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化工工藝安全管理中HAZOP應用探討

時間:2019年11月07日 所屬分類:推薦論文 點擊次數:

摘要:許多重大事故教訓表明化工工藝安全管理的重要性。HAZOP技術是重要的、常用的工藝危害分析方法之一。介紹了化工工藝安全管理、HAZOP技術,并實例探討了HAZOP在某合成氨企業常壓液氨儲罐上的應用。 關鍵詞:工藝安全管理;HAZOP技術;液氨儲罐 在化工工藝

  摘要:許多重大事故教訓表明化工工藝安全管理的重要性。HAZOP技術是重要的、常用的工藝危害分析方法之一。介紹了化工工藝安全管理、HAZOP技術,并實例探討了HAZOP在某合成氨企業常壓液氨儲罐上的應用。

  關鍵詞:工藝安全管理;HAZOP技術;液氨儲罐

化工管理

  在化工工藝裝置大型化、復雜化的發展過程中,發生了一系列工藝安全事故,暴露了化工工藝系統風險,催生了化工工藝安全管理這門學科,孵化了包括HAZOP(HazardandoperabilityAnalysis,危害與可操作性分析)在內的一些常用的工藝危害分析方法。目前,工藝安全管理作為一種管理體系已逐步從發達國家推廣到包括我國在內的發展中國家,而HAZOP技術在其中大展身手、熠熠生輝,為各國所推崇,給化工工藝安全管理提供了一種系統的、結構化的分析方法和手段。

  1化工工藝系統風險

  1.1化工工藝系統風險的顯現

  20世紀70年代以來,隨著工業化進程,工藝系統越來越復雜,高溫高壓、易燃易爆等嚴苛的操作條件越來越普遍,化工工藝裝置越來越大型化,工業發達的歐美國家及地區,發生了一系列重大工藝安全事故。特別是,1984年美國聯合碳化屬下印度公司殺蟲劑廠儲罐爆炸后25t異腈酸甲酯順風擴散到有90萬人口的印度中央邦首府Bhopal市,造成7千人睡夢中死亡、4萬人嚴重傷殘、20萬人輕度傷殘。化工工藝系統風險成為人類必須直面的課題,政府、社會、工業界、學界開始反思并開展了一系列有益研究,將工藝安全發展成一門獨立的學科。

  1.2化工工藝系統風險的控制方式

  風險(risk)是對人員傷亡、環境破壞、財產損失的度量。控制風險的途徑包括降低事故發生可能性(頻率,frequency)、減輕事故可能導致的后果嚴重程度(severity)。化工工藝系統風險控制,從降低事故發生可能性、減輕事故后果嚴重程度入手,按照可靠性降序排列[1]可以分為:1)本質安全。使用危害小甚至無害化學品,或者通過優化工藝降低甚至消除危害,使安全性成為化工工藝系統自身的一種天然屬性。2)設備安全,廣義上的本質安全。不依賴人為的啟動、控制元件的觸發,依靠工藝設備本身的防護功能,如不依賴超壓聯鎖控制系統、泄放系統,設計上設備本身能夠承受工藝波動過程中極端情況下的最高壓力。

  3)工程控制。采用工藝控制、聯鎖、緊急停車等措施,有效控制化工工藝系統非正常工況。4)管理控制。運用安全操作規程、作業管理程序、維修程序、個人防護、應急處置程序等管理途徑來降低風險。

  2化工工藝安全管理

  2.1化工工藝安全管理的發展

  1992年,美國職業健康安全管理局(OHSA)提出的工藝安全管理(PSM,ProcessSafetyManagement)標準通過美國國會批準,成為美國法規。PSM專注于預防火災、爆炸、有毒化學品泄漏等大事故,通過對工藝設施的設計、施工、運行、退役整個生命流程中各環節管理,從根本上降低風險。PSM適用于包括生產、儲存、使用等所有涉及危險化學品活動。PSM在北美、歐洲等國家和地區,逐漸發展為成熟的安全管理體系。

  2010年,原國家安監總局第一次以標準的形式明確化工企業“工藝安全管理”,發布了推薦性行業標準《化工企業工藝安全管理實施導則》(AQ/T3034),提出了工藝安全信息(PSI)、工藝危害分析(PHA)、操作規程、培訓、承包商管理、試生產前安全審查、機械完整性、作業許可、變更管理、應急管理、工藝事故/事件管理、符合性審核共12個相互關聯的要素,涵蓋了美國工藝安全管理提出的14個要素。

  工藝安全信息(PSI)主要包括物料的危害性、工藝設計、設備設計,是實施工藝安全管理的基礎。存量巨大的老化工裝置,由于沒有完整的工藝安全信息基礎資料,沒有及時收集、歸檔工藝、設備改造、變更的相關信息,工藝安全信息會缺失嚴重,需要開展在役化工裝置安全設計診斷。工藝危害分析(PHA)是工藝安全管理的核心要素,應貫穿于整個工藝生命周期,本質上是,有組織地、系統地對工藝裝置或設施進行危害識別,為消除、減少工藝過程中的危害提供決策依據。

  2.2常用工藝危害分析方法

  工藝危害分析有5種常用方法:1)檢查表法(checklist):依據相關標準、規范,識別、檢查系統中已知的設計缺陷、危險類別以及涉及工藝設備、操作、管理的潛在危害性。2)故障假設(whatif):通過一系列“如果……怎么辦”的問題,探尋潛在的事故隱患,從而對系統進行危害性檢查。

  3)失效模式和影響分析(FMEA):辨識設備組件故障模式及其對系統和裝置造成的影響,進而對系統進行危害性檢查。4)事故樹分析(FTA):從具體的事故逆推,逐層逆向追溯事故發生原因。5)危險和可操作性研究(HAZOP):尋找系統中工藝過程或狀態的偏差,進一步分析造成的原因、可能的后果,并提出有針對性的預防對策措施。

  3HAZOP技術

  3.1HAZOP技術的起源和發展

  HAZOP(HazardandoperabilityAnalysis,危害與可操作性分析)由英國帝國化學公司(ICI)于1960年代開發,英國化學工業協會(CIA)于1974年對外發布。它是一種以引導詞(GuideWords)為主體的,系統化、結構化風險分析方法,用于辨識設計缺陷、工藝過程危害及操作性問題,可用于裝置從設計到退役全生命周期的工藝危害分析。

  美國職業健康安全管理局(OSHA)頒布的法規《高度危險化學品的工藝安全管理》明確要求,高度危險化學品工廠必須開展工藝危害分析而且5年重新評審,HAZOP是推薦的分析工具之一。美國環保局(EPA)的法規、英國健康安全委員會(HSE)的法案、歐盟的法令均推薦采用HAZOP進行工藝危害分析。

  國外頒布的相關標準有,國際電工委員會2001年頒布的《危害與可操作分析——應用指南》、歐洲化學工程師協會(IChemE)2000年頒布的《危害與可操作性分析——最佳實踐指南》、歐洲工藝安全協會(EPSC)2003年頒布的《危害識別方法》、英國化學工業協會(CIA)1993年頒布的《危害與可操作性分析指南》、英國健康安全委員會(HSE)2000年頒布的《危害識別技術選擇》、美國化學工程師協會化工工藝安全中心(CCPS)2008年頒布的《危害評估程序指南》。

  在我國,原國家安監總局于2011年下發了《危化品和煙花爆竹安全監管重點工作安排》(安監總管三〔2011〕16號文),要求持續推動中央企業在化工裝置應用HAZOP,積極推進新建設化工項目設計階段應用HAZOP,將HAZOP應用范圍逐步擴大到涉及危險化工工藝以及涉及有毒有害、易燃易爆、液化氣體的化工裝置。

  于2012年下發了《關于開展提升危化品領域本質安全水平專項行動的通知》(安監總管三〔2012〕87號文),要求逐步推行化工生產裝置定期開展HAZOP工作(每3至5年1次);于2013年發布了推薦性行業標準《危險與可操作性分析應用導則(HAZOP)》(AQ/T3049)。國家日益重視并力推HAZOP。

  3.2HAZOP技術介紹

  HAZOP是提高工藝安全管理的重要的風險分析方法。通過HAZOP,可能發現工藝設計中的潛在危險,甚至從未導致事故發生、比較隱蔽的危險,可能排除工藝裝置設計和操作中可能發生的突然停車、設備故障以及火災、爆炸、有毒物泄漏等惡性事故,能研判、預測操作人員的錯誤及由此產生的后果,并提出有針對性的消減措施。HAZOP的使用對象是具有流程性特征的連續生產裝置。

  HAZOP應用的最佳階段是初步設計形成后,施工圖設計階段如有設計變更則需要開展HAZOP,裝置運行階段需要3至5年開展1次HAZOP,如有設計變更需要立即開展HAZOP。HAZOP作業流程包括:選擇研究節點—選擇工藝參數—選擇引導詞—尋找有價值的偏差—解析產生偏差的原因、后果及現有措施—評估風險—提出控制風險措施。

  HAZOP是由多個專業(如工藝、設備、自控、安全、現場操作人員等)、具有不同知識背景的人員組成的分析小組共同進行的,同時需要專業的工藝危害分析人員提供方法支持。整個分析過程以“頭腦風暴”的小組會議形式進行。

  HAZOP是以生產運行過程中工藝狀態參數及操作控制中可能出現的偏差為導向的分析過程,需要根據設計意圖、功能、設備等要素以及分析者的習慣,將被工藝流程劃分為若干節點,然后逐次考慮各節點上可能出現的各種偏差,針對每個偏差分析其原因、可能導致的后果、有無相應的安全措施、危害程度、是否需要提出新的對策措施等。

  4HAZOP應用實例

  4.1常壓液氨儲罐HAZOP分析

  氨常溫下為無色氣體,有強烈的刺激性氣味,極易燃,易于空氣形成爆炸性混合物,遇明火、高熱易燃燒爆炸。由于合成氨企業液氨儲存量大且易蒸發,如果發生泄漏就會形成蒸氣云迅速擴散,嚴重危害生產區域內從業人員及周邊居民生命安全。《危化品重大危險源辨識標準》(GB18218-2009)明確,1個單元內氨達到10t即構成重大危險源。

  云南某大型合成氨裝置涉及一氧化碳變換、酸性氣體脫除、氣體精制、壓縮及氨合成、冷凍、常壓氨庫、加壓氨罐及裝車等工序。本文選取其中的一個節點常壓液氨儲罐進行HAZOP分析。常壓液氨儲罐工藝流程說明。某大型合成氨廠5000m3常壓液氨儲罐貯存溫度-38℃,絕熱保冷。外界熱量的傳入,會使液氨儲罐內的液氨不斷蒸發。為保持罐內壓力穩定在0.007MPa左右,設置常壓氨罐冰機,液氨儲罐內蒸發的氣氨被抽出、壓縮、冷凝后進入中間氨貯罐,然后節流減壓回送入常壓液氨儲罐內閃蒸、降溫儲存。

  4.2結果分析

  運用HAZOP技術分析合成氨企業常壓低溫液氨儲罐安全設計及生產操作,針對常壓液氨儲罐的流量、液位、壓力、溫度等關鍵參數,通過參數+引導詞構建偏差,進行事故劇情描述并提出相應的對策措施。分析表明,現有措施基本滿足設計意圖,具有一定的本質安全水平,能夠起到一定程度的事故防范作用,但也應特別注意工藝安全管理制度執行力、關鍵報警及聯鎖的嚴格管理、確保安全閥等安全附件定期檢驗及有效性。

  從追求安全可靠性和本質安全水平來說,還可以增加兩項措施,一是為防止儲罐泄漏,儲罐本體采用相同規格的雙層罐壁,同時在夾層壁側及底板增加溫度監測點,二是投用前對儲罐所有接焊縫進行100%X射線探傷,對所有角焊縫進行100%表面探傷。本文對常壓液氨儲罐進行HAZOP分析只是舉例。對于企業而言,應該在項目設計階段、設計變更階段以及裝置運行后一定時間間隔,組織更多專業的人員進行更豐富的“頭腦風暴”,從更多的角度更深入地開展分析,而且選擇整個裝置全流程作為分析對象,形成豐富的、比較完備的分析結果。

  5結語

  1)HAZOP相較于其它工藝危害分析方法,顯著有點在于,強化了系統安全的觀點,而不是單個設備安全的觀點,系統性好、結構性好,有利于全面發現各種可能的潛在危險,有利于頂層設計。2)通過HAZOP,設計人員、管理人員、操作人員能更加全面深入地了解裝置的性能,有利于完善設計,優化生產操作規程,提高從業人員安全素養。

  3)HAZOP以其減少事故發生、降低事故損失、分析事故原因等積極重要作用,在國外廣泛應用,是公認的一種能提高化工工藝安全性、可靠性的風險分析評價方法。鑒于其本身所具有的優越性及國家大力推廣,云天化作為一家持續培育安全環保核心競爭力的產業集團,不僅僅新建項目、危險化工工藝裝置,可以在所有存量化工裝置上結合實際全面推廣。4)隨著計算機輔助HAZOP的研究、開發、應用,有望進一步深化研究內容、優化研究方法、取得更好研究效果,HAZOP將增添新的異彩。

  參考文獻:

  [1]栗鎮宇.工藝安全管理與事故預防[M].北京:中國石化出版社,2007.

  [2]中華人民共和國安全生產行業標準.AQ/T3049-2013危險與可操作性分析(HAZOP分析)應用導則[S].

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