HAZOP分析在天然气长输管道站场中的应用

马成功

(国家管网集团 川气东送天然气管道有限公司,湖北 武汉 430074)

站场是天然气长输管道必不可少的组成部分,具有易燃易爆、高压、生产连续性强、保供要求高等特点,一旦发生意外,将对人员身体健康、设施安全、生态环境、工业生产及民生等造成不同程度和不同形式的影响和危害。因此,很有必要通过危险与可操作性分析(HAZOP)识别天然气长输管道站场工艺流程中存在的设计缺陷、工艺过程中的潜在危险及可操作性问题,分析现有的控制措施,并提出相关整改意见,控制和降低风险,确保天然气长输管道站场安全、稳定运行。

目前,将HAZOP定性分析方法应用于天然气长输管道领域已有相关研究,张科等[1-2]从工艺角度出发,在直接收球工艺的基础上提出间接收球工艺并对新工艺进行HAZOP分析,提高了收球作业的安全性和可靠性。同样,基于HAZOP分析从工艺流程入手,对阀室工艺进行优化改造,实现从阀室注氮口直接对作业段干线进行氮气置换,提高了作业效率并降低了作业风险。董勇等[3]采用HAZOP分析,针对天然气集输管道识别系统中的防止水合物生成等直接影响安全运行的风险,提出了危险和可操作性定量评估方法,通过模拟分析过程偏差,得到定量分析结果。陈晓玮等[4]对天然气长输管道系统存在的风险利用HAZOP分析进行辨识,在HAZOP分析的基础上引入层次分析法,建立了工艺参数的评价指标体系,实现了风险分析的半定量化。张阳[5]以锦州25-1南天然气长输管道大石桥分输站为例,阐述了HAZOP分析在长输管道天然气站场的应用步骤和分析方法,提出了在管道项目建设前和运行过程中应持续应用HAZOP分析来规避或消除各类风险因素。但通过HAZOP定性分析天然气长输管道站场工艺并深入挖掘管理缺陷和注意事项仍存在一些问题需明确讨论。

1 HAZOP分析原理

HAZOP技术是由英国帝国化学公司于20世纪70年代首先开发应用的,是一种对生产装置的安全设计、操作进行风险识别和控制的主要手段[6-9]。它的原理是由各专业人员组成分析组,在研讨会上分析工艺图纸和操作流程,按规定系统全面地分析各个生产节点,讨论其偏差可能带来的危害及解决办法[10]。分析过程主要包括划分系统为若干节点、使用引导词分析偏离设计工艺条件的偏差、分析这些偏差可能的原因、评估这些偏差的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。

2 HAZOP分析流程

本文采用HAZOP定性分析方法的基本流程以划分的节点要素为优先级进行分析,在分析流程过程中选择要素步骤置于选择引导词之前,将引导词应用于选择的要素,得到节点范围内的所有参数的偏离组合;再进一步进行偏离原因调查、识别结果与风险识别的分析流程,如图1所示。

图1 HAZOP分析基本流程示意

2.1 前期准备

HAZOP分析前期准备工作包括: 确定分析范围和目标,组建HAZOP分析小组,收集所需资料,HAZOP分析方法培训。

2.2 开展HAZOP分析

HAZOP分析工作以会议形式进行,分析内容包括: 节点划分、偏差分析、识别现有的安全措施、风险评价、建议措施。

1)节点划分。天然气长输管道站场分为首站、末站、压气站、分输站、清管站、枢纽站和阀室。按照工艺流程,综合使用工艺功能法和场区模块法[11-14],结合工艺复杂性与单元功能,开展节点划分。其中,压气站比其他站场多了压缩机组,其他站工艺流程基本相似,故节点划分基本一致;阀室工艺流程简单,划为一个节点。天然气长输管道站场HAZOP分析常用的节点划分见表1所列。

表1 天然气长输管道站场常用的节点划分

2)偏差分析。结合天然气长输管道站场工艺运行特点,分析可能的设计工艺条件偏离,确定适用的引导词与要素构成偏差。天然气长输管道站场HAZOP分析常用的偏差及含义说明见表2所列。依次对选定的偏差从工艺、设备、仪表、控制和操作等方面分析讨论该偏差发生的所有原因,参照GB/T 6441—1986《企业职工伤亡事故分类》规定,同时结合长输天然气领域的风险特征,确定偏差可能造成的后果。

表2 天然气长输管道站场常用的偏差及含义说明

3)识别现有的安全措施。按照分析的潜在事故发展过程,针对原因、中间事件、偏差、后果分别识别现有的安全措施。在识别风险控制措施时,考虑控制措施的优先顺序为消除、替代、工程管理、隔离、程序、减少接触时间、个人安全防护装备等。

4)风险评价。结合企业风险管理制度要求,通常使用风险评估矩阵法(RAM)判别标准开展风险评价。在不考虑现有的安全措施的前提下评估后果严重性,综合现有安全措施设置的完备性和可靠性以及维修维护工作完善性评估后果发生可能性,最终明确风险等级,并确定风险是否可容忍。当出现不可容忍风险、或风险虽可容忍但还有进一步的改进空间且费效比较低时,提出建议或改进的控制措施并组织落实,将风险降低到可容忍或可忽略的水平。

3 实例分析

针对实例分析的内容如下:

1)运用HAZOP分析对某压气站进行风险分析,根据站场设施和工艺流程,划分了进站及收球、过滤分离、天然气压缩、计量、调压、出站及发球、站内自用气、放空火炬、仪表风、排污共10个节点单元。通过对原因、可能的后果所发生的概率等级F和后果等级C的评估,计算出风险分值R,得出风险评分矩阵见表3所列,针对压缩机出口部分的HAZOP分析记录见表4所列。

表3 某压气站风险评分矩阵

表4 某压气站HAZOP分析记录(部分)

2)针对某长输管道26个站场开展了HAZOP分析,结合国家标准、行业规范,分析发现问题并提出对应的建议措施292条,改善了企业安全生产的规范性管理,对预防同类事故的重复发生具有重要作用。

典型问题分析思路举例如下:

1)压缩机组出口未设置压力高高报警联锁的问题。根据GB 50251—2015要求,每台压缩机组应设置安全保护装置,并应符合压缩机气体出口应设置压力高限报警和高限越限停机装置的规定。为防止压缩机组出口压力超高造成后流程管道超压损坏,提出在压缩机出口增设压力高高报警联锁功能的建议措施。

2)阀室工艺管道及仪表流程图(P&ID),现场放空管线上的手动球阀为常开设计,但现场处于关闭状态,与设计不符。目前阀室均无人值守,当遇紧急放空时,应急人员需赶赴阀室,且需依次打开手动球阀,延长了紧急放空的时间,增大了紧急放空不及时造成管线超压损坏的风险。因此,提出建议按照P&ID图将手动球阀调整为常开状态。

统计HAZOP分析发现的问题,包括共性问题和个性问题。针对发现的共性问题将追根溯源,进一步查找管理缺陷并制定相应的管理措施,如针对现场仪表设置与设计文件不符的问题,明确变更要求并严格执行,及时更新工艺流程图、P&ID图等相关文件资料;针对排污装车区未设静电接地桩的问题,明确排污装车区设计要求,排污装车区设置静电接地桩,规避新建装置出现同类问题。针对发现的个性问题深入分析原因,从管理、技术角度提出建议措施,以解决根本问题,如某站场调节流量后冰堵的问题,要求生产单位核实调流阀冰堵的根本原因,必要时增设调流阀加热措施。最终针对长输天然气管道站场工艺形成了HAZOP分析报告用于建议措施整改与追踪。

4 注意事项

在采用HAZOP分析时,还需注意以下事项:

1)工艺流程图、工艺管道及P&ID图、设备一览表、操作规程是HAZOP分析的基础,其中P&ID图的完善性影响了HAZOP分析的精准性。P&ID图应体现站场工艺装置的全部设备、仪表、管道、阀门及主要管件,完整描述工艺装置的结构和功能,因此站场要重视P&ID图管理。同时,当站场发生工艺或设备变更时需及时更新P&ID图确保与现场保持一致。

2)HAZOP分析涉及多个专业,参与人员的多样性影响了HAZOP分析的全面性。HAZOP分析不应是“一人堂”,应根据装置所处寿命阶段,按需组织HAZOP主席、HAZOP记录员、工艺工程师、操作人员、仪表工程师、安全工程师、设备工程师、专利商或供货代表、设计等人员参与,分析过程中尽量保证主要分析人员不发生变动。

3)高度重视、加强监管,确保建议措施落实到位。按照风险大小,结合企业现状,确定HAZOP分析发现问题待解决的轻重缓急,明确HAZOP建议措施落实的优先顺序,并明确责任人。相关部门和单位要对HAZOP建议措施的落实过程进行监督和检查,确保所有的HAZOP建议措施在生产运行过程中得到落实,以保证站场的安全可靠运行。

5 结束语

为有效识别天然气长输管道站场运行的潜在风险,通过梳理、探讨HAZOP分析方法的各工作流程,并与长输天然气管道站场工艺特点相结合,确定了节点划分、偏差使用、风险评价等关键过程的分析思路与原则。通过在天然气长输管道站场全面推行HAZOP方法,结合国家、行业标准规范,识别了高风险的工艺设计条件偏离问题,归类、梳理分析发现的问题,针对共性问题和个性问题分别从技术、管理上提出改进措施,有效防控了事故的发生,同时验证了本文思路的可操作性。