基于HAZOP分析的输气站场工艺危害分析
（国家管网集团川气东送天然气管道有限公司，湖北 武汉 430000）
摘 要：为了规范天然气输气站场工艺安全管理，避免发生工艺安全事故，运用专业的方法（HAZOP分析 ）对输气站场新改扩建项目进行系统性的工艺危害分析，识别扩建项目在建设初期的设计缺陷和工艺过程危害，控制和降低风险，并提出相关整改建议。
关键词：工艺安全管理;HAZOP分析;工艺危害分析
0 引言
所谓工艺危害分析（Process Hazards Analysis，简称“PHA”），也叫工艺安全分析，是指通过系统的、科学的方法辨识、评估、控制工艺和操作中的危险源及其危害因素，以预防工艺危害事故的发生，提高工艺安全水平和本质安全度，是装置生命周期内各个时期和阶段辨识、评估和控制工艺危害的有效工具。一些新改扩建项目、在役生产装置及设备设施（包括停用、报废装置）等都需要进行工艺危害分析，查找站场设计中存在的危害和操作问题。
常见的PHA方法包括危险与可操作性分析（Hazard and Operability Studies，简称“HAZOP”）、故障类型及影响分析（Failure Mode and Effects Analysis，简称“FMEA”）、防护层分析（Layers of Protection Analysis，简称“LOPA”）、安全完整性水平（Safety Integrity Level，简称“SIL”）、故障树（Fault Tree Analysis，简称“FTA”）、事件树（Event Tree Analysis，简称“ETA”）等。本研究采用的PHA方法为（HAZOP）。
为了识别某站场新扩建分输的设计缺陷和工艺过程危害，控制和降低风险，运用专业的方法（HAZOP）对该项目进行系统性的工艺危害分析，并提出相关建议。
1 HAZOP分析实践
HAZOP分析是一种用于辨识设计缺陷、工艺过程危害及操作性问题的结构化分析方法，方法的本质就是通过系列的会议对工艺图纸和操作规程进行分析。在这个过程中，由各专业人员组成的分析组按规定的方式系统地研究每一个单元（即分析节点），分析偏离设计工艺条件的偏差所导致的危害和可操作性问题。提出应改进的管理措施、应提高的工程措施等，从而有效的保障站场的安全生产。
HAZOP分析组分析每个工艺单元或操作步骤，识别出那些具有潜在危害的偏差，这些偏差通过引导词引出，使用引导词的一个目的就是为了保证对所有工艺参数的偏差都进行分析，并分析它们的可能原因、后果和已有安全保护措施等，同时提出应该采取的安全保护措施。HAZOP研究的侧重点是工艺部分或操作步骤的各种具体值，其基本过程就是以引导词为引导，对过程中工艺状态（参数）可能出现的变化（偏差）加以分析，找出其可能导致的危害。
1.1 工艺设备介绍
本研究选取某分输改扩建输气站场，因当地用气需要，增加一个计量撬及调压撬为当地某企业进行供气。针对此次新改建的设备，通过对整个装置的设计图纸、具备的功能、电气、设备、仪表的配置情况等进行了解分析，为后续危害分析奠定基础。
1.2 划分节点
在HAZOP分析的第一步就是要进行划分节点，一般划分节点可以采用这两种方式。一是功能区划分法，而另一种为站场区域法，本次研究采用此方法，把新增区域划分为计量区和调压区两个区域。此区域是天然气经计量撬块、调压撬块将天然气压力降至适当压力之后，经气液紧急切断阀（ESDV123）输往下游门站。
1.3 分析偏差
在HAZOP分析中，需要利用引导词确定工艺参数的偏差情况，继而判断出可能出现的危害后果。结合本次研究对象的工艺参数与引导词进行分析，可以得出新扩建的调压计量区，在工艺设计方面是否存在偏差。对于压力、温度、流量等参数，都需要考虑实际值是否超过设计或需要的理想值相符合，如若存在超出设计压力，温度偏高、偏低等情况，都需要考虑危害程度。本次采用的参数及引导词如下表1所示。
偏差 | 说明 | |
参数 | 引导词 | |
压力 | 偏高 | 压力高于设计或操作意图 |
无/偏低 | 无压力，压力为零或压力低于设计/操作意图 | |
差压 | 偏高 | 差压高于设计或操作意图 |
无/偏低 | 差压为零或差压低于设计/操作意图 | |
温度 | 偏高 | 温度高于设计或操作意图 |
无/偏低 | 温度为零或温度低于设计/操作意图 | |
流量 | 偏高 | 流量大于设计/操作意图 |
无/偏低 | 无流量，流量为零或流量小于设计/操作意图 | |
反向 | 流量沿设计或操作目标相反的方向 | |
伴随 | 在正常流量中伴随其他物质（如，污染物） | |
组分 | 伴随 | 原料和产品的组分掺入杂质 |
表1 工艺偏差表
本次选取的节点分为计量去以及调压区，天然气经过流量计计量之后去往调压区进行调压，当天然气经过流量计计量时需要考虑天然气输送流量是否在流量计的精确度之内，没有低于或超过设计的流量值，若存在此种情况需要考虑更换适合量程的流量计。而本次研究对象实际输送流量在流量计范围之内，不需要进行调整。压力、温度等都是干线压力温度值，不存在骤降或升的情况，也不需要进行调整。
而当计量的天然气到达调压撬经过调压之后输完下游，这个时候就会存在压降及因调压存在的温度上的降低。先看压力，天然气经过调压阀调压之后输往下游门站，设计到调压设备这就要考虑设备故障调不压，使得下游压力超过设计压力值，可能导致天然气管线承受不住输送压力而爆炸的严重后果。针对此种情况，设计上给调压撬配置的安全切断阀，超过一定压力之后就会切断气源，停止给下游供气，这样就保证在超压情况的站场的安全运行。如果安全切断阀也不能正常工作，输往下游压力持续升高超过下游管线设计压力。故此处设计仍然存在安全隐患需要有能够进行泄压的装置，保证超压情况下能够迅速泄压，保证站场的安全运行。
对于温度，因为调压会使得温度急剧下降，而平均每降低1MPa 的压力，天然气温度会降低5-6℃。结合此站场的水露点为-8.8℃，就需要考虑调压带来的气体温度上的降低是否会降到水露点以下，这样会存在冰堵的可能性，而冰堵是天然气分输过程中比较常见的风险，会使得的下游分输中断，影响站场的安全运行。针对这种情况需要考虑安全加热装置，提高天然气的输送温度，进而使得输送过程中不出现冰堵，保证站场的安全运行。
1.3 识别及评估
通过分析参数与引导词之间的偏差，确定需要整改的地方，本次扩建工程存在两处需要进行整改的，调压撬的超压泄放功能缺失，另一个为调压带来的温度降低现场无有效的加热装置。这两个都会影响下游供气，对于输气站场而言影响就显得尤为的重大，通过危害因素分析，利用风险评判矩阵进行评估，通过严重程度与发生概率综合考虑，都为较大风险，需要采取措施降低风险。
2 提出建议措施
根据TSG 21-2016《固定式压力容器安全技术监察规程》9.1.2超压泄放装置的装设要求“（4）压力容器设计压力低于压力源压力时，在通向压力容器进口的管道上应当装设减压阀，如因介质条件减压阀无法保证可靠工作时，可用调节阀代替减压阀，在减压阀或者调节阀的低压侧，应当装设安全阀和压力表”；结合此次发现的问题，对于调压撬缺少超压泄放的问题，可以再调节阀后端增加一个安全阀进行超压泄放保护。
针对调压撬供气时温度较低问题，通常情况下在设备外部装电伴热、电加热器效果不理想，可以考虑在调压撬进口端增加一个加热器装置，使得计量撬过来的天然气先经过一个加热装置将气体温度提升，再进行调压，这样能有效提高供气温度，防治出现冰堵问题。
3 结束语
通过HAZOP分析对天然气输气站场某新改扩建项目进行分析，可以发现还存在很大的问题，因此在现在的工程项目建设都会将HAZOP分析视为项目初始审查阶段一项重要的工作之一，通过有效的分析判断，提出整改措施，有效的消除潜在的风险，保障站场的安全生产运行。
参考文献
[1] 赵文芳, 姜春明, 姜巍巍,等. HAZOP分析核心技术[J]. 安全．健康和环境, 2005, 5(3):3.
[2] 张晓凌. 浅谈HAZOP分析[J]. 城市建设理论研究（电子版）, 2014, 000(002):1-3.
作者简介：向波（1990.1-），湖北人，硕士，工程师；研究方向：设备自控仪表。
来源：化学工程与装备 - 官方网站 - 创刊于1972 2022年第12期 在线投稿 >>
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