hazop分析指南

1、HAZOP分析,南京工業(yè)大學張禮敬公共郵箱wuxikejian888@126.compassword: 888888,l 前言,1.1 HAZOP方法應用現(xiàn)狀能夠預期分析、發(fā)現(xiàn)問題，將危險消滅在最初階段是人們最想得到的結果。這就是安全評價所要解決的主要問題。危險與可操作性分析方法以其分析全面、系統(tǒng)、細致等突出優(yōu)勢成為目前危險性分析領域最盛行的分析方法之一。,英國石化有限公司制定的《健康、安全和環(huán)境標準與程序》（HS

2、E8）中明確規(guī)定在項目設計階段必須進行設計方案的HAZOP分析；德國拜爾公司1997年制定《過程與工廠安全指導》中規(guī)定，其所屬工廠必須進行HAZOP分析并形成安全評估報告；美國政府頒布的《高度危險化學品處理過程的安全管理》（PSM）法規(guī)中也建議采用HAZOP方法對石油化工裝置進行危險評估。,,在我國，?；方ㄔO項目的驗收前評價，建議以安全檢查表的方法為主，盡可能以危險和可操作性研究法（HAZOP）為輔。,1.2 HAZOP方法的使

3、用范圍,HAZOP分析既適用于設計階段，又適用于現(xiàn)有的生產裝置。同時，對于連續(xù)生產過程和間歇生產過程都可以采用HAZOP分析。,,在連續(xù)過程中，分析的對象確定為管道。在間歇過程中，分析的對象是主體設備，如反應器等。,通過HAZOP分析，能夠發(fā)現(xiàn)裝置中存在的危險，根據危險帶來的后果明確系統(tǒng)中的主要危害。通過HAZOP分析，對于在裝置的工藝過程及設備中存在的危險及應采取的措施會有透徹的認識。,1.3 HAZOP分析的作用,（1）盡可

4、能將危險消滅在項目實施早期識別設計、操作程序和設備中的潛在危險，將項目中的危險盡可能消滅在項目實施的早期階段，節(jié)省投資。HAZOP分析組應包括設計者和操作人員等，采用系統(tǒng)分析的研究方法，以便能夠識別出設計中存在的潛在危險。HAZOP既適用于新建裝置，也適用于在役裝置。,HAZOP生成的記錄，為企業(yè)提供危險分析證明，并應用于項目實施過程。HAZOP提供早期的措施與實際采取措施偏差之間的因果關系，以消除或降低風險。HAZOP只是識別技

5、術，不是解決問題的方法。HAZOP不能看做純粹的設計功能檢查。HAZOP的優(yōu)點是系統(tǒng)檢查整套裝置，而不是像設計人員那樣只檢查他們自己感興趣的區(qū)域。,HAZOP,（2）為操作指導提供有用的參考資料HAZOP分析為企業(yè)提供系統(tǒng)危險程度證明，并應用于項目實施過程。對許多操作，HAZOP分析可提供滿足法規(guī)要求的安全保障。HAZOP分析確定需采取措施，以消除或降低風險。,,HAZOP能夠為包括操作指導在內的文件提供大量有用的參考資料，因此應將

6、HAZOP的結果全部告知操作人員和安全管理人員。HAZOP可以減少29％設計原因的事故和6％操作原因的事故。,圖1－1 HAZOP分析示例,2 HAZOP分析方法,2.1 HAZOP方法簡介HAZOP（Hazard and Operability Analysis，危險與可操作性分析）。HAZOP方法現(xiàn)在已經廣泛應用于生產工藝過程，通過對整個工廠的因果分析來確定新的或已有的工程方案、設備操作和功能實現(xiàn)的危險。,HAZOP分

7、析是一種用于辨識設計缺陷、工藝過程危害及操作性問題的結構化分析方法，方法的本質就是通過系列的會議對工藝圖紙和操作規(guī)程進行分析。在這個過程中，由各專業(yè)人員組成的分析組按規(guī)定的方式系統(tǒng)的研究每一個單元（即分析節(jié)點），分析偏離設計工藝條件的偏差所導致的危險和可操作性問題。,HAZOP分析組分析每個工藝單元或操作步驟，識別出那些具有潛在危險的偏差，這些偏差通過引導詞引出，使用引導詞的一個目的就是為了保證對所有工藝參數(shù)的偏差都進行分析。,2.2

8、 HAZOP術語,（1）分析節(jié)點 指具有確定邊界的設備單元，對單元內工藝參數(shù)的偏差進行分析。（2）操作步驟 間隙過程的不連續(xù)動作；可能是手動、自動或計算機自動控制的操作。（3）引導詞 用于定性或定量設計工藝指標的簡單詞語。（4）工藝參數(shù) 與過程有關的物理和化學特性。,（5）工藝指標 確定裝置如何按照希望的操作而不發(fā)生偏差。（6）偏差 分析組使用引導詞系統(tǒng)地對每個分析節(jié)點的工藝參數(shù)進行分析發(fā)現(xiàn)的系列偏離工藝指標的情況；

9、偏差的形式通常是“引導詞+工藝參數(shù)”。（7）原因 發(fā)生偏差的原因。,,（8）后果 偏差所造成的結果。（9）安全措施 工程系統(tǒng)或調節(jié)控制系統(tǒng)。（10）補充措施 修改設計、操作規(guī)程，或者進一步進行分析研究的建議。,2.3 分析節(jié)點劃分,對于連續(xù)的工藝操作過程，HAZOP分析節(jié)點為工藝單元；而對于間歇操作過程來說，工藝單元是指具有確定邊界的設備單元；操作步驟是指間歇過程的不連續(xù)動作，或者是由HAZOP分析組分析的操作步驟。,對

10、于連續(xù)工藝過程，分析節(jié)點劃分的基本原則如下：一般按照工藝流程進行，從進入的PID管線開始，繼續(xù)直至設計意圖的改變，或繼續(xù)直至工藝條件的改變，或繼續(xù)直至下一個設備。上述狀況的改變作為一個節(jié)點的結束，另一個節(jié)點的開始。在選擇分析節(jié)點以后，分析組組長應確認該分析節(jié)點的關鍵參數(shù)，并確保小組中的每一個成員都知道設計意圖。,2.4 偏差確定方法,2.4.1 引導詞法偏差＝引導詞+工藝參數(shù)。（1）通用的引導詞,表2－2 HAZOP常用

11、引導詞表,,（2）常用的HAZOP分析工藝參數(shù)流量；溫度；時間；……。（3）偏差的構成引導詞+工藝參數(shù)=偏差,工藝參數(shù)分為兩類：,概念性的工藝參數(shù)，當與引導詞組合成偏差時，常發(fā)生歧義，如“過量+反應”可能是指反應速度快，或者說是指生成了大量的產品。具體的工藝參數(shù)，有些引導詞與工藝參數(shù)組合后可能無意義或不能稱之為“偏差”，如“伴隨+壓力”，或者有些偏差的物理意義不確切，應拓展引導詞的外延和內涵。如：①對“時間+異?！?，引導詞

12、“異?！本褪侵浮翱臁被颉奥保?②對“位置”、“來源”、“目的”而言，引導詞“異?！本褪侵浮傲硪粋€”；③對“液位”、“溫度”、“壓力”而言，引導詞“過量”就是指“高”。,2.4.2 基于偏差庫的方法,一般是在HAZOP分析會議之前，由HAZOP組織者或記錄員對標準偏差庫進行調查，以確定每個節(jié)點或操作步驟的哪些偏差是適當?shù)?，形成要進行分析的偏差庫。,2.4.3 基于知識的方法,是一種特殊的基于引導詞的HAZOP分析，但所使用的引

13、導詞部分或全部來自分析組的知識和特殊的檢查表。,2.5 偏差分析,分析的內容包括原因、后果、保護措施、建議措施。原因是指引起偏差發(fā)生的原因。后果是指偏差造成的后果。保護措施是指設計的工程系統(tǒng)或調節(jié)控制系統(tǒng)。建議措施是指修改設計、操作規(guī)程，或者進一步進行分析研究的建議等。,2.6 HAZOP分析報告,2.6.1 HAZOP分析表必須記錄所有重要的信息。通常HAZOP分析會議以表格形式記錄，如表2-3。,表2－3 HAZO

14、P 分析記錄表,分析人員：圖紙?zhí)枺簳h日期：版本號：,HAZOP分析可以分為以下四種方法：,（1）原因到原因分析法 在原因到原因的方法中，原因、后果、安全保護、建議措施之間有準確的對應關系。特點：分析準確，減少歧義。如表2-4所示。,表2－4 HAZOP 原因分析表,,（2）偏差到偏差分析法 對某個偏差所列出的所有原因并不一定產生所列出的所有后果，即某偏差的原因／后果／保護設施之間沒有對應關系（見表2-5）。,表

15、2－5 HAZOP偏差分析表,特點是省時、文件簡短。,,（3）只有異常情況的HAZOP分析表 表中包含那些分析組認為原因可靠、后果嚴重的偏差。優(yōu)點是分析時間及表格長度大大縮短，缺點是分析不完整。（4）只有建議措施的HAZOP分析表 只記錄分析組作出的提高安全的建議措施。能最大地減少HAZOP分析文件的長度，節(jié)省大量時間，但無法顯示分析的質量。,2.6.2 HAZOP分析報告,在上述工作的基礎上，將會議記錄結果進行整理、匯總、提煉

16、出恰當?shù)慕Y果，形成HAZOP分析報告文件。,3 HAZOP分析實施過程,HAZOP分析需要將工藝圖或操作程序劃分為分析節(jié)點或操作步驟，然后用引導詞找出過程的危險，識別出那些具有潛在危險的偏差，并對偏差原因、后果及控制措施等進行分析。,一般的原則為：,①每個偏差的分析及建議措施完成之后再進行下一偏差的分析；②在考慮采取某種措施以提高安全性之前應對與分析節(jié)點有關的所有危險進行分析。,整個HAZOP的實施過程包括以下幾方面：,①分析的準備

17、；②HAZOP分析；③編制分析結果報告；④行動方案落實。,3.1 分析的準備,3.1.1 定義目標與范圍①評估節(jié)點最好在PID圖上定義；②評估時的設計狀態(tài)，用定義PID版次狀態(tài)來表示；③影響程度和應考慮的鄰近工廠；④評估程序包括采取的行動和最終的報告；⑤涉及對鄰近或相關工廠的整體評估的準備。,HAZOP分析進度表依賴于：,①項目執(zhí)行的日期；②可用的文件；③可用的人力資源。,3.1.2 獲取必要的資料,（1）一是準

18、備用于控制HAZOP項目實施的項目管理資料： 項目工作計劃； HAZOP分析項目的目標和策略； 項目管理實施細則； HAZOP分析項目實施程序； 培訓材料、會議記錄管理、資料管理等。,,（2）二是需要企業(yè)提供的技術資料： 工藝儀表流程圖（PID）； 工藝流程圖（PFD）； 裝置設計工藝包； 裝置工藝技術規(guī)程； 裝置安全技術規(guī)程； 裝置崗位操作規(guī)程；,,平面布置圖；工藝介質數(shù)據表； 設備數(shù)據表；管道

19、數(shù)據表；安全附件資料；裝置操作與維護手冊；歷次事故記錄；當?shù)靥鞖鉅顩r數(shù)據。當所有的資料準備好時，就可以開始HAZOP分析。,3.1.3 選擇分析小組,對于大型的、復雜的工藝過程，分析組一般由5～7人組成較為理想，包括設計、工藝或工程、操作、維修、儀表、電氣、公用工程等。對相對較小的工藝過程，3~4人的分析組就可以了。HAZOP組長、工藝技術人員和設備技術人員的職責。,（1）HAZOP組長,是所分析裝置／設備的管理者。小組領

20、導的職責是：明確組員的職責；與工廠其他相關部門進行協(xié)調；保持小組的分析工作的方向；控制工作進度；實施質量檢查和數(shù)據的審核；停止和提交已完成的項目。,（2）工藝技術人員,裝置HAZOP分析節(jié)點的劃分；確定系統(tǒng)和設備的工藝操作條件；根據設備的工藝條件、環(huán)境、材質和使用年限等評價失效機理的類型、敏感性和對設備的破壞程度。,（3）設備技術人員,職責是確定設備的條件數(shù)據和歷史數(shù)據。提供所需的裝置和設備的設計數(shù)據和規(guī)范；提供對必

21、要的歷史檢測數(shù)據的比較；進行偏差的設備方面的原因、后果和措施等。,3.1.4 將資料變成適當?shù)谋砀癫M定分析順序,這個階段的所需的時間與過程的類型有關。對于連續(xù)過程而言，準備工作較小。在分析會議之前使用已更新的圖紙確定分析節(jié)點，保證每一位分析人員在會議上都有這些圖紙。對于間隙過程而言，準備工作量通常更多些，主要因為操作過程更加復雜。,3.1.5 安排會議,一旦資料收集齊全時，小組領導就負責組織會議，合理制定會議計劃。,3.1.6

22、HAZOP分析培訓,培訓不僅是為了使工作人員具備實施HAZOP項目所需要的能力，使之能擔負責任，而且還是一個企業(yè)與HAZOP技術服務商進一步溝通的機會。,,第一階段培訓的對象是企業(yè)的管理層和參與HAZOP項目的有關部門和人員，培訓內容主要對HAZOP方法的理解和項目的管理和控制方面，希望使企業(yè)的管理層和各職能部門能夠認可HAZOP方法和了解自己在整個項目中的職責；,,第二階段的培訓主要是面向HAZOP項目的具體參與者，即HAZOP工作組

23、的人員。培訓主要是具體的HAZOP的工作要求和流程，明確HAZOP小組成員在這個團隊中的角色，培訓完成指定工作所需要的技能。,培訓的內容可以包括：,HAZOP原理；HAZOP風險評估的原理及所采用HAZOP方法的介紹；HAZOP工作組的組成和職責；數(shù)據的采集；數(shù)據的審核和缺失數(shù)據的處理。,3.2 HAZOP分析,HAZOP分析需要將工藝圖或操作程序劃分為若干分析節(jié)點或工藝單元，分析組對每個節(jié)點使用所有引導詞依次進行分析，得到一

24、系列結果：（1）偏差原因、后果、保護裝置、建議措施。（2）需要更多的資料，才能對偏差進行進一步的分析。HAZOP分析過程中重要操作如下：,3.2.1 劃分節(jié)點,劃分節(jié)點時應注意以下因素：①單元的目的與功能；②單元的物料；③合理的隔離／切斷點；④劃分方法的一致性。,3.2.2 解釋工藝指標或操作步驟,在選擇分析節(jié)點以后，分析組組長應確認該分析節(jié)點的關鍵參數(shù)，并確保小組中的每一個成員都知道設計意圖。,3.2.3 確定有意義的

25、偏差,根據引導詞法、基于偏差庫的方法和基于知識的方法等三種偏差確定方法，結合具體的分析設備確定出有實際意義的分析偏差。,3.2.4 對偏差進行分析,圖3－2 基于引導詞法的HAZOP分析流程圖,HAZOP分析流程圖的意義：,①一次選擇一個節(jié)點進行分析；②選擇該節(jié)點的一個工藝參數(shù)；③使用引導詞建立有意義的偏差；④分析偏差后果、列出可能的原因、提出措施。,為盡量減少那些懸而未決的問題，一般的原則為：,①在一個偏差的分析及建議措施完

26、成之后再進行下一偏差的分析；②在考慮采取某種措施以提高安全性之前應對與分析節(jié)點有關的所有危險進行分析。HAZOP分析的主要目的是發(fā)現(xiàn)危險或問題，而不是解決危險或問題。,3.3 編制分析結果文件,HAZOP分析結果應由秘書精確地記錄下來。HAZOP分析使用許多的表格，可以采用計算機化的系統(tǒng)產生報告。會議記錄是HAZOP分析的一個重要組成部分，會議記錄人員將分析討論過程中所有重要的內容精確地記錄在事先設計好的工作表內。,表3－1

27、 HAZOP會議記錄表,分析人員： 圖紙?zhí)枺?會議日期： 版本號：,3.4 行動方案的落實,通過HAZOP分析可以提出一些裝置改進的安全措施。這種審查有三個目標：①確保所有的整改不損害原來的評估；②審查資料，特別是制造商的數(shù)據；③確保已經執(zhí)行了所有提出的推薦措施。,3.5 HAZOP分析示例,3.5.1 氨與磷酸混合反應生成磷酸氫二銨（DAP）HAZOP分析,圖3－3 DAP工藝流程簡圖,①分析節(jié)點：D

28、AP反應器；②設計工藝指標：在一定的溫度和壓力下攪拌反應；③選擇引導詞：NO（空白）；④工藝參數(shù)：攪拌；⑤偏差：空白+攪拌=無攪拌；⑥后果：未反應的氨帶入DAP貯槽并釋放到封閉的工作區(qū)域。,原因：,①攪拌器電動機故障；②攪拌器機械聯(lián)接故障；③操作人員未啟動攪拌。停電安全保護：定期維護氨檢測器和報警器。,建議措施：,①考慮安裝反應器無攪拌時的報警／停車系統(tǒng)；②確保工作區(qū)域通風良好，或者使用封閉的DAP貯槽。HAZOP

29、分析內容記錄見表3－2。,表3－2 DAP工藝過程HAZOP分析結果表（部分）,5 HAZOP風險評估,作為隱患辨識的主要方法，HAZOP分析可以找出裝置在設計中存在的隱患。而隨著風險技術發(fā)展，將風險矩陣應用于HAZOP分析成為了可能，并形成了一種新的分析方法——HAZOP風險評估。利用事故的后果嚴重等級和事故發(fā)生頻率等級在5×7風險矩陣中計算事故的風險等級。,5.1.1 確定事故后果等級,表5－1 后果等級分類表,續(xù)上

30、表,5.1.2 確定事故頻率等級,（1）不考慮保護措施的事故頻率（Fu）①事故頻率（Fu）由初始原因事件頻率和促使原因事件發(fā)展為后果事件的條件事件發(fā)生的概率決定。②事故頻率（Fu）計算如下：Fu=F×P1×P2×…式中Fu——事故發(fā)生的頻率； F——初始原因事件頻率； P1、P2…——條件事故發(fā)生的概率；（條件1，條件2，…）,（2）考慮保護措施的事故頻率（Fm）,①保護措施是指

31、可以獨立的行使安全保護功能而不受其他保護措施失效影響的安全保護措施。 ·自動行動的安全聯(lián)鎖系統(tǒng) ·基本控制、報警系統(tǒng) ·安全儀表系統(tǒng) ·固有的安全設計特征 ·操作人員的干預 ·壓力釋放系統(tǒng) ·公眾緊急響應 ·工廠緊急響應②常用的保護措施及失效概率統(tǒng)計數(shù)據見表5－2：,表5—2 常用的保護措施及失效概率統(tǒng)計數(shù)據,,③保護措施

32、總失效概率（TPFD——Total PFD）：TPFD=PFD1×PFD2×…④事故頻率（Fm）計算如下：Fm=Fu×TPFD式中Fm——考慮保護措施的事故頻率； Fu——不考慮保護措施的事故頻率； TPFD——保護措施總失效概率。,（3）事故頻率等級分類（見表5－3）。,表5－3 事故頻率等級（L）分類表,5.1.3 確定事故風險等級,風險是事故后果嚴重程度與發(fā)生頻率的結合。

33、①只考慮被動安全防護的潛在風險（RRu）；②同時考慮保護措施和被動安全防護的剩余風險（RRm）。結合確定的事故后果等級和事故頻率（Fu或Fm）等級，在如圖5－2所示5×7風險矩陣中就可以查出事故的潛在風險和剩余風險。,,圖5－2 風險等級矩陣圖,5.1.4 風險分析,表5－4 風險等級說明,5.1.5 HAZOP風險分析表格形式,表5－6 事故風險分析表,續(xù)上表,續(xù)上表,6 計算機輔助HAZOP分析,6.1 S

34、DG技術人工HAZOP安全評價技術存在以下弱點：人工難于處理大規(guī)模的數(shù)據、信息和計算；人工分析大規(guī)模系統(tǒng)無法得到完備的結果；口頭討論方式不嚴格，討論時易出現(xiàn)概念混亂；人工評價得出的文本（說明）不規(guī)范，事后難于看懂；人工評價費時、費力、成本高。,,所謂SDG，即符號定向圖（Signed Directed Graph），是一種由節(jié)點（nodes）和節(jié)點之間有方向的連線（又稱支路）構成的網絡圖。SDG看似簡單，但卻能夠表達復

35、雜的因果關系，并且具有包容大規(guī)模潛在信息的能力。圖中的每一個節(jié)點都有表示一個物理變量，并且都可能取“+”、“－”、“0”三種狀態(tài)中的一種，其中某個節(jié)點取“+”值表示該物理變量超過了允許的上限，取“－”值表示低于允許的下限，取“0”表示變量處于正常范圍。,,圖6－1的SDG所表達的所有節(jié)點可能取得不同狀態(tài)的組合，又稱為樣本（patterns）數(shù)。組合的樣本總數(shù)Pmax＝3N,圖6－1 離心泵與液位系統(tǒng)SDG模型,,由于有向支路的約束，

36、計算Pmax時節(jié)點之間的位置不能調換，因此，Pmax的計算符合“密碼鎖”的規(guī)律。SDG具有包容大量信息的能力，在人工智能領域，稱SDG模型為深層知識模型，運用SDG模型揭示復雜系統(tǒng)的變量間內在因果關系及影響，是定性仿真的一個重要分支。,,SDG具有揭示潛在危險以及故障在系統(tǒng)中傳播規(guī)律的特殊作用。SDG方法的優(yōu)點是：特別適合于具有根部原因及多重因果關系問題的分析；結論完備性好；可提供故障傳播的路徑，提供故障演變的解釋；適合于評價及操作指

37、導；對干擾不敏感，魯棒性好；適應性強，便于修改；對某些操作失誤有較高分辨率；易于理解，易于使用，易于推廣。,,SDG方法的缺點是：用于故障診斷難于早期發(fā)現(xiàn)；多義性推理結論導致分辨率差；如果模型不準，將導致診斷失誤或結論的不完備性；計算大系統(tǒng)時，費時費力，成本高、實時性不好。,,縱觀計算機輔助HAZOP技術的發(fā)展，可以說經歷了兩個階段，即早期的邏輯化計算機輔助HAZOP階段和近期的智能化計算機輔助HAZOP階段，如圖6－2所示：,圖6－2

38、 計算機輔助HAZOP方法綜觀,,“邏輯化”是從形式上輔助人工進行HAZOP分析。智能化方法可以劃分為兩大類：基于歷史數(shù)據的經驗方法和基于模型的仿真方法?；跉v史數(shù)據的經驗方法又稱為淺層知識的“專家系統(tǒng)”，此類系統(tǒng)由知識庫和推理機組成，知識庫中存有以規(guī)則形式表達的經驗信息?；谀Ｐ偷奈ｋU分析方法又分為定性模型分析和定量模型分析兩類。由SDG模型推理建立的專家系統(tǒng)又稱為深層知識專家系統(tǒng)。,,計算機輔助HAZOP今后的發(fā)展方向是：以智能