李艷山，胡海燕

(中國石化青島安全工程研究院，山東青島 266071)

0 HAZOP概述

HAZOP是危險和可操作性分析(Hazard and Operability)的縮寫，起源于化工工藝過程的危害辨識，以“引導(dǎo)詞”+“要素”構(gòu)成“偏差”作為分析基礎(chǔ)，圍繞設(shè)計(jì)意圖，分析和檢查偏離設(shè)計(jì)意圖的原因、后果以及現(xiàn)有的保護(hù)措施，并依據(jù)風(fēng)險矩陣評定風(fēng)險等級，對不可容忍的風(fēng)險，采取技術(shù)和管理手段有計(jì)劃地將風(fēng)險降低至可容忍范圍內(nèi)。

HAZOP分析經(jīng)過不斷改善和發(fā)展已廣泛應(yīng)用于各種工藝過程和項(xiàng)目的風(fēng)險評估工作中[1-5]。近幾年將HAZOP分析方法應(yīng)用于企業(yè)供電系統(tǒng)的風(fēng)險評估中，以其系統(tǒng)化的評估思維結(jié)合風(fēng)險矩陣進(jìn)行量化，應(yīng)用越來越廣泛[6-7]。

1 HAZOP分析對煉化企業(yè)供電系統(tǒng)的意義

1.1 增加系統(tǒng)供電的安全性

煉化企業(yè)的供電系統(tǒng)在整個電網(wǎng)中是一個負(fù)荷節(jié)點(diǎn)，但是在縱深為1 000 m左右的土地上有著與電網(wǎng)發(fā)、輸、變、配、用等環(huán)節(jié)相同配置的供電系統(tǒng)，而且90%以上負(fù)荷為一級負(fù)荷。但是在現(xiàn)行的系統(tǒng)設(shè)計(jì)依據(jù)中，相匹配的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、圖集卻極少，在行業(yè)范例中，電網(wǎng)設(shè)計(jì)將供配電與發(fā)輸電分開，而煉化企業(yè)的電網(wǎng)卻同時包含這兩方面的內(nèi)容，而且裝置差異化、積木式發(fā)展的供電需求與電網(wǎng)存在明顯區(qū)別。電氣在煉油化工產(chǎn)業(yè)鏈中是非主干專業(yè)，業(yè)務(wù)相關(guān)方對專業(yè)的研究和應(yīng)用水平參差不齊，必然會導(dǎo)致煉化企業(yè)供電系統(tǒng)在運(yùn)行中會出現(xiàn)各種各樣的問題。利用HAZOP評估方法，以團(tuán)隊(duì)的電氣專業(yè)知識和經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，系統(tǒng)性地分析整個裝置供電系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)、配置及可操作性方面存在的隱患，可以為系統(tǒng)在可研規(guī)劃、設(shè)計(jì)、運(yùn)行等方面提供依據(jù)，提高裝置供電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行水平。

1.2 提升企業(yè)電氣管理的水平

大型煉化企業(yè)的供電系統(tǒng)在不斷發(fā)展，但核心電氣專業(yè)人員在數(shù)量、工作年限以及專業(yè)技能方面均與企業(yè)的大型化、專業(yè)化、智能化發(fā)展存在較大差距。從近幾年的煉化企業(yè)電氣事故中可以看出，煉化企業(yè)在電氣專業(yè)化管理上依然相對落后，在安全管控、智能化技術(shù)應(yīng)用、人員技術(shù)素養(yǎng)等方面存在薄弱環(huán)節(jié)，導(dǎo)致事故頻發(fā)，影響全廠裝置的安全生產(chǎn)，有的甚至波及企業(yè)外部電網(wǎng)，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)和社會聲譽(yù)損失。企業(yè)的供電系統(tǒng)是一個整體，涉及范圍廣，設(shè)備種類多，需要參與管理的相關(guān)方有整體意識，在技術(shù)和組織管理上形成有效的安全控制手段。HAZOP的分析過程中以系統(tǒng)一次圖為依據(jù)，輔助以電力系統(tǒng)的仿真計(jì)算，從保護(hù)措施、主設(shè)備原理以及可操作性等方面進(jìn)行系統(tǒng)性風(fēng)險分析，使參與分析的專業(yè)人員深入了解、掌握整個系統(tǒng)，同時，也可以作為一個專業(yè)化管理工具，提升電氣安全管理水平。

2 HAZOP分析方法

2.1 HAZOP分析流程

裝置供電系統(tǒng)進(jìn)行HAZOP分析主要依據(jù)電力系統(tǒng)一次圖，以節(jié)點(diǎn)為分析對象，通過偏差庫，分析過程中可涵蓋電力系統(tǒng)的絕緣配合、防雷及過電壓保護(hù)、繼電保護(hù)、接地網(wǎng)分析等常規(guī)內(nèi)容，在裝置用電側(cè)則包含節(jié)能、自啟動、抗晃電等裝置平穩(wěn)運(yùn)行關(guān)注的內(nèi)容。分析流程如圖1所示。

2.2 裝置供電系統(tǒng)HAZOP分析關(guān)鍵點(diǎn)

2.2.1節(jié)點(diǎn)的選取

圖1 裝置供電系統(tǒng)HAZOP分析流程

適當(dāng)?shù)墓?jié)點(diǎn)劃分可以簡化分析過程，避免重復(fù)勞動，同時也可使分析過程清晰，保護(hù)措施明了，易于提出和實(shí)施降低風(fēng)險的改進(jìn)措施。裝置供電系統(tǒng)HAZOP分析中，以一次系統(tǒng)圖紙為基礎(chǔ)，輔助以關(guān)鍵設(shè)備的二次圖紙、繼電保護(hù)配置、中央控制信號布置等資料。節(jié)點(diǎn)的劃分以一次系統(tǒng)為主，范圍一般以斷路器開始，以另一側(cè)斷路器為結(jié)束。雙回路供電的變電所，可以將2條回路4個斷路器之間有電氣聯(lián)系的部分作為一個節(jié)點(diǎn)來進(jìn)行分析。結(jié)構(gòu)簡單的變電所的分析節(jié)點(diǎn)以電源進(jìn)線為起點(diǎn)，以饋出斷路器為終點(diǎn)。

2.2.2節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)意圖

選取的節(jié)點(diǎn)要詳細(xì)分析其設(shè)計(jì)意圖，這樣才便于選擇合適的偏差庫。供電系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)電壓等級、接線型式、中性點(diǎn)接地方式等要素的選擇都有清晰的設(shè)計(jì)意圖和指導(dǎo)規(guī)范，辨析清楚節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)意圖，有利于選擇偏差和降低風(fēng)險的措施。比如煉化企業(yè)常用的同塔雙回線，可以從傳輸功率(載流量)，兩回線是否考慮絕緣配合，檢修等方面去分析節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)意圖。

2.2.3節(jié)點(diǎn)中關(guān)鍵設(shè)備的分析

選取的節(jié)點(diǎn)可能包含多種設(shè)備，比如變壓器、架空線、GIS等關(guān)鍵設(shè)備，根據(jù)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)意圖選擇的偏差庫對單一設(shè)備的關(guān)注度可能會降低，可在分析過程中，根據(jù)分析目的對關(guān)鍵設(shè)備輔助以故障模式與影響分析(FMEA)的方法進(jìn)行具體分析，以兼顧關(guān)鍵設(shè)備故障引起系統(tǒng)性事故的風(fēng)險。

2.2.4原因的分析

導(dǎo)致偏差產(chǎn)生的原因有很多，通常HAZOP分析只記錄到初始原因，如果均細(xì)化到根原因?qū)?dǎo)致太多的潛在危險劇情，花費(fèi)過多的時間和精力[8]。比如，在分析電力系統(tǒng)時，大部分事故劇情是由于電力設(shè)備絕緣故障引起的，而絕緣故障究其根原因，很可能是由于生產(chǎn)制造缺陷、施工不規(guī)范等造成的，降低這類風(fēng)險的措施一般在管理流程上進(jìn)行規(guī)范，涉及的環(huán)節(jié)、流程過于復(fù)雜，針對運(yùn)行中的煉化企業(yè)進(jìn)行分析時不宜在這些根原因上花費(fèi)太多時間，應(yīng)將重點(diǎn)放至降低風(fēng)險的保護(hù)措施上，比如快速保護(hù)、狀態(tài)性評價等。

2.2.5后果的分析

常規(guī)HAZOP分析由偏離造成的后果時，應(yīng)假設(shè)現(xiàn)有的任何安全防護(hù)措施都失效所導(dǎo)致的最不利后果。但是在電氣HAZOP分析時，短路故障如果不考慮保護(hù)措施，導(dǎo)致的最不利的后果將是全廠性停電，甚至是整個電網(wǎng)區(qū)域的停電，這種后果的識別過于籠統(tǒng)，不利于風(fēng)險的辨識和管理，也不利于安全措施的詳細(xì)分析。因此，煉化企業(yè)供電系統(tǒng)在分析過程中，主要從供電影響、人員傷害、財(cái)產(chǎn)損失、社會影響等方面分析節(jié)點(diǎn)內(nèi)外由偏差導(dǎo)致的后果，充分發(fā)揮團(tuán)隊(duì)的知識和經(jīng)驗(yàn)。

2.2.6安全措施的分析

電力系統(tǒng)從設(shè)計(jì)角度是嚴(yán)格按照“三道防線”來建設(shè)的。針對煉化企業(yè)電力系統(tǒng)HAZOP分析中，現(xiàn)有安全措施是指用以避免或減輕偏離所引起后果的可能性和嚴(yán)重度?？蓮囊韵玛P(guān)鍵點(diǎn)順序進(jìn)行識別分析。

a) 可靠性設(shè)計(jì)：主要指所選設(shè)備的主要額定參數(shù)、動穩(wěn)定及熱穩(wěn)定、絕緣配合等是否滿足要求，并結(jié)合設(shè)備參數(shù)以及仿真計(jì)算結(jié)果進(jìn)行校核。

b) 報(bào)警及人為干預(yù)調(diào)整：主要指接入中央控制室的報(bào)警信號，包括但不限于“三遙”信號，自動提醒人為進(jìn)行調(diào)整。比如系統(tǒng)公共連接點(diǎn)的電壓接近限值，通過有載調(diào)壓變壓器的檔位調(diào)整，電容器的投退等手段，穩(wěn)定電壓。

c) 繼電保護(hù)系統(tǒng)：指配置的差動、過流等繼電保護(hù)，可依據(jù)主、后備保護(hù)進(jìn)行區(qū)分，將后備保護(hù)進(jìn)一步細(xì)分為近后備和遠(yuǎn)后備，針對故障場景定性分析保護(hù)措施降低風(fēng)險的后果。

d) 安全自動裝置：主要指備用電源自投裝置、電動機(jī)自啟動裝置等。具有自備機(jī)組的企業(yè)還應(yīng)考慮穩(wěn)控系統(tǒng)。

e) 操作規(guī)程及應(yīng)急預(yù)案：針對設(shè)備隱患或故障及系統(tǒng)性連環(huán)事故，有針對性的可操作條款，必要時可針對條款或預(yù)案逐條開展HAZOP分析。

3 HAZOP分析案例

以某煉化企業(yè)電力系統(tǒng)作為分析對象，選取其中一個節(jié)點(diǎn)為例來說明HAZOP評估在煉化中的應(yīng)用，見圖2。

a) 節(jié)點(diǎn)的選取。該110 kV主變有2條同塔雙回架空線從上級變電所引入該企業(yè)，通過2臺110/35 kV變壓器給35 kV變電所提供電源，系統(tǒng)負(fù)荷在100 MW左右。示例節(jié)點(diǎn)以2條架空進(jìn)線斷路器為起點(diǎn)，以3臺變壓器進(jìn)線斷路器為終點(diǎn)，如圖2圈內(nèi)所示。該節(jié)點(diǎn)包含的主要設(shè)備有斷路器、隔離開關(guān)、PT、CT、母線等主要一次設(shè)備。

b) 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)意圖。該節(jié)點(diǎn)是企業(yè)的關(guān)口變電站，主要承擔(dān)將110 kV電源引入企業(yè)電網(wǎng)并分配給2臺110 kV變壓器，節(jié)點(diǎn)內(nèi)單一元件故障不影響供電連續(xù)性。單一母線能承擔(dān)全部負(fù)荷。正常運(yùn)行方式，2條母線并列運(yùn)行。

c) 偏差庫的選擇。偏差庫選擇可從偏離設(shè)計(jì)意圖出發(fā)，以電壓參數(shù)為例，可分為異常庫和故障庫。異常庫包括電壓偏高、電壓偏低、諧波含量高等，故障庫包括過電壓(可細(xì)分內(nèi)部過電壓和雷電過電壓等)，低電壓(指外部系統(tǒng)故障引起的)。選擇偏差庫中，將短路引起的各種參數(shù)的偏離統(tǒng)一定義為短路，也可細(xì)化為單相、相間、三相等短路故障。

d) 分析過程。在分析過程中要逐一遍歷所選擇的偏差庫，分析引起偏差的原因、后果以及現(xiàn)有的安全措施，并結(jié)合風(fēng)險矩陣量化風(fēng)險等級。分析過程以表格形式記錄，以部分偏差為例，分析記錄如圖3。

圖2 節(jié)點(diǎn)示意

圖3 分析記錄表格

e) 結(jié)果的應(yīng)用。該示例節(jié)點(diǎn)共分析出較大風(fēng)險3項(xiàng)，一般風(fēng)險12項(xiàng)，低風(fēng)險33項(xiàng)，無重大風(fēng)險。根據(jù)分析的剩余風(fēng)險等級，按照重大風(fēng)險(紅色)、較大風(fēng)險(橙色)、一般風(fēng)險(黃色)和低風(fēng)險(藍(lán)色)[9-12]進(jìn)行分級管理，同時對分析過程中，團(tuán)隊(duì)提出的需增加的保護(hù)措施進(jìn)行定責(zé)任人、定時完成，并定期進(jìn)行回訪確認(rèn)，形成閉環(huán)管理。

4 結(jié)語

針對煉化企業(yè)供電系統(tǒng)HAZOP分析，將風(fēng)險進(jìn)行分級管控，對設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行等環(huán)節(jié)查漏補(bǔ)缺，可以有效提高企業(yè)電氣管理水平。企業(yè)團(tuán)隊(duì)全程參與風(fēng)險分析過程，在系統(tǒng)配置及專業(yè)技術(shù)上相互探討和學(xué)習(xí)，提高運(yùn)維水平，保障供電系統(tǒng)的安全運(yùn)行，促進(jìn)企業(yè)增產(chǎn)增效。