化工工艺安全管理中HAZOP应用探讨

　　摘要：许多重大事故教训表明化工工艺安全管理的重要性。HAZOP技术是重要的、常用的工艺危害分析方法之一。介绍了化工工艺安全管理、HAZOP技术，并实例探讨了HAZOP在某合成氨企业常压液氨储罐上的应用。

　　关键词：工艺安全管理;HAZOP技术;液氨储罐

　　在化工工艺装置大型化、复杂化的发展过程中，发生了一系列工艺安全事故，暴露了化工工艺系统风险，催生了化工工艺安全管理这门学科，孵化了包括HAZOP(HazardandoperabilityAnalysis，危害与可操作性分析)在内的一些常用的工艺危害分析方法。目前，工艺安全管理作为一种管理体系已逐步从发达国家推广到包括我国在内的发展中国家，而HAZOP技术在其中大展身手、熠熠生辉，为各国所推崇，给化工工艺安全管理提供了一种系统的、结构化的分析方法和手段。

　　1化工工艺系统风险

　　1.1化工工艺系统风险的显现

　　20世纪70年代以来，随着工业化进程，工艺系统越来越复杂，高温高压、易燃易爆等严苛的操作条件越来越普遍，化工工艺装置越来越大型化，工业发达的欧美国家及地区，发生了一系列重大工艺安全事故。特别是，1984年美国联合碳化属下印度公司杀虫剂厂储罐爆炸后25t异腈酸甲酯顺风扩散到有90万人口的印度中央邦首府Bhopal市，造成7千人睡梦中死亡、4万人严重伤残、20万人轻度伤残。化工工艺系统风险成为人类必须直面的课题，政府、社会、工业界、学界开始反思并开展了一系列有益研究，将工艺安全发展成一门独立的学科。

　　1.2化工工艺系统风险的控制方式

　　风险(risk)是对人员伤亡、环境破坏、财产损失的度量。控制风险的途径包括降低事故发生可能性(频率，frequency)、减轻事故可能导致的后果严重程度(severity)。化工工艺系统风险控制，从降低事故发生可能性、减轻事故后果严重程度入手，按照可靠性降序排列[1]可以分为:1)本质安全。使用危害小甚至无害化学品，或者通过优化工艺降低甚至消除危害，使安全性成为化工工艺系统自身的一种天然属性。2)设备安全，广义上的本质安全。不依赖人为的启动、控制元件的触发，依靠工艺设备本身的防护功能，如不依赖超压联锁控制系统、泄放系统，设计上设备本身能够承受工艺波动过程中极端情况下的最高压力。

　　3)工程控制。采用工艺控制、联锁、紧急停车等措施，有效控制化工工艺系统非正常工况。4)管理控制。运用安全操作规程、作业管理程序、维修程序、个人防护、应急处置程序等管理途径来降低风险。

　　2化工工艺安全管理

　　2.1化工工艺安全管理的发展

　　1992年，美国职业健康安全管理局(OHSA)提出的工艺安全管理(PSM，ProcessSafetyManagement)标准通过美国国会批准，成为美国法规。PSM专注于预防火灾、爆炸、有毒化学品泄漏等大事故，通过对工艺设施的设计、施工、运行、退役整个生命流程中各环节管理，从根本上降低风险。PSM适用于包括生产、储存、使用等所有涉及危险化学品活动。PSM在北美、欧洲等国家和地区，逐渐发展为成熟的安全管理体系。

　　2010年，原国家安监总局第一次以标准的形式明确化工企业“工艺安全管理”，发布了推荐性行业标准《化工企业工艺安全管理实施导则》(AQ/T3034)，提出了工艺安全信息(PSI)、工艺危害分析(PHA)、操作规程、培训、承包商管理、试生产前安全审查、机械完整性、作业许可、变更管理、应急管理、工艺事故/事件管理、符合性审核共12个相互关联的要素，涵盖了美国工艺安全管理提出的14个要素。

　　工艺安全信息(PSI)主要包括物料的危害性、工艺设计、设备设计，是实施工艺安全管理的基础。存量巨大的老化工装置，由于没有完整的工艺安全信息基础资料，没有及时收集、归档工艺、设备改造、变更的相关信息，工艺安全信息会缺失严重，需要开展在役化工装置安全设计诊断。工艺危害分析(PHA)是工艺安全管理的核心要素，应贯穿于整个工艺生命周期，本质上是，有组织地、系统地对工艺装置或设施进行危害识别，为消除、减少工艺过程中的危害提供决策依据。

　　2.2常用工艺危害分析方法

　　工艺危害分析有5种常用方法：1)检查表法(checklist):依据相关标准、规范，识别、检查系统中已知的设计缺陷、危险类别以及涉及工艺设备、操作、管理的潜在危害性。2)故障假设(whatif):通过一系列“如果……怎么办”的问题，探寻潜在的事故隐患，从而对系统进行危害性检查。

　　3)失效模式和影响分析(FMEA)：辨识设备组件故障模式及其对系统和装置造成的影响，进而对系统进行危害性检查。4)事故树分析(FTA)：从具体的事故逆推，逐层逆向追溯事故发生原因。5)危险和可操作性研究(HAZOP)：寻找系统中工艺过程或状态的偏差，进一步分析造成的原因、可能的后果，并提出有针对性的预防对策措施。

　　3HAZOP技术

　　3.1HAZOP技术的起源和发展

　　HAZOP(HazardandoperabilityAnalysis，危害与可操作性分析)由英国帝国化学公司(ICI)于1960年代开发，英国化学工业协会(CIA)于1974年对外发布。它是一种以引导词(GuideWords)为主体的，系统化、结构化风险分析方法，用于辨识设计缺陷、工艺过程危害及操作性问题，可用于装置从设计到退役全生命周期的工艺危害分析。

　　美国职业健康安全管理局(OSHA)颁布的法规《高度危险化学品的工艺安全管理》明确要求，高度危险化学品工厂必须开展工艺危害分析而且5年重新评审，HAZOP是推荐的分析工具之一。美国环保局(EPA)的法规、英国健康安全委员会(HSE)的法案、欧盟的法令均推荐采用HAZOP进行工艺危害分析。

　　国外颁布的相关标准有，国际电工委员会2001年颁布的《危害与可操作分析——应用指南》、欧洲化学工程师协会(IChemE)2000年颁布的《危害与可操作性分析——最佳实践指南》、欧洲工艺安全协会(EPSC)2003年颁布的《危害识别方法》、英国化学工业协会(CIA)1993年颁布的《危害与可操作性分析指南》、英国健康安全委员会(HSE)2000年颁布的《危害识别技术选择》、美国化学工程师协会化工工艺安全中心(CCPS)2008年颁布的《危害评估程序指南》。

　　在我国，原国家安监总局于2011年下发了《危化品和烟花爆竹安全监管重点工作安排》(安监总管三〔2011〕16号文)，要求持续推动中央企业在化工装置应用HAZOP，积极推进新建设化工项目设计阶段应用HAZOP，将HAZOP应用范围逐步扩大到涉及危险化工工艺以及涉及有毒有害、易燃易爆、液化气体的化工装置。

　　于2012年下发了《关于开展提升危化品领域本质安全水平专项行动的通知》(安监总管三〔2012〕87号文)，要求逐步推行化工生产装置定期开展HAZOP工作(每3至5年1次);于2013年发布了推荐性行业标准《危险与可操作性分析应用导则(HAZOP)》(AQ/T3049)。国家日益重视并力推HAZOP。

　　3.2HAZOP技术介绍

　　HAZOP是提高工艺安全管理的重要的风险分析方法。通过HAZOP，可能发现工艺设计中的潜在危险，甚至从未导致事故发生、比较隐蔽的危险，可能排除工艺装置设计和操作中可能发生的突然停车、设备故障以及火灾、爆炸、有毒物泄漏等恶性事故，能研判、预测操作人员的错误及由此产生的后果，并提出有针对性的消减措施。HAZOP的使用对象是具有流程性特征的连续生产装置。

　　HAZOP应用的最佳阶段是初步设计形成后，施工图设计阶段如有设计变更则需要开展HAZOP，装置运行阶段需要3至5年开展1次HAZOP，如有设计变更需要立即开展HAZOP。HAZOP作业流程包括：选择研究节点—选择工艺参数—选择引导词—寻找有价值的偏差—解析产生偏差的原因、后果及现有措施—评估风险—提出控制风险措施。

　　HAZOP是由多个专业(如工艺、设备、自控、安全、现场操作人员等)、具有不同知识背景的人员组成的分析小组共同进行的，同时需要专业的工艺危害分析人员提供方法支持。整个分析过程以“头脑风暴”的小组会议形式进行。

　　HAZOP是以生产运行过程中工艺状态参数及操作控制中可能出现的偏差为导向的分析过程，需要根据设计意图、功能、设备等要素以及分析者的习惯，将被工艺流程划分为若干节点，然后逐次考虑各节点上可能出现的各种偏差，针对每个偏差分析其原因、可能导致的后果、有无相应的安全措施、危害程度、是否需要提出新的对策措施等。

　　4HAZOP应用实例

　　4.1常压液氨储罐HAZOP分析

　　氨常温下为无色气体，有强烈的刺激性气味，极易燃，易于空气形成爆炸性混合物，遇明火、高热易燃烧爆炸。由于合成氨企业液氨储存量大且易蒸发，如果发生泄漏就会形成蒸气云迅速扩散，严重危害生产区域内从业人员及周边居民生命安全。《危化品重大危险源辨识标准》(GB18218-2009)明确，1个单元内氨达到10t即构成重大危险源。

　　云南某大型合成氨装置涉及一氧化碳变换、酸性气体脱除、气体精制、压缩及氨合成、冷冻、常压氨库、加压氨罐及装车等工序。本文选取其中的一个节点常压液氨储罐进行HAZOP分析。常压液氨储罐工艺流程说明。某大型合成氨厂5000m3常压液氨储罐贮存温度-38℃，绝热保冷。外界热量的传入，会使液氨储罐内的液氨不断蒸发。为保持罐内压力稳定在0.007MPa左右，设置常压氨罐冰机，液氨储罐内蒸发的气氨被抽出、压缩、冷凝后进入中间氨贮罐，然后节流减压回送入常压液氨储罐内闪蒸、降温储存。

　　4.2结果分析

　　运用HAZOP技术分析合成氨企业常压低温液氨储罐安全设计及生产操作，针对常压液氨储罐的流量、液位、压力、温度等关键参数，通过参数+引导词构建偏差，进行事故剧情描述并提出相应的对策措施。分析表明，现有措施基本满足设计意图，具有一定的本质安全水平，能够起到一定程度的事故防范作用，但也应特别注意工艺安全管理制度执行力、关键报警及联锁的严格管理、确保安全阀等安全附件定期检验及有效性。

　　从追求安全可靠性和本质安全水平来说，还可以增加两项措施，一是为防止储罐泄漏，储罐本体采用相同规格的双层罐壁，同时在夹层壁侧及底板增加温度监测点，二是投用前对储罐所有接焊缝进行100%X射线探伤，对所有角焊缝进行100%表面探伤。本文对常压液氨储罐进行HAZOP分析只是举例。对于企业而言，应该在项目设计阶段、设计变更阶段以及装置运行后一定时间间隔，组织更多专业的人员进行更丰富的“头脑风暴”，从更多的角度更深入地开展分析，而且选择整个装置全流程作为分析对象，形成丰富的、比较完备的分析结果。

　　5结语

　　1)HAZOP相较于其它工艺危害分析方法，显著有点在于，强化了系统安全的观点，而不是单个设备安全的观点，系统性好、结构性好，有利于全面发现各种可能的潜在危险，有利于顶层设计。2)通过HAZOP，设计人员、管理人员、操作人员能更加全面深入地了解装置的性能，有利于完善设计，优化生产操作规程，提高从业人员安全素养。

　　3)HAZOP以其减少事故发生、降低事故损失、分析事故原因等积极重要作用，在国外广泛应用，是公认的一种能提高化工工艺安全性、可靠性的风险分析评价方法。鉴于其本身所具有的优越性及国家大力推广，云天化作为一家持续培育安全环保核心竞争力的产业集团，不仅仅新建项目、危险化工工艺装置，可以在所有存量化工装置上结合实际全面推广。4)随着计算机辅助HAZOP的研究、开发、应用，有望进一步深化研究内容、优化研究方法、取得更好研究效果，HAZOP将增添新的异彩。

　　参考文献：

　　[1]栗镇宇.工艺安全管理与事故预防[M].北京:中国石化出版社,2007.

　　[2]中华人民共和国安全生产行业标准.AQ/T3049-2013危险与可操作性分析(HAZOP分析)应用导则[S].

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