2 危险和可操作性（HAZOP）
2.1 HAZOP分析方法的现状和影响 2.1.1 HAZOP的内涵
HAZOP一词是于20世纪70年代早期由ICI公司建立提出的，其含义是危险与可操作分析（Hazard and Operability Analysis, 简称HAZOP）。可操作性分析也称为安全操作研究，是以系统工程为基础的危险分析方法。该方法采用表格式分析形式，具有专家分析法的特性，主要适用于连续性生产系统的安全分析与评价，是一种启发性的、实用性的定性分析方法。 2.1.2 HAZOP的地位
HAZOP是一种系统化地分析流程潜在危害的分析方法，并已被证实可应用于石化行业或核工业中的项目概念设计、工程设计、技术改造、现有生产装置、装置维修和研究试验装置中的应用。HAZOP与JHA、专家、设计评审、安全检查的比较见表2-1
表2-1 HAZOP与各种运用方法的比较
2.1.3 HAZOP方法应用现状
HAZOP能够预期分析、发现问题，将危险消灭在最初阶段是人们最想得到的结果。这也是安全评价所要解决的主要问题。危险与可操作性分析方法以其分
析全面、系统、细致等突出优势成为目前危险性分析领域最盛行的分析方法之一。 英国石化有限公司制定的《健康、安全和环境标准与程序》（HSE8）中明确规定在项目设计阶段必须进行设计方案的HAZOP分析；
德国拜尔公司1997年制定《过程与工厂安全指导》中规定，其所属工厂必须进行HAZOP分析并形成安全评估报告；
美国政府颁布的《高度危险化学品处理过程的安全管理》（PSM）法规中也建议采用HAZOP方法对石油化工装置进行危险评估。
在我国，危化品建设项目的验收前评价，建议以安全检查表的方法为主，尽可能以危险和可操作性研究法（HAZOP）为辅。 2.1.4 HAZOP方法介绍
该方法是由有经验的跨专业的专家小组对装置的设计和操作提出有关安全上的问题，共同讨论解决问题的方法。主流HAZOP分为传统HAZOP和基于模型的HAZOP （Model-based HAZOP）。传统技术常用的形式有三种，即引导词方式（Guide Word Approach）、经验式 （Knowledge-Based HAZOP）和检查表式（Checklist）。而基于模型的HAZOP则是今年来随着计算机工具的发展而兴起的一种基于各种不同数学模型的辅助手段。 1. 基于引导词的HAZOP
将连续的工艺流程分成许多片段，根据相关的设计参数指导词，对工艺或操作上可能出现的与设计标准参数偏离的情况来提出问题，组长引导小组成员寻找产生偏离的原因，如果该偏离导致危险发生，小组成员将对该危险做出简单的描述、评估安全措施是否充分，并可为设计和操作推荐更为有效的安全保障措施。如此对设计的每段工艺反复使用该方法分析，直到每段工艺或每台设备都被讨论过后，HAZOP分析工作才算完成。根据标准引导词，结合适当的参数，根据引导词和参数结合得到的合理的意义，针对装置的某段提出问题。 2. 经验式HAZOP
此种方式的HAZOP则主要依托原有经验对复用项目的相关及改变部分做HAZOP研究。此方法在一定程度上脱离引导词，依靠HAZOP主持人的经验引导。此种方法可克服一些引导词方式HAZOP的缺点，如：费时。同
一装置的HAZOP研究如采用经验式HAZOP则用时可以缩短到原来的三分之一。
3. 检查表式HAZOP
由有经验的专业人员列出需要检查的项目，再派出检查人员针对被检查的区域逐项回答检查表上的问题，并根据分析结果提出改进意见。此种HAZOP方法是最简单的最易执行的方法，可广泛用于设计的各个阶段，但较多的用于项目的前期工作阶段（如工艺包设计阶段），根据所用物料的危害性质，确定在设计中要重视的潜在危害。但此方法仅局限于已设计好的检查项目，容易产生遗漏。 4. 基于模型的HAZOP
基于模型的HAZOP主要基于不同的数学模型，通过计算机辅助的手段进行自动分析，达到减少人为错误，节约时间提高效率的目的。其中符号有向图SDG（signed directed graph）模型较为常用。SDG是描述大规模复杂系统的一种有效方式，通过节点和有向支路表示了系统变量或局部之间的因果影响关系，近年来，关于SDG的研究已经成为热点并已取得许多成果，特别是在安全分析领域得到了重要的应用，其中的核心问题是推理方法及其效率。
本次设计主要采用的就是基于引导词的HAZOP分析方法 2.1.5 HAZOP的使用范围
HAZOP分析既适用于设计阶段，又适用于现有的生产装置。同时，对于连续生产过程和间歇生产过程都可以采用HAZOP分析。
在连续过程中，分析的对象确定为管道。
在间歇过程中，分析的对象是主体设备，如反应器等。
通过HAZOP分析，能够发现装置中存在的危险，根据危险带来的后果明确系统中的主要危害；对于在装置的工艺过程及设备中存在的危险及应采取的措施会有透彻的认识。 2.1.6 HAZOP的作用
（1）尽可能将危险消灭在项目实施早期
识别设计、操作程序和设备中的潜在危险，将项目中的危险尽可能消灭在项
目实施的早期阶段，节省投资。
HAZOP分析组应包括设计者和操作人员等，采用系统分析的研究方法，以便能够识别出设计中存在的潜在危险。HAZOP既适用于新建装置，也适用于在役装置。
HAZOP生成的记录，为企业提供危险分析证明，并应用于项目实施过程。HAZOP提供早期的措施与实际采取措施偏差之间的因果关系，以消除或降低风险。它只是识别技术，不是解决问题的方法。
HAZOP不能看做纯粹的设计功能检查。HAZOP的优点是系统检查整套装置，而不是像设计人员那样只检查他们自己感兴趣的区域。 （2）为操作指导提供有用的参考资料
HAZOP分析为企业提供系统危险程度证明，并应用于项目实施过程。对许多操作，可提供满足法规要求的安全保障，确定需采取措施，以消除或降低风险。
HAZOP能够为包括操作指导在内的文件提供大量有用的参考资料，因此应将分析结果全部告知操作人员和安全管理人员。 2.2 HAZOP分析方法的主要内容 2.2.1 HAZOP术语
（1）分析节点 指具有确定边界的设备单元，对单元内工艺参数的偏差进行分析。
（2）操作步骤 间隙过程的不连续动作；可能是手动、自动或计算机自动控制的操作。
（3）引导词 用于定性或定量设计工艺指标的简单词语。 （4）工艺参数 与过程有关的物理和化学特性。
（5）工艺指标 确定装置如何按照希望的操作而不发生偏差。
（6） 偏差 分析组使用引导词系统地对每个分析节点的工艺参数进行分析发现的系列偏离工艺指标的情况；偏差的形式通常是“引导词+工艺参数”。 （7）原因 发生偏差的原因。 （8）后果 偏差所造成的结果。
（9）安全措施 工程系统或调节控制系统。
（10）补充措施 修改设计、操作规程，或者进一步进行分析研究的建议
2.2.2 分析节点划分
对于连续的工艺操作过程，HAZOP分析节点为工艺单元；而对于间歇操作过程来说，工艺单元是指具有确定边界的设备单元；操作步骤是指间歇过程的不连续动作，或者是由HAZOP分析组分析的操作步骤
对于连续工艺过程，分析节点划分的基本原则如下：
一般按照工艺流程进行，从进入的PID管线开始，继续直至设计意图的改变，或继续直至工艺条件的改变，或继续直至下一个设备。上述状况的改变作为一个节点的结束，另一个节点的开始。 2.2.3 偏差确定方法
偏差＝引导词+工艺参数。 （1）常用的引导词，见表2-2
表2－2 HAZOP常用引导词表
（2）常用的HAZOP分析工艺参数，见表2-3
表2-3常用的HAZOP分析工艺参数
2.2.4偏差分析
分析的内容包括原因、后果、保护措施、建议措施。 （1）原因：指引起偏差发生的原因。 （2）后果：指偏差造成的后果。
（3）保护措施：指设计的工程系统或调节控制系统。
（4）建议措施：指修改设计、操作规程，或者进一步进行分析研究的建议等。 HAZOP分析可以分为以下四种方法：
（1）原因到原因分析法 在原因到原因的方法中，原因、后果、安全保护、建议措施之间有准确的对应关系。特点：分析准确，减少歧义。
（2）偏差到偏差分析法 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，即某偏差的原因／后果／保护设施之间没有对应关系
（3）只有异常情况的HAZOP分析表 表中包含那些分析组认为原因可靠、后果严重的偏差。优点是分析时间及表格长度大大缩短，缺点是分析不完整。 （4）只有建议措施的HAZOP分析表 只记录分析组作出的提高安全的建议措施。能最大地减少HAZOP分析文件的长度，节省大量时间，但无法显示分析的质量。
2.2.5 HAZOP分析实施过程
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，识别出那些具有潜在危险的偏差，并对偏差原因、后果及控制措施等进行分析。 一般的原则为：
（1）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； （2）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。
整个HAZOP的实施过程包括以下几方面： ①分析的准备； ②HAZOP分析； ③编制分析结果报告；
④行动方案落实
图2-4 整个HAZOP的实施流程图
一．分析的准备 （1）定义目标与范围
①评估节点最好在PID图上定义；
②评估时的设计状态，用定义PID版次状态来表示； ③影响程度和应考虑的邻近工厂；
④评估程序包括采取的行动和最终的报告； ⑤涉及对邻近或相关工厂的整体评估的准备。 HAZOP分析进度表依赖于： ①项目执行的日期； ②可用的文件； ③可用的人力资源。 （2）获取必要的资料
准备用于控制HAZOP项目实施的项目管理资料：
项目工作计划；HAZOP分析项目的目标和策略；项目管理实施细则；HAZOP分析项目实施程序；培训材料、会议记录管理、资料管理等。
二是需要企业提供的技术资料：
工艺仪表流程图（PID）；工艺流程图（PFD）；装置设计工艺包；装置工艺技术规程；装置安全技术规程；装置岗位操作规程；平面布置图；工艺介质数据表；
设备数据表；管道数据表；安全附件资料；装置操作与维护手册；历次事故记录； 当地天气状况数据。
表2-5 一般工艺过程（间歇、连续化）的HAZOP 分析所需资料
注：“×”不需要，“√”需要
(3)选择分析小组
对于大型的、复杂的工艺过程，分析组一般由5～7人组成较为理想，包括设计、工艺或工程、操作、维修、仪表、电气、公用工程等；对相对较小的工艺过程，3～4人的分析组就可以了。 二．HAZOP分析
HAZOP分析需要将工艺图或操作程序划分为若干分析节点或工艺单元，分析组对每个节点使用所有引导词依次进行分析，得到一系列结果： （1）偏差原因、后果、保护装置、建议措施。
（2）需要更多的资料，才能对偏差进行进一步的分析。
HAZOP分析过程中重要操作如下： 划分节点时应注意以下因素： ①单元的目的与功能； ②单元的物料；
③合理的隔离／切断点； ④划分方法的一致性
图2-6 HAZOP分析流程图
HAZOP分析流程图的意义： ①一次选择一个节点进行分析； ②选择该节点的一个工艺参数； ③使用引导词建立有意义的偏差；
④分析偏差后果、列出可能的原因、提出措施。 为尽量减少那些悬而未决的问题，一般的原则为：
①在一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；
②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。
2.2.6 氨回收工艺过程管道的危险和可操作性分析 见表2-5
表2-5氨回收工艺过程管道的危险和可操作性分析
2.2.5 HAZOP分析方法的优缺点
HAZOP能否成功地查出危险，取决于小组成员的知识和经验。如果他们缺乏知识和经验，这项工作等于浪费时间。不一定小组的每个成员都意识到危险性，有一个人意识到就足够了，只要其他成员愿意听就行了。
传统人工HAZOP分析技术存在以下几个方面的缺点： （1）人工分析的时间周期较长，人力、财力成本耗费高；
（2）人工分析小组在处理大型工艺系统时无法得出完备的危险辨识结果，即是有专家的参与也难免出现漏评，且评审报告的质量受审查小组成员工作经验、工作态度、专业素质等方面的影响较大，这些因素的影响可能导致审查结果失去参考价值；
（3）口头讨论方式不严格，讨论时易出现概念混乱，影响报告质量； （4）报告的编写需要花费大量的时间，而格式化的报告文档完全可以借助计算机完成。
（5）主要以经验为基础的分析易于墨守成规，设计往往无法继续改进。 （6）需要大量专业人才。 优点如下：
（1）简单而具结构化的分析方法，分析质量易于控制。
（2）不仅可以鉴定制造过程中的危害，还可协助发现是否具实用性。 （3）分析以多人集会讨论方式进行，可以刺激分 析者的想象力，使设计更趋完美。