1、危险性和可操作性研究 Hazard and Operability Studies,孙文勇 卢洋龙 刘虎华,Hazard and Operability Studies,第一部分 前言 第二部分 HAZOP的基本含义 第三部分 HAZOP分析术语 第四部分 HAZOP分析流程 第五部分 趣味课堂 第六部分 HAZOP课堂知识扩展 第七部分 HAZOP案例分析,第一部分前言,2010年1月17日20时吉林省吉林市生产丙烯酸丁酯的吉星化工厂发生火灾,1984年，美国联合碳化物公司印度博帕尔农药厂45吨甲基异氰酸酯几乎全部泄漏。20万人中毒，2万人死亡。全厂被毁，遗址几十年内无法用于任何用途。,第二
2、部分HAZOP的基本含义,危险性和可操作性研究HAZOP,HAZOP是一种系统化、结构化的方法，以多专业团队人员的集体智慧方式，在有经验的组长主持下，采用标准化“引导词”对装置过程系统的中间变量设定“偏离”，沿偏离在系统中反向查找非正常“原因”，沿偏离在系统中正向查找不利“后果”。查找系统中针对各重要“原因后果”对偶已有的安全措施，提出整改或新的安全措施建议。,HAZOP方法由来,HAZOP分析方法是英国帝国化学工业公司（ICI）蒙德分部于上世纪60年代发展起来的以引导词（Guide Words）为核心的系统危险分析方法，已经有40年应用历史，起初主要用来检查设计的安全性以及识别危险的原因及不
3、利后果。,HAZOP方法的基础,头脑风暴（Brain Storming）相关的多种专业、具有不同知识背景的人员所组成的分析组一起工作比他们独自一人单独工作更具有创造性与系统性，能识别更多的问题。,HAZOP方法的基本原理,将危险剧情中部的变量点“拉偏”，从该变量点反向检查分析偏离原因，从该变量点正向检查分析偏离的不利后果。,适用范围,它通过系统分析新设计或已有工厂的生产工艺流程和工艺功能，来评价设备、装置的个别部位因误操作或机械故障而引起的潜在危险，并评价其对整个工厂的影响。特别适合于流程工业系统的风险评价。,HAZOP的目的,HAZOP分析的目的是系统、详细地对工艺过程和操作进行检查，以确定
4、流程的偏差是否导致不希望的后果。该方法可用于连续或间歇过程，还可以对拟订的操作规程进行分析。HAZOP分析组将列出引起偏差的原因、后果，以及针对这些偏差及后果已使用的安全措施，当分析组确信对这些偏差的保护措施不当时，将提出相应的改进措施。,HAZOP的优点,相互促进、开拓思路因此，成功的HAZOP分析需要所有参加人员自由地陈述他们各自的观点，不允许成员之间的批评或指责以免压制这种创造性过程。但是，为了让HAZOP分析过程高效率和高质量，整个分析过程必须有一个系统的规则、按一定的程序进行。,识别导致安全和可操作性的设计缺陷； 解决大型工厂的一些问题包括界面和具体的工艺设计； 帮助安全设计工厂；工
5、厂设计步骤中的一个程序。 帮助培训的进行和帮助准备操作手册； 是对设计从安全、可操作性和规范符合性等方面严格地和系统性的检查； 节约费用； 可向管理层、政府机构和公众说明所有防治危险的可能所做的工作已经完成。,HAZOP的成败关键,对分析研究所依据的制造过程图表及有关数据把握的正确性； 小组成员的专业技术和洞察能力； 小组成员运用此方法帮助其想象动作偏离、原因和后果的透视能力； 小组成员具备事故严重性分析能力，尤其是对已指出的危害，在评估其严重性之时能对危害可能引起的严重性大小，具有衡量其轻重之感。,HAZOP分析易出现的问题,费时； 分析的结论太多，重点不突出； 分析小组进入无休止的过细的讨
6、论之中； 少数成员支配了讨论。,听到这里我想大家对危险性和可操作性研究（HAZOP）有了大概的了解了吧，那危险性和可操作性研究（HAZOP）与我们所学的安全检查表、故障树分析（FTA）、故障模式与影响分析（FMEA)有什么区别和联系呢？,HAZOP方法和传统的检查表法的 主要区别和联系是什么？,主要区别是检查表用来普查危险“原因”和“后果”在装置的哪些部位发生，而HAZOP用于揭示系统性危险，即找到检查表得到的“原因”与“后果”的内在关系以及防止该危险发生的措施。两者联系是，检查表的结果为HAZOP提供基本信息。,HAZOP方法与FTA和FMEA的区别又是什么呢？,HAZOP采用双向推理机制进
7、行 分析溯因推理,HAZOP基于定性方法，综合了FTA和FMEA两种推理模式，有利于识别全部危险剧情，易于推广应用，是HAZOP生命力所在。,故障树分析（FTA）采用归纳 法推理,归纳法为单向推理，从个别到一般，即从多种原因到一个不利后果。FTA方法涉及逻辑运算、故障树建模和定量发生概率数据获取等问题，用于复杂系统分析难度很大。,故障模式与影响分析（FMEA） 采用演绎法推理,演绎法为单向推理，从一般到个别，即从单个原因到多种不利后果。,第三部分HAZOP分析术语,常用HAZOP分析术语,HAZOP基本引导词和含义,引导词 含义NO 或者NOT 设计目的的完全否定MORE 定量增加LESS 定
8、量减少AS WELL AS 定性修改/增加PART OF 定性修改/减少REVERSE 设计目的的逻辑取反OTHER THAN 完全替代,HAZOP与时间和顺序或序列 有关的引导词,引导词 含义EARLY（超前） 相对于时钟时间LATE（迟后） 相对于时钟时间BEFORE（先） 相对于顺序或序列AFTER（后） 相对于顺序或序列,化工HAZOP分析常用工艺 参数及句法,流量、液位、压力、温度、组成、PH、时间、速度、转速、频率 化工HAZOP句法（组合偏离）:“ 引导词 工艺参数 偏离”例如： NO （空白） FLOW（流量） 无流量MORE（过量） PRESSURE（压力） 压力高AS WE
9、LL AS（伴随） ONE PHASE（一相） 两相EARLY （超前） OPERATION（操作） 操作超前,主要引导词的进一步说明,No 否对原设计意图的全部消除或没有实现。组合偏离例：流量/否 无流量压力/否 无压力 Less （定量）减少参数的值比预期的少（小、低）组合偏离例：流量/少 流量小压力/少 压力低,主要引导词的进一步说明,More （定量）增加参数的值比预期的多（大、高）。组合偏离例：温度/增 温度高压力/增 压力高 Reverse 反向对于原设计意图相反的方向。组合偏离例：流量/反向 流量反向,主要引导词的进一步说明,Other 其它原设计意图实现，但实现的方法不同。组合
10、偏离例：流量/其它 不期望的量组成/其它 不期望的份 Early （时间）早原设计意图出现得过早。组合偏离例：流量/早 流量产生早稳定/早 预期的温度（高或低）取得过早,主要引导词的进一步说明,Late 晚引导词早的对立面。组合偏离例：液位/晚 预期容器中的液位（高或低）建立过晚 Also （局部）异常原设计意图正常，但有局部异常（额外物）组合偏离例：流量/异常 流量污染液位/异常 容器中有不期望的物质,主要引导词的进一步说明, Fluctuation （变动）波动原设计意图只在部分时间内实现。组合偏离例：流量/波动 流量时有时无温度/波动 温度时高时低,使用引导词时的注意事项,引导词常用于两
11、类工艺参数： 一类是概念性的工艺参数如反应、混合； 另一类是具体的工艺参数如压力、温度。,对于概念性的工艺参数，当与引导词组合成偏差时，常发生歧义，如“过量+反应” 是指反应速度快，或者是指生成了大量的产品。此外有些引导词与工艺参数组合后可能无意义或不能称之为“偏差”，如“伴随+压力”。,对具体的工艺参数，有必要对一些引导词进行修改。此外，分析人员可能发现有些偏差的物理意义不确切。例如，当考虑“温度”这个工艺参数时，一般只能选取“过量”和“减量”这两个引导词，而偏差就变成“过量十温度”或“减量十温度”，显然其物理意义就不确切。,课堂练习,无流量,流量大,流量小,输送过程中有其他物质,物质含量不
12、足,反向输送,输送的不是该物质,第四部分HAZOP分析流程,HAZOP分析主要工作程序,危险分析的准备；通过小组会议完成分析；编制分析结果报告。,HAZOP主要分析步骤,确定分析目标； 组成HAZOP小组，确定组长； 技术资料准备； 偏离词选定； 风险矩阵确定（非规定内容）； 小组会议（系统分解、选定关键变量、偏离分析）； 完成HAZOP分析报告。,一、分析准备,分析组的组成危险分析组的组织者应当负责组成有适当人数且有经验的HAZOP分析组。HAZOP分析组最少由4人组成，包括组织者、记录员、两名熟悉过程设计和操作的人员。虽然对简单、危险情况较少的过程而言，规模较小的分析组可能更有效率，但57
13、人的分析组是比较理想的。如果分析组规模太小，则由于参加人员的知识和经验的限制将可能得不到高质量的分析结果。,小组召集人应具备工业安全及实际进行危害分析及实际进行危害及可操作性分析经验的资深工程师担任。 工艺工程师：熟悉基本设计、程序模拟； 仪表工程师：具备设备及控制系统选择经验； 安全工程师：了解安全标准、法规、安全管 理等； 其他专业人员：工业卫生专业人员、电机工 程师、维修工程师等,确定分析的目的、对象和范围分析的目的、对象和范围必须尽可能的明确。分析对象通常是由装置或项目的负责人确定的，并得到HAZOP分析组的组织者的帮助。应当按照正确的方向和既定目标开展分析工作，而且要确定应当考虑到哪
14、些危险后果。,获取必要的资料在进行HAZOP分析工作之前，必须收集下列资料或数据： （1）流程图、管线及仪表图、设计标准 （2）流程说明、质能平衡、生产计划、生产目标 （3）设备规格、设备布置图 （4）公共及支援设施说明 （5）操作步骤及维修计划,将资料变成适当的表格并拟订分析顺序为了让分析过程有条不紊，分析组的组织者通常在分析会议开始之前要制定详细的计划，必须花一定的时间根据特定的分析对象确定最佳的分析程序。连续过程：已更新的图纸，初步偏差目录，工作表 间歇过程：操作程序,安排会议次数及时间每个分析节点平均需2030分钟每个设备分配23小时每次会议持续时间不要超过46小时（最好安排在上午），
15、而且分析会议应连续举行。最好把装置划分成几个相对独立的区域，每个区域讨论完毕后，会议组作适当修整，再进行下一区域的分析讨论。对于大型装置或工艺过程，可以考虑组成多个分析组同时进行，由某个分析组的组织者担任协调员，协调员首先将过程分成相对独立的若干部分，然后分配给各个组去完成。,二、完成分析,HAZOP分析需要将工艺图或操作程序划分为分析节点或操作步骤，然后用引导词找出过程的危险。,确定研究范围和目标,评估装置概要,准备导引词清单,将系统分割成多个节点,计划如何评估,一段接一段进行评估,描述设计意图，操作条件,考虑第一或下一导引词,识别所有原因并作记录,识别所有的后果并作记录,列出所有的安全措施
16、并记录,对需要采取的行动形成一致意见并作记录,最后导引词,进行下一节点,风险分级,分析的难点,扩展导引词/偏差 原因的分析（在节点内找，找完原因后再接着分析） 后果的分析（可超出节点范围、寻找最严重的后果、不考虑现有保护装置） 保护装置 记录和建议的采取,会议组织者应注意的问题,HAZOP分析的组织者把握分析会议上所提出的问题的解决程度很重要，为尽量减少那些悬而未决的问题，他应当：每个偏差的分析及建议措施完成之后再进行下一偏差的分析；在考虑采取某种措施以提高安全性之前应对与分析节点有关的所有危险进行分析。,为保证会议的高效率，组织者必须牢记以下几点：不要与分析组成员对抗；认真听取所有成员的意见
17、；在会议进行过程中，不允许任何人有抵触；必要的休息以保持旺盛的精力。,编制分析结果文件,示例,五、定性风险评估风险等级确定,HAOZP研究中，小组成员必须决定： 原因的频率？ 后果的严重性？ 这就是简单的定性风险分析,定性风险评估目的,为什么要进行定性风险分析 风险是否可以接受？ 是否必须进行变更？ 是否需要进一步研究？,HAZOP危险分级方法举例,1. 频度（F）F（Frequency）: 危险可能发生的频度（次/年）分级代码0 1次/1000年1 1次/100年2 1次/10年3 1次/1年4 1次/1月,2. 严重度（S）S（Severity）: 潜在危险的严重程度0 轻度1 一般2 较
18、重3 严重4 灾难,3. 危险分类（C）C（Hazard Category）: 危险分类1 人员伤害2 设备损坏3 工厂停产4 环境影响5 外界反应,风险矩阵中代码含义：U 不可接受水平的风险，需要考虑重新设计该系统。R 需要考虑减少风险的措施。 C 风险水平的减少措施不需要较大的开支，然而， 有可能的话，应当采用控制和安全规程等措施。,六、编制HAZOP报告,HAZOP报告初始报告 分送信 标题页 目录 总结 1.介绍 2.工艺，装置或操作描述 3.主要建议,HAZOP报告初始报告附录 A. 完整的安全建议清单 B. 完整的操作性建议清单 C. 为最终报告保留 D. 为最终报告保留 E. H
19、AZOP研究记录页 F. HAZOP研究小组成员 G. HAZOP各阶段小组成员 H. 研究用的图纸 I. 各阶段用的图纸 J. 研究方法的描述 K. 每一节用的导引词 L. HAZOP研究范围 M. 实际研究后已作标记图纸的存档位置,HAZOP报告报告内容 研究的范围和目标 单元或工艺的描述 研究方法的描述 小组成员和时间 研究用P&ID，包括版本号 HAZOP记录,HAZOP报告最终报告 分送信 标题页 目录 总结 1.介绍 2.工艺，装置或操作描述 3.主要建议 4.对主要建议的管理层反应,HAZOP报告最终报告附录 A. 完整的安全建议清单 B. 完整的操作性建议清单 C. 拒绝的安全
20、建议 D. 拒绝的操作性建议 E. HAZOP研究记录页 F. HAZOP研究小组成员 G. HAZOP各阶段小组成员 H. 研究用的图纸 I. 各阶段用的图纸 J. 研究方法的描述 K. 每一节用的导引词 L. HAZOP研究范围 M. 实际研究后已作标记图纸的存档位置,第五部分趣味课堂,有趣的安全警语,1、马来西亚佛州的交通安全标语：“阁下，驾驶汽车时速不超过3030英里，您 可以饱览本地美丽的景色；超过 60 英里，请到法庭作客；超过 80 里，欢迎光顾本地设备最选进的医院；超过 100 英里， 请君安息吧！ ” ！英 2、您愿意做第4个吗美国一处高速公路的拐弯处的文字令人触目惊心： “
21、此：处已摔死 3个，您愿意做第 4个吗？,3、三思而后行“一辆耀武扬威的大卡车上挂着一块大木牌，上书：“本车与它车相撞 17 次，其中 15 次大胜， 次平局，只有一 1次失利。请君在撞我之前要三思而后行。” 4、墨西哥城的告示：“请驾驶员小心，切勿超速行驶-本城一无医院二无医生三无药品。”,5、我只喜欢开慢车的浪漫的美国人在一处公路上的转弯处树立了一块新颖的 标志牌 - 画面上一位美丽的姑娘的微笑着说： “我只喜：欢开慢车的。” 6、令人费解的路牌在美国宾夕法尼亚州兰开斯特地区的一处公路旁树立着一块令人费解的路牌：“请您注意，裸体主义者*道。”过往的驾驶员因不解其意，不由自主地放慢了车速。其
22、实，这块路牌并非警察所立，只是当地的一位农场主所立，他的目的也只是利用费解的内容引起驾驶员注意，使其降低车速，从而保证他的4个孩子能安全地穿过马路。,第六部分HAZOP课堂知识扩展,近年来HAZOP应用领域的扩展,HAZOP是面向过程工业系统所开发的安全技术。近年来，应用范围扩大了，例如将HAZOP用于：有关可编程电子系统；有关道路、铁路等运输系统；检查操作顺序和规程；评价工业管理规程；评价特殊系统，如航空、航天、核能、军事设施、医疗设备；突发事件分析；软件和信息系统危险分析（2008）。,可编程电子系统 HAZOP分析,近年来HAZOP应用领域的扩展,近年来HAZOP应用领域的扩展,海上钻井
23、及采油平台HAZOP分析,近年来HAZOP应用领域的扩展,撞船事故HAZOP分析,近年来HAZOP应用领域的扩展,天然气工程HAZOP分析,近年来HAZOP应用领域的扩展,美国通用公司海底供电系统HAZOP分析,近年来HAZOP应用领域的扩展,德国：汽车驾驶系统HAZOP分析,近年来HAZOP应用领域的扩展,美国、英国等海陆空三军军事设施HAZOP分析,近年来HAZOP应用领域的扩展,核电站HAZOP分析,近年来HAZOP应用领域的扩展,航空系统 HAZOP分析,近年来HAZOP应用领域的扩展,航天设施 HAZOP分析,近年来HAZOP应用领域的扩展,突发事件 HAZOP分析,HAZOP分析的
24、其他形式,对基于引导词的HAZOP分析方法有两种基本的变化： （l）分析组识别偏差的方式不同； （2）编制HAZOP分析结果文件的方式不同。,一、偏差的识别,1、基于偏差库的方法基于偏差库的方法非常类似于基于引导词的方法。在HAZOP分析会议之前，HAZOP组织者或记录员应该对标准偏差库进行调查，以确定每个节点或操作步骤的偏差是恰当的。此外，不取决于组织者或记录员划分分析节点的熟练程度，如果分析人员确信某些偏差在节点的上游或下游可以分析它们的影响，则在该节点不分析这些偏差。,根据节点类型建立的偏差库例,2、基于知识的方法基于知识的方法是一种特殊的基于引导词的HAZOP分析，但所使用的引导词部分
25、或全部来自分析组的知识和特殊的检查表。这种知识库用来对当前设计与根据以往装置经验建立的并形成文件的基本设计实践相比较，这种HAZOP分析的前提是分析组成员对大量的设计标准非常熟悉，这种方法的优点是过去的经验转化为实践，而且在装置的设计和建设过程的各个阶段都可使用。,二、编制分析结果文件的方法,1、偏差到偏差的HAZOP表在偏差到偏差（DBD）方法中，所有的原因、后果、保护装置及建议措施都与一个特定的偏差联系在一起，但该偏差下单个的原因、后果、保护装置之间没有关系，因此，对某个偏差所列出的所有原因并不一定产生所列出的所有后果，换句话说某偏差的原因后果保护设施之间没有对应关系。例如，蒸汽流量高和外
26、部着火均能导致温度升高，但喷淋系统只对着火起安全保护作用。用DBD方法得到的HAZOP分析文件表需要阅读者自己推断原因、后果、保护设施及建议措施之间的关系。DBD方法应用较多，主要是因为所需时间少而且其长度与其他方法相比也少得多。,2、原因到原因的HAZOP表在原因到原因（CBC）方法中，表中原因、后果、保护设施及建议措施之间有准确的对应关系。分析组可以找出某一偏差的各种原因，每个原因单独对应着某个（或几个）后果以及保护设施。例如对偏差“泵泄漏”，第一个原因是由于密封故障，表中将列出所有与密封故障有关的后果、安全设施及建议措施，然后再分析其他原因，可能是泵壳法兰故障。因此，CBC处理的数据比D
27、BD准确得多，而且CBC能减少歧义。例如，液位控制器失效可能导致高液位，但是同一个液位控制器也许就是对付高流量引发高液位的安全保护装置，按照DBD的方式，同一项目既是原因又是安全保护装置将引起混淆。因此，为准确起见，最好使用CBC方式。,3、只有异常情况的HAZOP表在这种方法中，表中只包含那些分析组认为原因可靠、后果严重的偏差，这种方法的优点是分析时间和表格长度大大缩短；但缺点也是明显的，最大的缺点是这样的分析几乎不可能完整，如果这份报告是提交给有关安全管理机构的话显然是不行的。这种方法可与CBC和DBD一起使用。,4、只有建议措施的HAZOP表这种方法被认为能最大地减少HAZOP分析文件的
28、长度，这种方法只记录分析组作出的提高安全的建议措施。这些建议措施可供风险管理决策使用。这种方式能节省大量时间，但无法显示分析的质量。,第七部分HAZOP案例分析,接料罐,p1,过滤器,泵,储罐,混合器,接料罐,p1,过滤器,泵,储罐,混合器,TE,一、工艺流程简介,右图所示为磷酸氢二铵（DAP）生产的工艺流程图。在该工艺中，磷酸溶液与氨水溶液加入到带夹套的搅拌反应釜中，磷酸与氨反应生成DAP，DAP是无任何危险的产品。所生成的DAP放入一敞开贮槽中。在氨水溶液贮槽、磷酸溶液贮槽及反应釜上都安装了安全阀。,二、过程分析,将引导词用于工艺参数，对连接DAP反应器的磷酸溶液进料管线进行分析：,分析节
29、点：连接DAP反应器的磷酸溶液进料管线 设计工艺指标：磷酸以某规定流量进入DAP反应器 引导词：空白 工艺参数：流量 偏差：空白+流量=无流量 后果： 1. 反应器中氨过量，导致 2.未反应的氨进入DAP贮槽，结果是 3.未反应的氨从DAP贮槽中逸出到封闭的工作区域 4.损失DAP产品,原因：1.磷酸贮槽中无原料2.流量指示器控制器因故障显示值高3.操作人员将流量控制器设置过低4.磷酸流量控制阀因故障关闭5.管道堵塞6.管道泄漏或破裂 安全保护：定期维护阀门B 建议措施：1.考虑安装当进入反应器的磷酸流量低时报警停车系统2.保证定时检查和维护阀门B3.考虑使用DAP封闭贮槽，并连接洗涤系统,三、分析结果表,四、间歇过程的HAZOP分析方法,谢 谢 ！,
