基于HAZOP與AEMA的輸氣站場風(fēng)險(xiǎn)評估①

邢金朵　趙東風(fēng)　韓豐磊　陳曉瑋

1.中國石油大學(xué)(華東)安全環(huán)保與節(jié)能技術(shù)中心　2.國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局石油天然氣安全生產(chǎn)技術(shù)中心

基于HAZOP與AEMA的輸氣站場風(fēng)險(xiǎn)評估①

邢金朵1,2趙東風(fēng)1,2韓豐磊1,2陳曉瑋1,2

1.中國石油大學(xué)(華東)安全環(huán)保與節(jié)能技術(shù)中心2.國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局石油天然氣安全生產(chǎn)技術(shù)中心

摘要為全面地評估輸氣站場安全狀況，綜合運(yùn)用化工行業(yè)常用的危險(xiǎn)與可操作性分析(HAZOP)和針對人因、管理因素分析的行為失效模式分析(AMEA)確定輸氣站場風(fēng)險(xiǎn)影響因子，將各因子整合得到輸氣站場4個(gè)一級風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)和對應(yīng)的17個(gè)二級風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)。根據(jù)輸氣站場特點(diǎn)確立輸氣站場風(fēng)險(xiǎn)影響因子關(guān)系矩陣，不僅考慮單個(gè)因素對輸氣站場安全運(yùn)營的影響，同時(shí)還分析輸氣站場多因素耦合作用結(jié)果。采用該方法，針對風(fēng)險(xiǎn)程度較高的具有代表性的調(diào)壓單元進(jìn)行多因素耦合分析，計(jì)算得到選用示例調(diào)壓單元為強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)單元，給出該單元風(fēng)險(xiǎn)因子權(quán)重排序。研究表明，該風(fēng)險(xiǎn)評估方法對輸氣站場安全管理具有借鑒意義。

關(guān)鍵詞輸氣站場HAZOPAMEA多因素耦合調(diào)壓單元風(fēng)險(xiǎn)評估

輸氣站場安全是確保輸氣管網(wǎng)平穩(wěn)運(yùn)行的重要基礎(chǔ)，一旦發(fā)生意外，將導(dǎo)致人身傷亡、設(shè)備損毀、財(cái)產(chǎn)損失，以及生態(tài)影響等不同程度的破壞。對輸氣站場風(fēng)險(xiǎn)評估進(jìn)行研究是維護(hù)輸氣站場安全管理的重要組成部分。

輸氣站場的主要作用是對輸送氣體進(jìn)行凈化、計(jì)量、調(diào)壓和冷卻等作業(yè)。根據(jù)輸氣站場工藝特點(diǎn)，將輸氣站場劃分為9個(gè)子系統(tǒng)，即：清管區(qū)、凈化區(qū)、計(jì)量區(qū)、調(diào)壓區(qū)、空冷區(qū)、放空區(qū)、排污區(qū)、安全儀表區(qū)、工藝管道區(qū)[1-2]。輸氣站場運(yùn)營過程中主要包括4種失效形式，即：初始缺陷、腐蝕、施工缺陷、基礎(chǔ)沉降[3]，其安全運(yùn)行受到人、機(jī)、環(huán)、管等多面制約。輸氣站場事故的發(fā)生不是單因素導(dǎo)致的結(jié)果，而是多因素相互作用的結(jié)果。

采用廣泛應(yīng)用于工藝過程分析的危險(xiǎn)與可操作性分析( HAZOP)方法[4]，并結(jié)合由HAZOP擴(kuò)展出的行為失效模式分析(AEMA)方法對輸氣站場風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行綜合分析。相關(guān)資料顯示，超過50%的泄漏是由于人因和管理因素失效導(dǎo)致的[5]。AEMA具有和HAZOP相似的分析流程，HAZOP主要針對流程和設(shè)備分析，而AEMA則對人因和管理因素分析，具有較高可靠性[6]。HAZOP和AEMA方法的綜合應(yīng)用不僅簡單易操作，并且還保證了分析結(jié)果的系統(tǒng)性、科學(xué)性。

本文根據(jù)上述兩種風(fēng)險(xiǎn)分析方法分析的結(jié)果確定輸氣站場一、二級評價(jià)指標(biāo)；結(jié)合專家經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)資料建立風(fēng)險(xiǎn)影響因素關(guān)系矩陣，選取輸氣站場運(yùn)營危險(xiǎn)程度較高的最具代表性的調(diào)壓單元進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估；最后對國內(nèi)某輸氣站場調(diào)壓單元進(jìn)行實(shí)例應(yīng)用分析，其他作業(yè)單元可參考調(diào)壓單元風(fēng)險(xiǎn)評估過程而進(jìn)行相應(yīng)分析。

1輸氣站場風(fēng)險(xiǎn)分析

輸氣站場風(fēng)險(xiǎn)評估即為對輸氣站場內(nèi)設(shè)備、工藝及作業(yè)環(huán)境和過程進(jìn)行分析，識(shí)別易導(dǎo)致站場發(fā)生泄漏、火災(zāi)、爆炸、人員傷害等后果的關(guān)鍵因素，利用科學(xué)合理的評價(jià)方法和模型對站場風(fēng)險(xiǎn)等級進(jìn)行劃分和界定。選用HAZOP方法對輸氣站場工藝流程和設(shè)備進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析，同時(shí)采用AEMA方法對作業(yè)過程中人因和管理因素進(jìn)行分析，以確保分析結(jié)果全面、可信。

1.1輸氣站場HAZOP分析

輸氣站場HAZOP分析主要是由HAZOP專家、秘書和輸氣站場工藝、操作、儀表、安全、設(shè)備等相關(guān)人員共同組成分析小組，按照工藝管線儀表流程圖對輸氣站場中工藝或者操作過程中存在的危害進(jìn)行分析，識(shí)別不可接受的風(fēng)險(xiǎn)情況[7]。HAZOP分析需將整個(gè)輸氣站場按照工藝流程劃分節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)劃分結(jié)果如表1所示。

表1 輸氣站場HAZOP分析節(jié)點(diǎn)Table1 HAZOPanalysisnodesofgastransmissionstations節(jié)點(diǎn)名稱節(jié)點(diǎn)描述[8]清管區(qū)該節(jié)點(diǎn)主要功能為對管線進(jìn)行清掃作業(yè)凈化區(qū)對上游來氣進(jìn)行過濾分離計(jì)量區(qū)對輸入和輸出的氣體進(jìn)行計(jì)量調(diào)壓區(qū)對輸送氣體壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)空冷區(qū)對空氣進(jìn)行冷卻處理放空區(qū)緊急情況氣體超壓放空排污區(qū)輸氣站場污染物處理排放[5]安全儀表區(qū)對輸氣站場安全進(jìn)行監(jiān)測、監(jiān)控的設(shè)備儀表工藝管道區(qū)氣體輸送

節(jié)點(diǎn)劃分完成后，由小組討論確定引導(dǎo)詞和偏差，對偏差產(chǎn)生原因、后果以及現(xiàn)有保護(hù)措施進(jìn)行分析，對現(xiàn)有保護(hù)措施正常運(yùn)行情況下，風(fēng)險(xiǎn)水平仍超出企業(yè)可接受程度的情形，需進(jìn)一步給出建議措施，并由專人跟蹤整改。輸氣站場HAZOP分析結(jié)果見表2。

1.2AEMA分析概述

人為因素存在于生產(chǎn)系統(tǒng)全生命周期，從設(shè)計(jì)、施工、操作、管理、維護(hù)和系統(tǒng)更新到裝置退役[9]。HAZOP主要是針對工藝、設(shè)備、環(huán)境進(jìn)行分析[10-11]，對于裝置全生命周期涉及的人為因素和管理因素則無詳盡分析。選用AEMA對輸氣站場運(yùn)營過程中人為因素進(jìn)行分析，確定輸氣站場人為因素引導(dǎo)詞、偏差、可能原因、后果。典型人為因素及對應(yīng)引導(dǎo)詞如表3所示。

AEMA包括7個(gè)分析步驟：①計(jì)劃準(zhǔn)備；②系統(tǒng)分解和單元功能分析(分析節(jié)點(diǎn)確定)；③確定行為失效模式(偏差)和原因；④確定行為偏差結(jié)果；⑤評估風(fēng)險(xiǎn)；⑥給出建議措施；⑦分析報(bào)告編制。AEMA分析對于分析小組的工程現(xiàn)場實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)具有較高要求，以確保分析結(jié)果的準(zhǔn)確、完備。

表2 輸氣站場HAZOP分析結(jié)果(部分)Table2 HAZOPanalysisresultsofgastransmissionstations(part)參數(shù)引導(dǎo)詞偏差原因后果已有保護(hù)措施建議措施流量偏低/無流量偏低/無過濾器堵塞站場進(jìn)氣流量過低,影響下游用戶用氣過濾器前后設(shè)置差壓指示及高報(bào)警壓力偏低/無壓力偏低上下游管線發(fā)生泄漏或火災(zāi)造成大量天然氣泄漏,擴(kuò)大事故影響。①站場進(jìn)出口均設(shè)置遠(yuǎn)程電動(dòng)閥;②進(jìn)站三通閥組設(shè)置ESD氣液聯(lián)動(dòng)閥,并設(shè)置上下游管線放空系統(tǒng)過高壓力過高①調(diào)壓設(shè)備失效;②人員誤操作調(diào)壓失效,可能引起下游管線和設(shè)備超壓①調(diào)壓后的管線上設(shè)置安全閥;②調(diào)壓系統(tǒng)采用串聯(lián)設(shè)置獨(dú)立的安全截?cái)嚅y、監(jiān)控調(diào)節(jié)閥和工作調(diào)壓閥的方式溫度過低溫度過低熱水加熱器熱水中斷造成節(jié)流后的氣體溫度過低,可能會(huì)影響氣體輸送出站氣體溫度遠(yuǎn)傳指示建議出站氣體溫度指示增加低報(bào)警環(huán)境溫度過低過濾器底部排污管線盲端若積水,易引發(fā)凍堵和凍裂建議考慮在過濾器底部排污管線盲端增設(shè)伴熱

表3 典型人為失誤以及對應(yīng)引導(dǎo)詞[6]Table3 Typicalhumanerrorsandcorrespondingguidewords引導(dǎo)詞意義示例[12]Mis-action行為失誤壓縮機(jī)出口被人為誤關(guān)Notdone行為遺漏壓縮機(jī)起動(dòng)前未進(jìn)行惰性氣體置換Lessthan行為不完整安全檢測不徹底Mis-direction行為方向錯(cuò)誤作業(yè)方向和規(guī)定不一致Mis-ordered行為順序錯(cuò)誤檢維修后,先開啟蒸氣伴熱,后開啟物料閥門Soonerthan/laterthan行為不合時(shí)機(jī)壓縮機(jī)前設(shè)備故障,未及時(shí)停車Repeated動(dòng)作反復(fù)反復(fù)開啟關(guān)閉收發(fā)球筒

2多因素耦合作用下輸氣站場風(fēng)險(xiǎn)評估

輸氣站場運(yùn)營過程中，導(dǎo)致其功能失效的原因有很多，最基本的失效方式是泄漏，而間接失效方式則包括由泄漏引發(fā)的輸氣站場火災(zāi)、爆炸、職業(yè)傷害、財(cái)產(chǎn)損失等。

2.1輸氣站場工藝流程

上游來氣進(jìn)站后，分兩路進(jìn)站，一路經(jīng)過過濾分離器，除去天然氣中的固體顆粒和液滴等，過濾后的天然氣經(jīng)計(jì)量、調(diào)壓后輸入工程供氣支干線；另一路則直接供氣到下游分輸站。此外，輸氣站場包含其他附屬工藝，包括超壓放空、后空冷、消防、排污、收發(fā)球等。輸氣站場基本工藝流程如圖1所示[8]。

2.2輸氣站場風(fēng)險(xiǎn)影響因素

通過各專業(yè)人員組成分析小組對輸氣站場頭腦風(fēng)暴形式綜合風(fēng)險(xiǎn)分析，得到輸氣站場HAZOP與AMEA分析結(jié)果，經(jīng)整理得到4個(gè)一級指標(biāo)和對應(yīng)的17個(gè)二級指標(biāo)。輸氣站場風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)體系見表4。

根據(jù)文獻(xiàn)[13]相互作用矩陣遵循原則和計(jì)算方法，計(jì)算出輸氣站場風(fēng)險(xiǎn)程度。

3調(diào)壓單元多因素耦合風(fēng)險(xiǎn)評估

輸氣站場9個(gè)子系統(tǒng)均存在不同程度的風(fēng)險(xiǎn)，調(diào)壓單元(圖1中壓縮機(jī)環(huán)節(jié))是輸氣站場運(yùn)營的核心區(qū)域，由于該區(qū)域的作業(yè)相對復(fù)雜，對其進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析尤為必要[12]。本文選用風(fēng)險(xiǎn)程度最高的調(diào)壓單元進(jìn)行多因素耦合示例分析，其他單元可參照此分析過程。

表4 輸氣站場風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)體系Table4 Riskassessmentindexsystemofgastransmissionstation一級指標(biāo)二級指標(biāo)①環(huán)境因素F1壓氣站防火間距F11輸氣站場潛在第三方破壞F12外環(huán)境(大氣、地質(zhì)、水)F13輸送介質(zhì)腐蝕性F14人因F2人員技能F21人員安全意識(shí)F22人員培訓(xùn)情況F23人員身體狀況F24設(shè)備因素F3主要生產(chǎn)設(shè)備的有效性F31儀器儀表的可靠性F32設(shè)備設(shè)計(jì)的合理性F32設(shè)備日常維護(hù)狀況F33設(shè)備定期檢測情況F34設(shè)備運(yùn)行年限F35管理因素F4制度的合理性F41制度的執(zhí)行性F42安全投入F43應(yīng)急預(yù)案與應(yīng)急演練情況F44 注:①其中每個(gè)子系統(tǒng)具體的二級指標(biāo)根據(jù)各自單元工藝流程確定。

3.1調(diào)壓單元簡介

調(diào)壓單元主要目的是對進(jìn)站氣體進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)，按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求向下游輸送氣體[8]。作業(yè)過程是將分配匯管來的氣體經(jīng)壓縮機(jī)壓縮調(diào)壓后輸送至下游管線，同時(shí)涉及燃料系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)等。

3.2調(diào)壓單元各風(fēng)險(xiǎn)因子關(guān)系矩陣

以國內(nèi)某天然氣輸氣站場調(diào)壓單元為例，該輸氣站場進(jìn)站壓力6.3 MPa，調(diào)壓后壓力1.6 MPa。根據(jù)工藝流程以及相關(guān)HAZOP和AMEA分析結(jié)果確定壓縮單元安全評價(jià)指標(biāo)體系。從環(huán)境、人員、設(shè)備、管理4個(gè)方面確定具體的風(fēng)險(xiǎn)影響因子。具體指標(biāo)為：外環(huán)境(大氣、地質(zhì)、水) F11、輸送介質(zhì)腐蝕性F12；人員技能F21、人員培訓(xùn)情況F22、人員安全意識(shí)F23、人員身心狀況F24；燃料系統(tǒng)可靠性F31、潤滑系統(tǒng)可靠性F32、壓縮機(jī)可靠性F33、電氣系統(tǒng)可靠性F34、密封系統(tǒng)可靠性F35、安全設(shè)施可靠性F36；規(guī)章制度的合理性F41、制度執(zhí)行的有效性F42、應(yīng)急預(yù)案和演練情況F43。該15個(gè)因素組成相互關(guān)系作用矩陣，對輸氣站場調(diào)壓單元風(fēng)險(xiǎn)情況進(jìn)行分析。

通過資料調(diào)研[14-16]和專家打分得到調(diào)壓單元風(fēng)險(xiǎn)影響因子，以及各因子相互耦合作用對該單元風(fēng)險(xiǎn)影響程度的取值，確立如下關(guān)系矩陣：

計(jì)算出各個(gè)影響因子的權(quán)重如表5所示，一級指標(biāo)和二級指標(biāo)可視化雷達(dá)圖直觀表示如圖2和圖3所示。

根據(jù)文獻(xiàn)[13]計(jì)算各因子權(quán)重得到風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)系數(shù)SD=71%(見表6)。由上述分析結(jié)果可知，輸氣站場調(diào)壓單元一級風(fēng)險(xiǎn)影響因子考慮順序?yàn)樵O(shè)備影響因子、人因和管理因素、環(huán)境條件。二級影響因子主要考慮壓縮機(jī)性能、潤滑系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)有效性等。該輸氣站場調(diào)壓單元為強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)單元。

表5 輸氣站場調(diào)壓單元風(fēng)險(xiǎn)影響因子權(quán)重Table5 Regulatingunitriskfactorweightingastransmissionstations影響因子一級指標(biāo)權(quán)重權(quán)重二級指標(biāo)權(quán)重排序外環(huán)境(大氣、地質(zhì)、水)F110.10.0413輸送介質(zhì)腐蝕性F120.068人員技能F210.230.083人員培訓(xùn)情況F220.0511人員安全意識(shí)F230.0413人員身心狀況F240.068燃料系統(tǒng)可靠性F310.440.0511潤滑系統(tǒng)可靠性F320.092壓縮機(jī)可靠性F330.121電氣系統(tǒng)可靠性F340.083密封系統(tǒng)可靠性F350.0413安全設(shè)施可靠性F360.068規(guī)章制度的合理性F410.230.077制度執(zhí)行的有效性F420.083應(yīng)急預(yù)案和演練情況F430.083

表6 輸氣站場調(diào)壓單元風(fēng)險(xiǎn)分級Table6 Riskclassificationingastransmissionstationpressure-regulatingunit調(diào)壓單元風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)系數(shù)(SD)風(fēng)險(xiǎn)程度分類0≤SD≤25%弱風(fēng)險(xiǎn)Ⅰ25%

4結(jié) 論

(1) 優(yōu)化了傳統(tǒng)HAZOP分析集中于工藝和設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)方面的不足，結(jié)合與HAZOP分析流程相似的AMEA分析方法對人因和管理進(jìn)行分析，建立了較為完善的輸氣站場風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)體系，包括4個(gè)一級指標(biāo)和17個(gè)二級指標(biāo)。

(2) 采用相互作用矩陣對輸氣站場進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估，不僅考慮了單因素對輸氣站場安全運(yùn)營的影響，同時(shí)也考慮了各因素相互作用的綜合影響結(jié)果，確保了輸氣站場風(fēng)險(xiǎn)評估結(jié)果的準(zhǔn)確性和有效性。

(3) 對危險(xiǎn)程度較高的輸氣站場調(diào)壓單元示例分析，其風(fēng)險(xiǎn)評估結(jié)果表明，該單元危險(xiǎn)性較大的影響因子依次為壓縮機(jī)的可靠性、潤滑系統(tǒng)可靠性、人員操作技能等，分析結(jié)果對輸氣站場風(fēng)險(xiǎn)評估具有參考作用。

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Risk evaluation of gas transmission station based on HAZOP and AEMA

Xing Jinduo1,2，Zhao Dongfeng1,2，Han Fenglei1,2, Chen Xiaowei1,2

(1.EnvironmentandSafetyTechnologyCenterofChinaUniversityofPetroleum,Qingdao266580,China)

(2.Petroleum&NaturalGasSafetyProductionEngineeringTechnologyResearchCenterof

StateAdministrationofWorkSafety,Qingdao266580,China)

Abstract:Aiming at comprehensively and objectively analyzing the safety of gas transmission stations, this paper proposed a novel method by combining HAZOP which is frequently used in chemical industry and AMEA which is mainly for human and management factors analysis. 4 first-grade assessment indicators and 17 second-grade assessment indicators were recognized after integrating all factors. The risk interaction matrix was subsequently established based on the characteristics of the gas transmission station. This matrix not only considered the impact of a single factor on the operation safety, but also analyzed the results from coupling actions by multiple factors. Finally, a case study with this method was conducted on the pressure-regulating unit of a gas transmission station, indicating that the unit was high risk. Quantitative information such as the risk value and the weight sorting of the risk factors were also concluded from the analysis. The studies showed that this risk assessment method has practical significance to safety management of gas station.

Key words:gas transmission station, HAZOP, AEMA, multi-factor, pressure-regulating unit, risk evaluation

收稿日期：2014-09-28；編輯：鐘國利

中圖分類號(hào)：TE687

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1007-3426.2015.04.024

通信作者：趙東風(fēng)(1968-)，男，教授，博士生導(dǎo)師，博士，研究方向?yàn)橛蜌獍踩c環(huán)境工程。E-mail: zhaodf@upc.edu.cn

作者簡介：①邢金朵(1989-)，中國石油大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，碩士在讀，研究方向?yàn)橛蜌獍踩こ獭?E-mail：xingjinduoupc@163.com