＊蔡建華

（云南曲靖麒麟煤化工有限公司 云南 655003）

1.前言

本文將結(jié)合自身的化工安全管理經(jīng)驗(yàn)，一方面從設(shè)計(jì)角度分析如何提高化工生產(chǎn)的安全性，另一方面，將結(jié)合項(xiàng)目實(shí)例分析危險(xiǎn)與可操作性（Hazard and Operability，HAZOP）與保護(hù)層分析（LOPA）安全評(píng)價(jià)分析方法的應(yīng)用。

2.基于化工設(shè)計(jì)的化工安全生產(chǎn)保障

(1)原材料的安全性把控

原材料是化工生產(chǎn)的基礎(chǔ)，通常為了確保工藝按照需求執(zhí)行，應(yīng)當(dāng)使原材料可以完全反應(yīng)，這就涉及到大量的化學(xué)反應(yīng)。在化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中，難免會(huì)存在部分反應(yīng)物在外部環(huán)境的影響下出現(xiàn)形態(tài)改變，并產(chǎn)生較大危害性。所以在安全生產(chǎn)過(guò)程中，必須對(duì)所有物料的潛在危險(xiǎn)進(jìn)行提前規(guī)劃，這樣才能確保工藝能夠穩(wěn)定、安全的運(yùn)行。對(duì)原材料可能產(chǎn)生的危險(xiǎn)需要提前做好安全防護(hù)措施。

(2)工藝設(shè)計(jì)的安全性把控

工藝設(shè)計(jì)是化工生產(chǎn)的靈魂，也是決定化工生產(chǎn)安全性的關(guān)鍵性因素。一些企業(yè)在進(jìn)行化工工藝設(shè)計(jì)時(shí)，一味追求產(chǎn)量、品質(zhì)的提升，忽略了安全性的考量，最終釀成惡果。工藝設(shè)計(jì)不僅僅是一門高度科學(xué)化、規(guī)范化的工作，同時(shí)也應(yīng)當(dāng)被作為提高化工生產(chǎn)安全性的屏障。在進(jìn)行化工工藝設(shè)計(jì)時(shí)，需要結(jié)合大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)未考慮到的安全因素進(jìn)行分析，提高工藝流程的安全性、可靠性，避免為后續(xù)化工生產(chǎn)埋下隱患。

(3)反應(yīng)設(shè)備的安全性把控

化學(xué)反應(yīng)是化工設(shè)備的核心，只有確?；瘜W(xué)反應(yīng)順利進(jìn)行，才能有效提高原材料轉(zhuǎn)化率，同時(shí)才能保證化學(xué)反應(yīng)的安全性?；瘜W(xué)反應(yīng)能否順利進(jìn)行，很大程度上取決于反應(yīng)設(shè)備是否處于正常工作狀態(tài)。設(shè)備因素所產(chǎn)生的安全事故時(shí)有發(fā)生，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)老化、損壞等情況時(shí)，設(shè)備性能、溫度等難以保持健康水平，這都是安全生產(chǎn)必須考慮到的因素。廢物的排放清理、反應(yīng)設(shè)備的定期檢查等都是必備的日常管理工作，只有確保反應(yīng)設(shè)備始終在正常狀態(tài)工作，才能確?；瘜W(xué)反應(yīng)的正常發(fā)生。

3.基于安全評(píng)價(jià)的化工安全生產(chǎn)保障

絕大多數(shù)安全事故都可以在可靠的安全評(píng)價(jià)下被避免，這是因?yàn)榛ぴO(shè)計(jì)只能確保從原理上不發(fā)生安全事故，但是實(shí)際化工生產(chǎn)與理論分析相差甚遠(yuǎn)，這一情況下化工安全評(píng)價(jià)的作用則顯得至關(guān)重要。本節(jié)將結(jié)合工程案例對(duì)兩種先進(jìn)的安全評(píng)價(jià)技術(shù)進(jìn)行分析。

(1)兩種安全評(píng)價(jià)工具的基本原理

HAZOP安全評(píng)價(jià)方法的基本觀點(diǎn)是首先找出各分析節(jié)點(diǎn)及單元中的狀態(tài)參數(shù)，然后建立一系列的引導(dǎo)詞，通過(guò)引導(dǎo)詞和狀態(tài)參數(shù)的結(jié)合來(lái)建立偏差，設(shè)想消除保護(hù)裝置的情況下分析產(chǎn)生偏差的所有可能原因和造成的后果，采取相應(yīng)的措施以削減風(fēng)險(xiǎn)，使其降低到可接受的程度。HAZOP分析方法的應(yīng)用范圍比較廣泛，無(wú)論是新建裝置還是在役的裝置都可以使用該方法進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。新建裝置進(jìn)行HAZOP分析的時(shí)間節(jié)點(diǎn)一般選在設(shè)計(jì)方案確定之后，因?yàn)榇藭r(shí)已經(jīng)繪制出PID圖，可以用來(lái)劃分單元和節(jié)點(diǎn)，便于分析團(tuán)隊(duì)使用模板快速分析，而且這個(gè)階段的設(shè)計(jì)也比較容易修改；沒(méi)有進(jìn)行安全評(píng)價(jià)的在役裝置大多存在于老企業(yè)，一般也是運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)的裝置。隨著設(shè)備的折舊、日常的技術(shù)改造等工作，其風(fēng)險(xiǎn)是呈上升趨勢(shì)的，因此在安全環(huán)保日益受到重視的今天，有必要也必須對(duì)在役的老裝置進(jìn)行HAZOP分析。

保護(hù)層分析（LOPA）是一種過(guò)程危險(xiǎn)性的半定量方法。它用于解決HAZOP分析過(guò)程中遇到的問(wèn)題。例如：列舉的安全措施是否足夠；提出的措施是否會(huì)影響其它保護(hù)措施的執(zhí)行效果；計(jì)算后果發(fā)生的概率并推算需要的保護(hù)措施的等級(jí)；定量的計(jì)算每項(xiàng)措施能夠降低的風(fēng)險(xiǎn)值。LOPA分析是針對(duì)HAZOP分析過(guò)程中提出的風(fēng)險(xiǎn)控制措施和建議中除了SIS控制措施以外的措施進(jìn)行的整體安全評(píng)價(jià)。是介于定量和半定量分析之間的一種分析工具。LOPA分析先假想一個(gè)事故場(chǎng)景，辨識(shí)其觸發(fā)事件和后果事件，根據(jù)每個(gè)事件發(fā)生的頻率計(jì)算潛在事故的發(fā)生頻率并根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)確定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。然后識(shí)別獨(dú)立保護(hù)層并參照一定的風(fēng)險(xiǎn)容許準(zhǔn)則計(jì)算失效概率，根據(jù)殘余風(fēng)險(xiǎn)提出控制措施，再次進(jìn)行計(jì)算，直至風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)達(dá)到可接受范圍內(nèi)。

將HAZOP分析與LOPA分析相結(jié)合，在重大化工事故場(chǎng)景利用HAZOP難以準(zhǔn)確評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，采用LOPA分析法加以補(bǔ)充和完善，已經(jīng)被論證是一種切實(shí)有效的安全評(píng)價(jià)工具。下面將結(jié)合實(shí)例進(jìn)行討論。

(2)加氫改質(zhì)裝置的安全評(píng)價(jià)——以A石化公司為例

①加氫改質(zhì)裝置進(jìn)行HAZOP分析的必要性

加氫改質(zhì)是一項(xiàng)典型的化工工藝，加氫改質(zhì)裝置的事故發(fā)生率極高，引起了社會(huì)的廣泛關(guān)注。常見(jiàn)的加氫改質(zhì)裝置事故包括管線爆炸、分離器憋爆、高壓油泵房氫氣爆炸、爐膛起火、硫化氫中毒等。不同類型事故的后果都是很嚴(yán)重的，每一次事故都是血的教訓(xùn)。因此，從危險(xiǎn)方面考慮，加氫裝置有必要進(jìn)行HAZOP分析。A石化公司從2005年至2020年柴油加氫改質(zhì)裝置共發(fā)生事故事件248起，其中未遂事件所占比例為18.95%，由于開(kāi)停工、產(chǎn)品質(zhì)量等因素在未遂事件中所占比例較小，如果忽略它們，那么在日常生產(chǎn)過(guò)程中大約有近20%的事件是很有可能發(fā)生的。另外如果把儀表故障、設(shè)備故障、操作失誤這三個(gè)因素歸結(jié)為可操作性方面的問(wèn)題，則它們?cè)谖此焓录兴嫉谋壤哌_(dá)89.34%。

已發(fā)生的事件大多是事后采取補(bǔ)救措施，未免有些亡羊補(bǔ)牢，而且事件通報(bào)有時(shí)傾向于形式化，真正的原因及后果分析很少；而未遂事件由于沒(méi)有發(fā)生，就更少拿到臺(tái)面上來(lái)大家共同研究其未遂的真正原因，需要采取的技術(shù)措施及控制手段，在今后的生產(chǎn)中這些未遂事件發(fā)生的幾率還是比較大的。例如：自2005年開(kāi)始裝置循環(huán)氫壓縮機(jī)運(yùn)行已經(jīng)開(kāi)始偏離正常工況，偶爾會(huì)輕微喘振，分析原因?yàn)椴糠植考昃檬?，車間采取加強(qiáng)監(jiān)護(hù)、采用自制的石墨墊嵌入易斷裂部位如調(diào)速汽門連桿等方法維護(hù)壓縮機(jī)運(yùn)行，并對(duì)重點(diǎn)部件準(zhǔn)備備件。由于循環(huán)氫壓縮機(jī)沒(méi)有備機(jī)，且是加氫裝置的心臟部位，停機(jī)檢修乃至更換都需要很長(zhǎng)時(shí)間，會(huì)造成較大的損失，所以直至2008年大修都沒(méi)有采取其它措施，2009年喘振現(xiàn)象逐漸明顯，而且愈演愈烈，6月13日發(fā)生調(diào)速汽門連桿中斷導(dǎo)致裝置停車事件；還有，裝置曾經(jīng)發(fā)生過(guò)冬季由于放空線帶液造成氣阻導(dǎo)致管線掉架的事故，但目前部分設(shè)備與放空線仍僅以管線相連，很有可能再次發(fā)生類似事故。類似事件還有很多，如果能夠真正的運(yùn)用HAZOP方法，組織多個(gè)部門人員提前對(duì)可能發(fā)生的事故事件進(jìn)行細(xì)致的分析，及時(shí)改進(jìn)防護(hù)措施，大部分的事故是應(yīng)該可以避免的。大事故往往都是由小事件逐漸積累而發(fā)生的，因此，筆者認(rèn)為，從可操作性方面分析，裝置更有必要進(jìn)行HAZOP分析。

②加氫改質(zhì)裝置HAZOP分析

首先，構(gòu)建HAZOP分析評(píng)估小組。HAZOP小組由A石化公司有關(guān)人員及專家共同組成。本次A石化公司加氫改質(zhì)裝置安全評(píng)價(jià)采用的是HAZOP分析方法。在HAZOP分析過(guò)程中，應(yīng)用PHA-PRO記錄軟件如實(shí)的記錄分析全過(guò)程。根據(jù)加氫改質(zhì)裝置特點(diǎn)，進(jìn)行節(jié)點(diǎn)劃分，按照節(jié)點(diǎn)編號(hào)、節(jié)點(diǎn)名稱以及對(duì)應(yīng)圖紙?zhí)柧幹乒?jié)點(diǎn)信息表。例如節(jié)點(diǎn)編號(hào)為節(jié)點(diǎn)01，節(jié)點(diǎn)名稱為原料油經(jīng)原料油過(guò)濾器至出口管線，對(duì)應(yīng)圖紙?zhí)枮長(zhǎng)8101-8-11；節(jié)點(diǎn)編號(hào)為節(jié)點(diǎn)02，節(jié)點(diǎn)名稱為原料油分水罐、原料油緩沖罐、原料油進(jìn)料泵部分，對(duì)應(yīng)圖紙?zhí)枮長(zhǎng)8101-8-12。對(duì)加氫改質(zhì)裝置HAZOP分析結(jié)果進(jìn)行匯總，示例如表1所示。

表1 氫改質(zhì)裝置HAZOP分析結(jié)果匯總表（截取部分）

上述針對(duì)原料油緩沖罐液位過(guò)高為例進(jìn)行了HAZOP分析，以原料油泵故障和進(jìn)料控制回路故障兩個(gè)原因事件為例，本裝置基本上每個(gè)生產(chǎn)周期會(huì)出現(xiàn)一次，因此可能性定為4級(jí)，而超壓爆炸、催化劑結(jié)焦的后果嚴(yán)重度根據(jù)財(cái)產(chǎn)損失和對(duì)人的危害定義為5級(jí)，這樣一來(lái)，根據(jù)公司風(fēng)險(xiǎn)矩陣定義出風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅳ級(jí)，必須制定專門的方案以削減風(fēng)險(xiǎn)。因此提出如下建議：A.增加原料油泵出口流量低低聯(lián)鎖；B.增加FV2102閥位回訊系統(tǒng)。另外，在其它低等級(jí)風(fēng)險(xiǎn)中，由于泵出口流量突然增大，曾經(jīng)發(fā)生過(guò)幾次塔液位超高，柴油水冷器泄漏事件，若事先進(jìn)行HAZOP分析，提出增加閥位回訊系統(tǒng)的建議，則此類事件是應(yīng)該可以避免發(fā)生的。

③加氫改質(zhì)裝置LOPA分析

在進(jìn)行針對(duì)加氫改質(zhì)裝置LOPA分析前，同樣需要先構(gòu)建評(píng)估小組。本次LOPA分析工作過(guò)程中所采用的風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)則內(nèi)容是LOPA分析工作中常用的初始事件發(fā)生頻率表、常見(jiàn)獨(dú)立保護(hù)層失效頻率表、LOPA風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)（安全部分、環(huán)境部分、財(cái)產(chǎn)損失部分）。

假想事故情景描述：原料油泵P-1故障，導(dǎo)致泵出口高壓原料油竄入低壓緩沖罐D(zhuǎn)-6，造成緩沖罐超壓破裂，原料油泄漏至外部環(huán)境，發(fā)生著火爆炸，引起人員傷亡。對(duì)于該假想事故情形來(lái)說(shuō)，在現(xiàn)有的保護(hù)措施中沒(méi)有找到能對(duì)該事故情形起作用的獨(dú)立保護(hù)層。

在現(xiàn)有獨(dú)立保護(hù)層的情況下導(dǎo)致假想事故后果的頻率=初始事件頻率×條件事件頻率=1.0×10-1×1.0×0.5× 0.5×1.0=2.5×10-2。

新增獨(dú)立保護(hù)層后導(dǎo)致假想事故后果的頻率=在現(xiàn)有獨(dú)立保護(hù)層的情況下導(dǎo)致假想事故后果的頻率×新增獨(dú)立保護(hù)層的失效頻率=2.5×10-2×1.0×10-3=2.5×10-5。具體分析結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 LOPA分析結(jié)果匯總表

說(shuō)明：由LOPA風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)可以對(duì)應(yīng)得出相應(yīng)的安全、環(huán)境、財(cái)產(chǎn)三種情況下的標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)險(xiǎn)數(shù)值。

失效頻率=標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)險(xiǎn)頻率/在現(xiàn)有獨(dú)立保護(hù)層的情況下導(dǎo)致假想事故后果的頻率。

當(dāng)前風(fēng)險(xiǎn)倍數(shù)與殘余風(fēng)險(xiǎn)倍數(shù)的數(shù)值均表示當(dāng)前風(fēng)險(xiǎn)是標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)險(xiǎn)的多少倍，大于1表示風(fēng)險(xiǎn)過(guò)高，小于1表示風(fēng)險(xiǎn)可以接受。

當(dāng)前風(fēng)險(xiǎn)倍數(shù)=在現(xiàn)有獨(dú)立保護(hù)層的情況下導(dǎo)致假想事故后果的頻率/標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)險(xiǎn)頻率。

殘余風(fēng)險(xiǎn)倍數(shù)=新增獨(dú)立保護(hù)層后導(dǎo)致假想事故后果的頻率/標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)險(xiǎn)頻率。

由表2可以看出，在現(xiàn)有獨(dú)立保護(hù)層下發(fā)生事故的風(fēng)險(xiǎn)非常大，因此，建議保護(hù)層應(yīng)為多重傳感器和處理器，依據(jù)“常見(jiàn)獨(dú)立保護(hù)層失效頻率表”可以看出，其是一個(gè)SIL2級(jí)的獨(dú)立保護(hù)層，1×10-3≤失效頻率＜1×10-2，增加后計(jì)算其殘余風(fēng)險(xiǎn)倍數(shù)達(dá)到可以接受程度。

針對(duì)HAZOP分析中三級(jí)以上的高風(fēng)險(xiǎn)，共討論事故場(chǎng)景25項(xiàng)，并對(duì)每項(xiàng)事故場(chǎng)景下的初始風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，共提出建議措施21條，包括13條增設(shè)安全儀表連鎖系統(tǒng)（SIS）的建議，并確定了SIL等級(jí)。

(3)安全評(píng)價(jià)總結(jié)

根據(jù)A石化公司的實(shí)際運(yùn)行情況來(lái)看，裝置正常生產(chǎn)過(guò)程中由于儀表故障、設(shè)備故障和操作失誤這三種因素導(dǎo)致的事故事件占絕大多數(shù)，比例為76.29%，而HAZOP和LOPA的客觀分析結(jié)果也恰恰說(shuō)明了這三種因素是導(dǎo)致事故事件發(fā)生的主要原因，說(shuō)明本次HAZOP和LOPA分析是貼近生產(chǎn)實(shí)際的。

4.總結(jié)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，化工行業(yè)也經(jīng)歷著前所未有的發(fā)展。除了考量化工所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益外，還應(yīng)當(dāng)充分關(guān)注化工安全生產(chǎn)問(wèn)題。為了確?；どa(chǎn)過(guò)程的安全性，必須從化工設(shè)計(jì)的各維度加強(qiáng)安全性的分析，從源頭降低化工安全事故的發(fā)生概率。此外，應(yīng)當(dāng)高度重視安全評(píng)價(jià)在化工安全生產(chǎn)中的應(yīng)用，積極采用先進(jìn)的安全評(píng)價(jià)分析方法對(duì)潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定性與定量的評(píng)價(jià)。本文總結(jié)了結(jié)合HAZOP和LOPA的安全評(píng)價(jià)分析框架，HAZOP分析是基礎(chǔ)，LOPA分析是強(qiáng)化，二者結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)由危害識(shí)別與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)到方案制定、資金保障、項(xiàng)目實(shí)施的閉環(huán)管理，為化工生產(chǎn)的安、穩(wěn)、長(zhǎng)、滿、優(yōu)運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。