江 健， 王黎明， 江楚天

(1中國石化西南油氣分公司川西采氣廠 2南京理工大學(xué)化工學(xué)院)

川科1井是中國石化在川西地區(qū)新場氣田深層海相雷口坡組氣藏的第一口含H2S氣井。2011年9月正式投產(chǎn)，目前日產(chǎn)量10.50×104m3/d，已穩(wěn)產(chǎn)6年，累計(jì)產(chǎn)氣1.95×108m3。該井的正常生產(chǎn)對(duì)氣井產(chǎn)能評(píng)價(jià)、實(shí)踐完善單井脫硫建設(shè)模式、加速川西人口密集地區(qū)的海相含硫氣藏開發(fā)具有極其重要的意義。

相對(duì)于常規(guī)陸相氣井采氣工藝，川科1井站采用現(xiàn)場采氣、凈化、外輸?shù)榷鄠€(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)連續(xù)運(yùn)行的方式進(jìn)行生產(chǎn)，動(dòng)設(shè)備較多，脫硫工程工藝流程復(fù)雜，控制節(jié)點(diǎn)多，安全風(fēng)險(xiǎn)高，并且還是絡(luò)合鐵脫硫工藝在含硫氣田開發(fā)中的首次應(yīng)用，存在工藝裝置運(yùn)行參數(shù)需摸索、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)需不斷總結(jié)等實(shí)際問題。因此，依據(jù)川科1井試采地面建設(shè)工程的相關(guān)設(shè)計(jì)文件和資料、在運(yùn)行階段編制完善的操作文件和現(xiàn)場運(yùn)行參數(shù)，進(jìn)行針對(duì)系統(tǒng)的全面安全風(fēng)險(xiǎn)控制措施有效性評(píng)價(jià)，開展川科1井站脫硫裝置HAZOP分析工作是非常有必要的，可以達(dá)到識(shí)別系統(tǒng)運(yùn)行缺陷，控制安全風(fēng)險(xiǎn)，減少在生產(chǎn)過程中可能存在的危害因素，合理分配安全資金投入，實(shí)現(xiàn)絡(luò)合鐵脫硫工程的安全運(yùn)行等目的，為以后川西海相含硫氣藏安全開發(fā)提供參考。

一、HAZOP分析的目的

1.目前常用的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法

JSA分析法是事先或定期對(duì)某項(xiàng)工作任務(wù)進(jìn)行潛在的危害識(shí)別和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，并根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果制定和實(shí)施相應(yīng)的控制措施，達(dá)到最大限度消除或控制風(fēng)險(xiǎn)目的的方法。其目的是規(guī)范作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、分析和控制，確保作業(yè)人員健康和安全。JSA分析法主要用于生產(chǎn)和施工作業(yè)場所現(xiàn)場作業(yè)活動(dòng)的安全分析，包括新的作業(yè)、非常規(guī)性(臨時(shí))的作業(yè)、承包商作業(yè)、改變現(xiàn)有的作業(yè)和評(píng)估現(xiàn)有的作業(yè)，應(yīng)用范圍較為局限。

SCL是為辨識(shí)或診斷某一系統(tǒng)的安全狀況而事先擬好的問題清單。為發(fā)現(xiàn)環(huán)境、工藝過程、設(shè)備、操作、管理和組織措施中的不安全因素，事先把檢查對(duì)象加以分解，找出不安全因素，根據(jù)法律、法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等，確定檢查項(xiàng)目和標(biāo)準(zhǔn)要求，并將檢查項(xiàng)目按系統(tǒng)構(gòu)成順序編制成表，以便進(jìn)行檢查。SCL法是一種最通用的定性安全評(píng)價(jià)方法，適用于設(shè)備、作業(yè)場所、操作規(guī)程、管理等各種層面的檢查，應(yīng)用十分廣泛。但SCL法只能對(duì)已經(jīng)存在的標(biāo)準(zhǔn)和對(duì)象進(jìn)行評(píng)價(jià)，系統(tǒng)上一些潛在的風(fēng)險(xiǎn)和隱患無法通過檢查表進(jìn)行識(shí)別，SCL法只能作定性評(píng)價(jià)不能進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。

2. HAZOP分析的目的

HAZOP(危險(xiǎn)與可操作性分析)分析方法是英國帝國化學(xué)工業(yè)公司(ICI)于1960年代發(fā)展起來的一套以引導(dǎo)詞為主體的危害分析方法，用來檢查設(shè)計(jì)的安全及危害的因果來源，也是目前主要用于裝置運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的方法之一。HAZOP分析是由各專業(yè)人員組成的分析小組，通過對(duì)系統(tǒng)工藝過程和操作詳細(xì)的進(jìn)行檢查，以確定過程的偏差是否導(dǎo)致不希望的后果發(fā)生，HAZOP分析將列出引起偏差的原因、產(chǎn)生的后果、以及針對(duì)這些偏差及后果已使用的安全保護(hù)措施，當(dāng)分析組確信對(duì)這些偏差的保護(hù)措施不當(dāng)時(shí)，將提出相應(yīng)的改進(jìn)措施。HAZOP分析確立了系統(tǒng)安全的觀點(diǎn)，系統(tǒng)性、完善性好，有利于發(fā)現(xiàn)各種可能的潛在危險(xiǎn)[1]。由于融入了風(fēng)險(xiǎn)矩陣和LOPA(保護(hù)層分析)，HAZOP分析可以進(jìn)行定性分析和定量的評(píng)價(jià)[2-4]。

應(yīng)用HAZOP分析旨在識(shí)別出川科1井脫硫試采工程中可能存在的設(shè)計(jì)缺陷、設(shè)備故障、作業(yè)過程中的人員失誤等可能帶來的各種后果，結(jié)合LOPA分析，在系統(tǒng)層面識(shí)別和分析一些潛在的風(fēng)險(xiǎn)和隱患，并提出控制或降低風(fēng)險(xiǎn)以及改善工藝系統(tǒng)可操作性的措施，防止事故的發(fā)生或減小事故可能的后果。

二、HAZOP分析開展過程

1. 川科1井站工藝流程

川科1井含H2S天然氣經(jīng)過加熱節(jié)流降壓后進(jìn)入酸氣分離器進(jìn)除去固相和液相雜質(zhì)，然后進(jìn)入吸收塔與絡(luò)合鐵貧液反應(yīng)脫除H2S，凈化后的天然氣進(jìn)入凈化氣分離器進(jìn)行氣液分離后外輸。吸收塔底的絡(luò)合鐵富液進(jìn)入富液閃蒸罐降壓閃蒸分離出溶解的部分天然氣，閃蒸后的富液進(jìn)入富液再生槽頂部的噴射器，與自吸進(jìn)入的空氣兩相混合發(fā)生氧化反應(yīng)，并在富液再生槽內(nèi)進(jìn)一步氧化再生形成貧液，貧液進(jìn)入分離槽，通過貧液泵再次進(jìn)入吸收塔，完成液相的循環(huán)。富液再生槽內(nèi)形成的硫泡沫進(jìn)入硫泡沫槽，然后經(jīng)硫泡沫泵增壓進(jìn)入真空轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)脫去水分，生成硫膏外運(yùn)。

2. HAZOP分析應(yīng)用過程

HAZOP分析需要將工藝圖或操作程序劃分為分析節(jié)點(diǎn)或操作步驟，然后用引導(dǎo)詞找出過程中存在的危險(xiǎn)，識(shí)別出那些具有潛在危險(xiǎn)的偏差，并對(duì)偏差原因、后果及控制措施等進(jìn)行分析[1]。

川科1井站HAZOP分析成立了分析小組，人員主要包括HAZOP分析師、采氣廠及海相試采大隊(duì)管理層、川科1井運(yùn)行及技術(shù)管理人員和現(xiàn)場操作人員。

在進(jìn)行川科1井站脫硫裝置HAZOP分析之前，分析小組根據(jù)HAZOP分析方法的要求，將主要工藝流程的的PID圖紙劃分為16個(gè)工藝節(jié)點(diǎn)，包括：采氣井口，井口加熱爐，酸氣分離器，預(yù)吸收塔，一級(jí)吸收塔，二、三級(jí)吸收塔，凈化氣分離器，富液閃蒸罐，富液再生槽，分離槽，硫磺回收，地下槽，火炬分液罐，火炬(點(diǎn)火裝置)，緩蝕劑加注撬，污水罐。

根據(jù)川科1井站的工藝流程、控制參數(shù)、風(fēng)險(xiǎn)和危害，HAZOP分析共考慮20類工藝參數(shù)，其與不同的引導(dǎo)詞構(gòu)成了本次HAZOP分析所使用的偏差，各類工藝參數(shù)見表1。

表1 HAZOP分析所應(yīng)用的偏差表

3. 關(guān)鍵點(diǎn)安全保護(hù)層分析

根據(jù)川科1井站生產(chǎn)裝置存在高低壓系統(tǒng)共存特點(diǎn)，其工藝過程最大風(fēng)險(xiǎn)是高壓酸氣竄入低壓系統(tǒng)。為評(píng)估安全設(shè)計(jì)是否符合要求，本文采用LOPA(保護(hù)層分析)技術(shù)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)論證分析。

LOPA是在定性危害分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步評(píng)估保護(hù)層的有效性，并進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)決策的系統(tǒng)方法，其主要目的是確定是否有足夠的保護(hù)層使風(fēng)險(xiǎn)滿足企業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)。

按照LOPA過程，特定后果場景頻率計(jì)算的常用程序，即：使用初始事件頻率乘以IPL(獨(dú)立保護(hù)層)的PFDs乘積。

(1)

本次評(píng)估的初始事件為：酸氣分離器LV系統(tǒng)失效。后果場景為：高壓酸氣竄入污水罐，導(dǎo)致污水罐超壓爆炸。

根據(jù)設(shè)計(jì)，獨(dú)立的保護(hù)層包括：污水罐設(shè)有安全閥，污水罐放空閥常關(guān)。

根據(jù)國家相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)和有關(guān)文獻(xiàn)提供的失效數(shù)據(jù)，其風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分析見表2。

表2 川科1井LOPA分析表

注：場景為酸氣分離器液控失效，高壓酸氣竄入污水罐，導(dǎo)致污水罐超壓爆炸。

根據(jù)表2分析，川科1井站生產(chǎn)裝置酸氣分離器液控失效導(dǎo)致污水罐超壓爆炸的頻率為1×10-3，表明該處安全設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)較高，需采取相應(yīng)行動(dòng)降低風(fēng)險(xiǎn)，為此在HAZOP分析中提出了相應(yīng)對(duì)策措施，采取措施后，酸氣分離器液控失效導(dǎo)致污水罐超壓爆炸的頻率將降低到1×10-6，風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別將由D5降低到D1，安全風(fēng)險(xiǎn)顯著降低。

三、HAZOP分析成果

通過對(duì)一系列偏差系統(tǒng)地對(duì)川科1井站生產(chǎn)裝置每一個(gè)工藝節(jié)點(diǎn)進(jìn)行審核，分析導(dǎo)致偏差產(chǎn)生的原因和由此可能產(chǎn)生的后果，并通過在對(duì)現(xiàn)場已采用的安全措施進(jìn)行識(shí)別和判斷的基礎(chǔ)上，共提出了57條安全對(duì)策措施和建議，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別和實(shí)際條件，采納了17條建議(見表3)，并擇機(jī)進(jìn)行整改。

表3 HAZOP分析建議措施分類說明表

四、結(jié)論

(1)通過HAZOP分析及針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)制定的整改措施的實(shí)施，川科1井站的的風(fēng)險(xiǎn)管控能力得到了較大提升，事故發(fā)生幾率有了明顯下降。

HAZOP分析小組通過對(duì)20類偏差的分析，對(duì)川科1井站生產(chǎn)裝置16個(gè)工藝節(jié)點(diǎn)進(jìn)行審核，分析導(dǎo)致偏差產(chǎn)生的原因和由此可能產(chǎn)生的后果，系統(tǒng)、全面地評(píng)估了工藝、設(shè)施、管理等方面的風(fēng)險(xiǎn)和缺陷。

識(shí)別出了目前工藝過程的最大風(fēng)險(xiǎn)—酸氣分離器液控失效導(dǎo)致污水罐超壓爆炸，事故發(fā)生頻率為1×10-3，風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別為D5。

(2)通過在對(duì)現(xiàn)場已采用的安全措施進(jìn)行識(shí)別和判斷的基礎(chǔ)上，共提出了57條安全對(duì)策措施和建議，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)和實(shí)際條件，采納了17項(xiàng)針對(duì)性的建議措施。以系統(tǒng)最大風(fēng)險(xiǎn)為例，采取措施后，事故發(fā)生頻率降低到1×10-6，風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別將降低到D1。

(3)川西地區(qū)人口稠密、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，安全生產(chǎn)是含硫氣田的開發(fā)的首要任務(wù)和重要工作。HAZOP分析作為一種重要的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別手段，不但滿足了國家法律法規(guī)要求和中國石化關(guān)于在役裝置風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和防控要求，還顯著提高了脫硫裝置的安全性。HAZOP分析在川科1井脫硫試采工程中的成功應(yīng)用，展示了氣田開發(fā)不同階段和脫硫裝置運(yùn)行不同時(shí)期風(fēng)險(xiǎn)防控的重點(diǎn)和關(guān)注的對(duì)象，有計(jì)劃的開展在役裝置HAZOP分析并制定有針對(duì)性的措施對(duì)氣田安全生產(chǎn)具有非常重要的指導(dǎo)意義。

[1]中國石油天然氣集團(tuán)公司安全環(huán)保與節(jié)能部.煉化裝置在役階段工藝危害分析指南[M].北京：石油工業(yè)出版社，2011.

[2]周榮義，李石林，劉何清.HAZOP分析中LOPA的應(yīng)用研究[J].中國安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2010，20(7)：76-81.

[3]中國石油化工股份有限公司青島安全工程研究院.HAZOP分析指南[M].北京：中國石化出版社，2008.

[4]吳重光.危險(xiǎn)與可操作線分析(HAZOP)基礎(chǔ)及應(yīng)用[M].北京：中國石化出版社，2012.