HAZOP分析在天然氣長輸管道站場中的應用

馬成功

(國家管網集團 川氣東送天然氣管道有限公司,湖北 武漢 430074)

站場是天然氣長輸管道必不可少的組成部分,具有易燃易爆、高壓、生產連續性強、保供要求高等特點,一旦發生意外,將對人員身體健康、設施安全、生態環境、工業生產及民生等造成不同程度和不同形式的影響和危害。因此,很有必要通過危險與可操作性分析(HAZOP)識別天然氣長輸管道站場工藝流程中存在的設計缺陷、工藝過程中的潛在危險及可操作性問題,分析現有的控制措施,并提出相關整改意見,控制和降低風險,確保天然氣長輸管道站場安全、穩定運行。

目前,將HAZOP定性分析方法應用于天然氣長輸管道領域已有相關研究,張科等[1-2]從工藝角度出發,在直接收球工藝的基礎上提出間接收球工藝并對新工藝進行HAZOP分析,提高了收球作業的安全性和可靠性。同樣,基于HAZOP分析從工藝流程入手,對閥室工藝進行優化改造,實現從閥室注氮口直接對作業段干線進行氮氣置換,提高了作業效率并降低了作業風險。董勇等[3]采用HAZOP分析,針對天然氣集輸管道識別系統中的防止水合物生成等直接影響安全運行的風險,提出了危險和可操作性定量評估方法,通過模擬分析過程偏差,得到定量分析結果。陳曉瑋等[4]對天然氣長輸管道系統存在的風險利用HAZOP分析進行辨識,在HAZOP分析的基礎上引入層次分析法,建立了工藝參數的評價指標體系,實現了風險分析的半定量化。張陽[5]以錦州25-1南天然氣長輸管道大石橋分輸站為例,闡述了HAZOP分析在長輸管道天然氣站場的應用步驟和分析方法,提出了在管道項目建設前和運行過程中應持續應用HAZOP分析來規避或消除各類風險因素。但通過HAZOP定性分析天然氣長輸管道站場工藝并深入挖掘管理缺陷和注意事項仍存在一些問題需明確討論。

1 HAZOP分析原理

HAZOP技術是由英國帝國化學公司于20世紀70年代首先開發應用的,是一種對生產裝置的安全設計、操作進行風險識別和控制的主要手段[6-9]。它的原理是由各專業人員組成分析組,在研討會上分析工藝圖紙和操作流程,按規定系統全面地分析各個生產節點,討論其偏差可能帶來的危害及解決辦法[10]。分析過程主要包括劃分系統為若干節點、使用引導詞分析偏離設計工藝條件的偏差、分析這些偏差可能的原因、評估這些偏差的后果和已有安全保護措施等,同時提出應該采取的安全保護措施。

2 HAZOP分析流程

本文采用HAZOP定性分析方法的基本流程以劃分的節點要素為優先級進行分析,在分析流程過程中選擇要素步驟置于選擇引導詞之前,將引導詞應用于選擇的要素,得到節點范圍內的所有參數的偏離組合;再進一步進行偏離原因調查、識別結果與風險識別的分析流程,如圖1所示。

圖1 HAZOP分析基本流程示意

2.1 前期準備

HAZOP分析前期準備工作包括: 確定分析范圍和目標,組建HAZOP分析小組,收集所需資料,HAZOP分析方法培訓。

2.2 開展HAZOP分析

HAZOP分析工作以會議形式進行,分析內容包括: 節點劃分、偏差分析、識別現有的安全措施、風險評價、建議措施。

1)節點劃分。天然氣長輸管道站場分為首站、末站、壓氣站、分輸站、清管站、樞紐站和閥室。按照工藝流程,綜合使用工藝功能法和場區模塊法[11-14],結合工藝復雜性與單元功能,開展節點劃分。其中,壓氣站比其他站場多了壓縮機組,其他站工藝流程基本相似,故節點劃分基本一致;閥室工藝流程簡單,劃為一個節點。天然氣長輸管道站場HAZOP分析常用的節點劃分見表1所列。

表1 天然氣長輸管道站場常用的節點劃分

2)偏差分析。結合天然氣長輸管道站場工藝運行特點,分析可能的設計工藝條件偏離,確定適用的引導詞與要素構成偏差。天然氣長輸管道站場HAZOP分析常用的偏差及含義說明見表2所列。依次對選定的偏差從工藝、設備、儀表、控制和操作等方面分析討論該偏差發生的所有原因,參照GB/T 6441—1986《企業職工傷亡事故分類》規定,同時結合長輸天然氣領域的風險特征,確定偏差可能造成的后果。

表2 天然氣長輸管道站場常用的偏差及含義說明

3)識別現有的安全措施。按照分析的潛在事故發展過程,針對原因、中間事件、偏差、后果分別識別現有的安全措施。在識別風險控制措施時,考慮控制措施的優先順序為消除、替代、工程管理、隔離、程序、減少接觸時間、個人安全防護裝備等。

4)風險評價。結合企業風險管理制度要求,通常使用風險評估矩陣法(RAM)判別標準開展風險評價。在不考慮現有的安全措施的前提下評估后果嚴重性,綜合現有安全措施設置的完備性和可靠性以及維修維護工作完善性評估后果發生可能性,最終明確風險等級,并確定風險是否可容忍。當出現不可容忍風險、或風險雖可容忍但還有進一步的改進空間且費效比較低時,提出建議或改進的控制措施并組織落實,將風險降低到可容忍或可忽略的水平。

3 實例分析

針對實例分析的內容如下:

1)運用HAZOP分析對某壓氣站進行風險分析,根據站場設施和工藝流程,劃分了進站及收球、過濾分離、天然氣壓縮、計量、調壓、出站及發球、站內自用氣、放空火炬、儀表風、排污共10個節點單元。通過對原因、可能的后果所發生的概率等級F和后果等級C的評估,計算出風險分值R,得出風險評分矩陣見表3所列,針對壓縮機出口部分的HAZOP分析記錄見表4所列。

表3 某壓氣站風險評分矩陣

表4 某壓氣站HAZOP分析記錄(部分)

2)針對某長輸管道26個站場開展了HAZOP分析,結合國家標準、行業規范,分析發現問題并提出對應的建議措施292條,改善了企業安全生產的規范性管理,對預防同類事故的重復發生具有重要作用。

典型問題分析思路舉例如下:

1)壓縮機組出口未設置壓力高高報警聯鎖的問題。根據GB 50251—2015要求,每臺壓縮機組應設置安全保護裝置,并應符合壓縮機氣體出口應設置壓力高限報警和高限越限停機裝置的規定。為防止壓縮機組出口壓力超高造成后流程管道超壓損壞,提出在壓縮機出口增設壓力高高報警聯鎖功能的建議措施。

2)閥室工藝管道及儀表流程圖(P&ID),現場放空管線上的手動球閥為常開設計,但現場處于關閉狀態,與設計不符。目前閥室均無人值守,當遇緊急放空時,應急人員需趕赴閥室,且需依次打開手動球閥,延長了緊急放空的時間,增大了緊急放空不及時造成管線超壓損壞的風險。因此,提出建議按照P&ID圖將手動球閥調整為常開狀態。

統計HAZOP分析發現的問題,包括共性問題和個性問題。針對發現的共性問題將追根溯源,進一步查找管理缺陷并制定相應的管理措施,如針對現場儀表設置與設計文件不符的問題,明確變更要求并嚴格執行,及時更新工藝流程圖、P&ID圖等相關文件資料;針對排污裝車區未設靜電接地樁的問題,明確排污裝車區設計要求,排污裝車區設置靜電接地樁,規避新建裝置出現同類問題。針對發現的個性問題深入分析原因,從管理、技術角度提出建議措施,以解決根本問題,如某站場調節流量后冰堵的問題,要求生產單位核實調流閥冰堵的根本原因,必要時增設調流閥加熱措施。最終針對長輸天然氣管道站場工藝形成了HAZOP分析報告用于建議措施整改與追蹤。

4 注意事項

在采用HAZOP分析時,還需注意以下事項:

1)工藝流程圖、工藝管道及P&ID圖、設備一覽表、操作規程是HAZOP分析的基礎,其中P&ID圖的完善性影響了HAZOP分析的精準性。P&ID圖應體現站場工藝裝置的全部設備、儀表、管道、閥門及主要管件,完整描述工藝裝置的結構和功能,因此站場要重視P&ID圖管理。同時,當站場發生工藝或設備變更時需及時更新P&ID圖確保與現場保持一致。

2)HAZOP分析涉及多個專業,參與人員的多樣性影響了HAZOP分析的全面性。HAZOP分析不應是“一人堂”,應根據裝置所處壽命階段,按需組織HAZOP主席、HAZOP記錄員、工藝工程師、操作人員、儀表工程師、安全工程師、設備工程師、專利商或供貨代表、設計等人員參與,分析過程中盡量保證主要分析人員不發生變動。

3)高度重視、加強監管,確保建議措施落實到位。按照風險大小,結合企業現狀,確定HAZOP分析發現問題待解決的輕重緩急,明確HAZOP建議措施落實的優先順序,并明確責任人。相關部門和單位要對HAZOP建議措施的落實過程進行監督和檢查,確保所有的HAZOP建議措施在生產運行過程中得到落實,以保證站場的安全可靠運行。

5 結束語

為有效識別天然氣長輸管道站場運行的潛在風險,通過梳理、探討HAZOP分析方法的各工作流程,并與長輸天然氣管道站場工藝特點相結合,確定了節點劃分、偏差使用、風險評價等關鍵過程的分析思路與原則。通過在天然氣長輸管道站場全面推行HAZOP方法,結合國家、行業標準規范,識別了高風險的工藝設計條件偏離問題,歸類、梳理分析發現的問題,針對共性問題和個性問題分別從技術、管理上提出改進措施,有效防控了事故的發生,同時驗證了本文思路的可操作性。