危险与可操作性分析是 60 年代由英国帝国化学公司基于系统工程的成果开发的，是在设计特别是流程工业的工程设计中的一种结构化和系统化的审查方法，目的在于识别、分级和定性可能造成人员伤害或财产损失的风险 。HAZOP 是一种基于引导词的定性评价技术，通过 1 个多专业小组组织一系列会议完成。随着 HAZOP 分析 1970 年公布，在这之后持续改善、发展，在欧美各国已广泛应用于各类工艺流程和项目的定性风险评估工作中。在很多国家，也通过立法手段强制其在工程建设项目中推广应用，如英国标 准 ：BS IEC 61882:2001Hazard and operability studies- Application guide。

HAZOP 分析在石油化工工程项目设计过程中的目的是识别、评估工程设计主要是工艺设计中存在的危害及操作相关问题。分析团队首先要解析工艺流程，包含所有相关设计条件和设计意图，系统地检查流程以找出对设计条件可能发生的所有偏离，然后确定哪些偏离可能导致危险或引起操作问题，为项目及今后生产运行的 HSE 风险管理提供依据 。随着石油化工装置大型化，装置处理规模越来越大，工艺流程越来越复杂，同时伴随着经济发展，我国对 HSE（健康、安全和环保）的要求也越来越严格，工程公司、设计院也将面临着巨大的压力，这促使建设单位和设计单位都越来越重视 HSE 问题，为了避免在装置生命周期内各类重大事故的发生。国内各个石油化工设计院陆续开展了 HAZOP工作。

通过对某甲醇制烯烃装置（简称 MTO）进行 HAZOP 分析，在实例中深入探讨 HAZOP 分析的目的、意义、工作程序及注意事项。

1.1 技术概况

由甲醇出发制乙烯、丙烯等低碳烯烃的路线是采用低成本资源制取烯烃的流程之一，目前的流程开发和工业应用已成熟。MTO 技术在近年工业化，使得煤炭或天然气经气化生产基础有机化工原料成为可能，这对于改变传统煤化工的产品格局有着决定性作用，也是实现煤化工或天然气化工走向与石油化工联合发展的有效途径。

中国石化从 2007 年 11 月 4 日~2008 年 6 月30 日、2010 年 10 月~12 月期间进行了 3 个阶段的工业化试验，从试验中得到了完整的工业数据，积累了开工和操作经验，为大型工业化装置工程设计、建设和生产运行提供了理论基础和技术保障。

1.2 流程简述

经典的 MTO 装置一般包括反应 - 再生单元和烯烃回收等 2 大部分。自气态甲醇与催化剂在反应器充分混合并发生反应。反应器出口物料经反应气第三级旋风分离器并在降温后进入急冷塔。反应气进入急冷塔后与大量的饱和水接触， 以进一步脱除催化剂细粉后进入分离塔。

由分离塔顶来的反应气在 1 个四段离心式压缩机中被压缩，在压缩机三段和四段之间反应气经过水洗及碱洗处理脱除其中的酸性气体及有机氧化物。反应气压缩机四段排出的物流与冷却水换热，再被冷剂进一步冷却，然后进入干燥器进料罐。共设有 2 个干燥器，其中 1 个运转时，另1 个进行再生、备用。

来自反应气干燥器的反应气和烃凝液进入下游脱乙烷塔。脱乙烷塔顶气相部分被冷剂降温冷凝下来，液相作为塔顶回流，气相进入下游脱甲烷塔，而塔釜液相送入脱丙烷塔。

丙烯冷剂将脱甲烷塔顶气相部分冷凝，液相作为脱甲烷塔回流，气相进入乙烯回收塔底部进一步回收乙烯，然后作为燃料气送出界区，塔釜物流被加热后送入C2 加氢反应器，进行C2 加氢， 以脱除物料中的乙炔。反应器出来的产物先被冷却后再被送入分子筛保护床干燥器，从干燥器出来的物流进入乙烯塔。乙烯精馏塔顶气相被丙烯冷剂冷凝并回流到塔内，乙烯塔侧线采出乙烯产品送至界区外乙烯产品罐，乙烷从乙烯塔底抽出送出界区。

脱乙烷塔塔釜物料进入脱丙烷塔，冷凝下来的液体部分作为回流，部分送入下游丙烯精馏塔。塔底物料一部分作为脱戊烷塔进料，另一部分作为乙烯回收塔吸收剂，送入乙烯回收塔顶部。丙烯精馏塔运用类似于乙烯裂解装置的双塔系统，将进料分离成聚合级丙烯产品和丙烷塔底物流。该塔操作压力使得第二丙烯精馏塔的塔顶气相由冷却水全部冷凝。急冷水向丙烯精馏塔提供再沸器热量。聚合级丙烯产品经由回流泵送至球罐，为下一步聚合做好准备。

2 HAZOP 分析

2.1 HAZOP 分析方法

危险与可操作性分析技术是石油化工领域开发的危害识别技术，它充分利用安全系统工程核心理论，也是目前工艺危害识别（PHA）中应用最广泛的技术。多专业工程师组成 HAZOP 分析团队，以会议的形式，对石油化工装置工艺流程的危险和操作性问题进行分析。HAZOP 分析的直接对象是 P&ID 图上的具有独立功能的单元， 这些单元称为“分析节点”，或工艺单元，或操作步骤。对于每一分析节点，HAZOP 分析组以正常操作运行的工艺 ( 状态 ) 参数为标准值，兼顾开停车工况，分析运行过程中工艺状态参数的偏离，同时分析出现偏离故障的原因、后果及应采取的措施。HAZOP 实施过程可以分为以下 3 个主要阶段 。

2.1.1 HAZOP 分析准备阶段

HAZOP 分析的初始工作包括以下内容：

1） 确定分析目的、对象和范围

确定分析目的、对象和范围，尽可能清晰明确。分析范围通常由装置和项目的负责人确定，并得到 HAZOP 分析小组领导的帮助认可。应当按照正确的分析方式和既定目标开展分析工作，而且要确定典型事故场景，即事故演进的过程。

2） 确定 HAZOP 主席

HAZOP 主席应做如下事情：挑选分析组员， 制定工作计划，保证 HAZOP 分析有序、高效的进行，报告的审查，整改措施的确认等。

3） 获取必要的资料

最重要的资料就是工艺管道和仪表流程图(P&ID)，有时还需要总平面布置图、平面布置图、工艺流程图（PFD）、物料平衡、操作手册、仪表控制图、联锁逻辑图，有关图纸和参数应当在会议之前发到每个参与人员的手中。

4） 挑选 HAZOP 小组组员

HAZOP 分析小组的背景、技术与经验对确保分析结果的可信度和深度很重要，这就要求分析组的组织者应当负责组成有一定人数且有经验的分析组。HAZOP 分析小组应包括以下几方面

的人员：工艺工程师、仪表工程师、HSE 工程师、操作工艺工程师、操作仪表／控制工程师、记录工程师。

1） 确定分析程序

根据分析的不同目的，HAZOP 分析的内容可能会有所差别，HAZOP 主席在初始工作阶段可以初步确定分析节点并提出初步的偏离清单， 准备 1 份分析表格。

2） 安排会议

一旦初始工作完成，组长就负责组织会议， 合理制定分析计划。估算分析所需的时问，然后主席或建设单位可以开始安排会议的时间，保证高效率的会议。

2.1.2 召开会议进行 HAZOP 分析

初始工作完成之后，就需要召开 HAZOP 会议，分析流程和要点，见图 1。划分节点是为了逻辑地、有效地进行识别分析，要将 P&ID 按照逐个设备、管线或操作划分为不同的分析节点。对于每个节点按照图 1 所示，逐项分析并记录。HAZOP 会议上，会议记录人员将分析讨论过程中所有重要的内容精确地记录在事先设计好的工作表内。

2.1.3 分析偏离库的建立

本次分析采用经典的 HAZOP 分析方法，即引导词分析法。引导词法是通过使用一系列引导词来发现偏离的分析方法。将引导词和工艺参数相结合，形成偏离，对偏离开展分析。根据MTO 装置 HAZOP 分析的要求，形成适合装置的偏离列表，见表 1。

建立偏离库是为了避免遗漏而在分析开始之前人为构造的，在分析过程中如遇到特殊的工艺参数（偏离库中没有）也应随时构造，如果某个偏离在节点中没有意义也无需展开分析。

3.1 数据统计

将装置按照功能划分为不同分析节点，以满足 HAZOP 分析的要求，也可在同一段“硬节点” 内根据不同操作步骤划分“软”节点。本甲醇制烯烃系统装置的 HAZOP 分析依据分析对象的实际情况及功能，将 170 张 P&ID 划分为 63 个分析节点，产生了 68 项建议措施，节点数与建议措施的比例接近 1:1，平均 1 个节点占 3 张 P&ID。建议措施中有 35 项需进一步进行 LOPA 分析 [3]， 整个分析耗时 20 个工作日。

3.2 数据整体分析

上述 68 项建议措施中有 3 项由建设单位完成，65 项由设计单位在后续设计阶段落实。65 项中 62 项完全接受，有 3 项未采纳 HAZOP 分析建议措施，设计单位根据现有类似装置提出了不同的做法。

从图 2 中可以看出：95.6% 的项目均已得到落实，仅有不到 5% 的项目根据实际经验和设计另行调整。同时，也可以看出设计单位负责的建议措施比例相当高，达到了 95.6%。这从另一个侧面说明要想做到安全，必须先从设计入手，才能尽可能做到本质安全。

3.3 偏离数据分析

分析了 357 个偏离场景，平均每个节点 5.7个偏离，包括 8 个高风险和 60 个中风险场景。其余为低风险场景。

需进一步采取建议措施的偏离场景中，经风险分析有 8 个为高风险，60 个中风险，其中有27 个为中风险中较高的，33 个为中风险区中风险较低的，为了节省 LOPA 分析的工作量，避免无谓的分析工时，在 LOPA 分析前各参加方结合相关装置实际操作的经验，对其中 8 个高风险的场景和 27 个较高的中风险场景进行保护层分析（LOPA 分析）。

经 LOPA 分析进一步采取措施后，35 项原始风险为高/ 中风险的项目中有14 个降低为低风险， 其余的均保留在中风险区。

在原始风险为高风险的场景中，有 6 项跟液相丙烷 / 丙烯有关，4 项（2 项为重复计算）跟压缩机相关。

3.4 部分结果分析

共分析了 357 个偏离场景，平均每个节点

5.7 个偏离，包括 8 个高风险和 60 个中风险场景。其余为低风险场景。由于篇幅有限，仅摘抄 2 组部分高风险偏离场景。

3.4.1 第 24 节点

脱丙烷塔釜泵故障，导致换热器碳四洗液量

少，造成乙烯回收塔甲烷尾气温度过低。一段时间后低温甲烷造成管线普通碳钢部分低温破裂。

3.4.2 第 29 节点

丙烯机一段吸入罐调节阀液位调节阀故障导致丙烯机二段吸入罐液位过高，如长时间不处理会造成液滴进入压缩机，压缩机叶轮损坏。

从上述 2 段场景描述中可以看出：虽然HAZOP 分析识别出了发生危险的准确地点，也较为详细的描述了事故发展的过程，但对于初始事件发生多久后导致后续事件的发生、液位多高会导致带液、带液到什么程度才可能损坏压缩机等问题没有给出具体答案。

4.1 HAZOP 分析的优点及意义

由上述的数据分析可以看出：一套完整详细的 HAZOP 分析对提高装置的工艺管理水平有着显著的帮助，主要表现在如下方面：

1） 在工程设计阶段早期特别是基础设计阶段审查设计方案，及时修正设计中的缺陷或不足。

2） 能够对在役装置系统运行状况进行检查，查找隐患问题，为以后的检修维护、技改提出建议。

3） 能够为完善操作指标和操作手册提供参考依据。

4） 制定应急处置预案时可参考作为假象事故。

5） 作为新员工培训的一个重要环节，使其能够更透彻地了解装置流程。

4.2 HAZOP 分析的缺点

在历时 1 个多月的分析中，发现 HAZOP 分析存在几个方面的缺点：

1） 所有的偏离均由定性的方式表达，之后的风险分析也仅仅是一个半定量化的补充，无法回答如：漏多少，漏多长时间，温度高到什么程度等问题；

2） 人脑在处理大型工艺系统时无法得出完备的危险识别结果，专家在场也会有遗漏，且评

审报告的质量受审查成员的专业素养、工作经验及与会态度等影响，这些因素可能导致审查结果失去参考价值；

1） 会议讨论方式会出现概念混乱，经常需要主席协调；

2） 事故后果是通过构造偏离假设的，需要数据补充完善。

综上所述，由上述的数据分析可以看出：一套完整详细的 HAZOP 分析对提高装置的工艺管理水平有着显著的帮助，用 HAZOP 分析对偏离的模拟，得出在一定范围内现有的安全措施可以对应到保护层的某一层，优先顺序是从里到外。对偏离采取的措施要对事故的发生起到一定阻止、减缓作用。但对于装置内原始风险水平较高的部分以及由此引发的灾难性后果，需要利用量化风险分析的手段进一步分析。而量化风险（QRA）分析最大的优点就是人的大脑具有定性分析的逻辑能力，这是机器或人工智能无法企及的，对产生危害的可能性进行定量的描述（这是机器分析的长处），其分析的目标更加具体明确，可信度也大大增加。定量分析的优点是对比性强、可计算、客观性，使得可以使用精准的方法加以控制。而量化风险分析也可以把 HAZOP 作为量化风险分析的识别过程缩小。

作者：李少鹏 1，郭森荣 2，张 力1（1. 中国石化工程建设有限公司 ；2. 中国石油化工集团）

文章内容来源化工江湖、中国化学品安全协会等公开信息，责任编辑：胡静，审核人：李峥

版权声明∶转载流程工业网内容，请在正文上方注明来源和作者，且不得对内容作实质性改动；微信公众号、头条号等新媒体平台，转载请联系授权。邮箱∶process.jgvogel.cn，电话：16601379371（同微信）