩阵 • 洋葱模型 • …….. 设计工况 SEI 报警设计控制系统设计运行维护

2.项目HAZOP分析-例1：关闭 答复是否满意？为什么？ SEI 完全按要求执行

2.项目HAZOP分析-例2：分析示意 SEI 1 消声器堵塞 2 放气阀无法打开 3 压缩机超速压缩机出口管线压力高

2.项目HAZOP分析-例2：分析示意 SEI 压缩机出口管线压力高反应器跳车（ZCV关闭）反应器 5 4 止逆阀损坏或安装错误

2.项目HAZOP分析-例2：报告 安全联锁工艺控制安全泄放设施设计工况 SEI 运行维护

3.SIL（Safety Integrity Level)分析 01UZ-100 HH H 01 01 热膨胀或火灾工况设定压力 60 barg PRCA PZA 002 001 SEI 设计压力60 Barg 01PZA-002 IA V100 01 LRC 烃 001 01PZA-002 120 Bar 01PRCA-001 01LRC-001

3.SIL（Safety Integrity Level)分析 （1）控制回路故障，导致01PRCA-001全开 01UZ-100 HH H 01 01 热膨胀或火灾工况设定压力 60 barg PRCA PZA 002 001 （2）大量高压物料进入V100 （3）系统超压设计压力60 Barg SEI （4）泄漏或破裂 01PZA-002 IA V100 01 （5）火灾或爆炸 LRC 烃 001 01PZA-002 120 Bar 01PRCA-001 33 01LRC-001

3.SIL（Safety Integrity Level)分析 工艺装置人员密集处爆炸后果

3.SIL（Safety Integrity Level)分析 （1）控制回路故障，导致01PRCA-001全开（2）大量高压物料进入V100 设计安全仪表系（SIS)统切断 SEI （3）系统超压（4）泄漏或破裂（5）火灾或爆炸

3.SIL（Safety Integrity Level)分析 SIS回路 01UZ-100 HH H 01 01 热膨胀或火灾工况设定压力 60 barg PRCA PZA 002 001 确定SIL SEI 硬件实现设计压力60 Barg 01PZA-002 IA 运行和维护 V100 01 LRC 烃 001 01PZA-002 120 Bar 01PRCA-001 36 36 01LRC-001

3.SIL（Safety Integrity Level)分析 风险 SIL对设计进行优化，使之处于该区域 SEI 联锁系统复杂性过度设计设计不足

六、设计阶段HAZOP分析的策划 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、设计阶段的HAZOP分析的策划 • 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。

风险标准举例-Health and Safety at Work etc. Act 英国1974 《1974年劳动安全卫生法》不可承受水平（不容妥协）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） ALARP 区域(需要证明已经降到ALARP) 可接受水平（不需要证明ALARP) 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：

可承受风险水平举例（群体）QRA SEI

风险承受标准 ALARP: As Low As Reasonably Practicable 尽可能合理的低 SEI

六、设计阶段的HAZOP分析的策划 • 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。

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 • 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。

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。 • 项目组应该把HAZOP分析的时间段放在项目计划中，让所有专业知道。 • 项目组还要把HAZOP要求与专利商、设备供货商进行协商或在合同中明确。

六、设计阶段的HAZOP分析的策划 包设备HAZOP 主流程

六、设计阶段的HAZOP分析的策划 • 确定哪些人参加HAZOP分析 • 主持人：相对对立性（第二方、第三方） • 记录员：最好是工艺人员 • 业主（工艺、操作人员） • 工艺 • 安全 • 专利商 • 成套设备制造商（包设备HAZOP时）

六、设计阶段的HAZOP分析的策划 • 确定需要多长时间 • 要根据装置的规模、P&ID的数量和难易程度估算HAZOP分析的时间。 • HAZOP分析的时间长短直接决定了HAZOP分析本身需要的费用。 • HAZOP时间的估算需要有经验的人员完成。 • 这项工作一般由业主、HAZOP主持人、工艺安全工程师完成。

设计阶段的 HAZOP 分析