第五讲危险及可操作性研究(HAZOP)

1、危险与可操作性研究HAZOP技术要点 1. 1. 什么是系统安全技术什么是系统安全技术; ; 2. 2. 危险危险“剧情剧情”及人工及人工HAZOP技术技术; ; 危险与可操作性研究的定义危险与可操作性研究HAZOP HAZOP是一种系统化、结构化的方法，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，采用标准化验的组长主持下，采用标准化“引导词引导词”对对装置过程系统的中间变量设定装置过程系统的中间变量设定“偏离偏离”，沿，沿偏离在系统中反向查找非正常偏离在系统中反向查找非正常“原因原因”，沿，沿偏离在系统中正向查找不利

2、偏离在系统中正向查找不利“后果后果”。查找。查找系统中针对各重要系统中针对各重要“原因后果原因后果”对偶已有对偶已有的安全措施，提出整改或新的安全措施建议。的安全措施，提出整改或新的安全措施建议。 HAZOP分析的主要优点是什么？分析的主要优点是什么？能解决何种安全问题？能解决何种安全问题？ 主要优点是能够较完备地发现装主要优点是能够较完备地发现装 置中潜在的系统性危险，提出的安全置中潜在的系统性危险，提出的安全 措施有利于从事故源头切断危险的生措施有利于从事故源头切断危险的生 成或减少危险扩散的可能性。成或减少危险扩散的可能性。HAZOP方法和传统的检查表法的方法和传统的检查表法的主要区别和

3、联系是什么？主要区别和联系是什么？ 主要区别是主要区别是检查表检查表用来普查危险用来普查危险“原原 因因”和和“后果后果”在装置的哪些部位发生，在装置的哪些部位发生，而而HAZOPHAZOP用于揭示系统性危险，即找到检查用于揭示系统性危险，即找到检查 表得到的表得到的“原因原因”与与“后果后果”的内在关系的内在关系以以 及防止该危险发生的措施。及防止该危险发生的措施。 两者联系是，检查表的结果为两者联系是，检查表的结果为HAZOPHAZOP 提供基本信息。提供基本信息。HAZOP方法由来 HAZOP分析方法是英国帝国化学工业公司分析方法是英国帝国化学工业公司（ICIICI）蒙德分部于上世纪）蒙

4、德分部于上世纪6060年代发展起来的以引年代发展起来的以引导词（导词（Guide WordsGuide Words）为核心的系统危险分析方法，）为核心的系统危险分析方法，已经有已经有4040年年应用历史，起初主要用来检查设应用历史，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利后果。计的安全性以及识别危险的原因及不利后果。HAZOP方法的基础头脑风暴头脑风暴（Brain Storming） 相关的多种专业、具有不同知识背相关的多种专业、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们独自一人单独工作更具有创造性与

5、系 统性，能识别更多的问题。统性，能识别更多的问题。危险“剧情”的概念 危险剧情是由事故根原因起始，在物料流、危险剧情是由事故根原因起始，在物料流、能量流和信息流的推动下，使危险在系统中传播，能量流和信息流的推动下，使危险在系统中传播，引发一系列中间事件，最终导致不利后果引发一系列中间事件，最终导致不利后果 的事件集合。的事件集合。 安全评价的重要基础任务之一，就是识别安全评价的重要基础任务之一，就是识别 系统中的危险剧情。系统中的危险剧情。 危险剧情的发现及应用是现代安全技术的危险剧情的发现及应用是现代安全技术的 一项重要进展。一项重要进展。 HAZOP技术是识别危险剧情的有效方法。技术是识

6、别危险剧情的有效方法。 以下通过实际案例说明危险剧情的概念。以下通过实际案例说明危险剧情的概念。构成危险剧情的要素构成危险剧情的要素HAZOP方法的基本原理 将危险剧情中部的变量点将危险剧情中部的变量点“拉偏拉偏”，从该变，从该变量点反向检查分析偏离原因，从该变量点正向检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。查分析偏离的不利后果。HAZOP采用双向推理机制进行分析溯因推理溯因推理 HAZOP基于定性方法，综合了基于定性方法，综合了FTA和和FMEA两种推理模式，有利于识别全部危险剧情，易于两种推理模式，有利于识别全部危险剧情，易于推广应用，是推广应用，是HAZOP生命

7、力所在。生命力所在。 故障树分析（故障树分析（FTA）采用归纳法推理）采用归纳法推理 归纳法为单向推理，从个别到一般，即从多归纳法为单向推理，从个别到一般，即从多种种 原因到一个不利后果。原因到一个不利后果。 FTA方法涉及逻辑方法涉及逻辑 运算、故障树建模和定运算、故障树建模和定 量发生概率数据获取等量发生概率数据获取等 问题，用于复杂系统分问题，用于复杂系统分 析难度很大。析难度很大。 故障模式与影响分析（故障模式与影响分析（FMEA）采用演绎法推理采用演绎法推理 演绎法为单向推理，从一般到个别，即从单演绎法为单向推理，从一般到个别，即从单个原因到多种不利后果。个原因到多种不利后果。IEC

8、61882基本引导词和含义基本引导词和含义 引导词引导词 含义含义 NO 或者或者NOT 设计目的的完全否定设计目的的完全否定 MORE 定量增加定量增加 LESS 定量减少定量减少 AS WELL AS 定性修改定性修改/增加增加 PART OF 定性修改定性修改/减少减少 REVERSE 设计目的的逻辑取反设计目的的逻辑取反 OTHER THAN 完全替代完全替代IEC61882与时间和顺序与时间和顺序或序列有关的引导词或序列有关的引导词 引导词引导词 含义含义 EARLY（超前）（超前） 相对于时钟时间相对于时钟时间 LATE（迟后）（迟后） 相对于时钟时间相对于时钟时间 BEFORE（

9、先）（先） 相对于顺序或序列相对于顺序或序列 AFTER（后）（后） 相对于顺序或序列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、流量、液位、压力、温度、组成、 PHPH、时间、速度、转速、频率、时间、速度、转速、频率 化工化工HAZOP句法（组合偏离）句法（组合偏离）: “ 引导词引导词 工艺参数工艺参数 偏离偏离”例如：例如： NO （空白）（空白） FLOW（流量）（流量） 无流量无流量 MORE（过量）（过量） PRESSURE（压力）（压力） 压力高压力高 AS WELL AS（伴随）（伴随） ONE PHASE（一相）（一相） 两相两相 EA

10、RLY （超前）（超前） OPERATION（操作）（操作） 操作超前操作超前主要引导词的进一步说明主要引导词的进一步说明 No 否否 对原设计意图的全部消除或没有实现。对原设计意图的全部消除或没有实现。 组合偏离例：组合偏离例： 流量流量/ /否否 无流量无流量 压力压力/ /否否 无压力无压力Less （定量）减少（定量）减少 参数的值比预期的少（小、低）参数的值比预期的少（小、低） 组合偏离例：组合偏离例： 流量流量/ /少少 流量小流量小 压力压力/ /少少 压力低压力低主要引导词的进一步说明主要引导词的进一步说明More （定量）增加（定量）增加 参数的值比预期的多（大、高）。参数的

11、值比预期的多（大、高）。 组合偏离例：组合偏离例： 温度温度/ /增增 温度高温度高 压力压力/ /增增 压力高压力高Reverse 反向反向 对于原设计意图相反的方向。对于原设计意图相反的方向。 组合偏离例：组合偏离例： 流量流量/ /反向反向 流量反向流量反向 主要引导词的进一步说明主要引导词的进一步说明Other 其它其它 原设计意图实现，但实现的方法不同。原设计意图实现，但实现的方法不同。 组合偏离例：组合偏离例： 流量流量/ /其它其它 不期望的流量不期望的流量 组成组成/ /其它其它 不期望的比份不期望的比份Early （时间）早（时间）早 原设计意图出现得过早。原设计意图出现得过

12、早。 组合偏离例：组合偏离例： 流量流量/ /早早 流量产生过早流量产生过早 稳定稳定/ /早早 预期的温度（高或低）预期的温度（高或低） 取得过早取得过早 主要引导词的进一步说明主要引导词的进一步说明Late 晚晚 引导词早的对立面。引导词早的对立面。 组合偏离例：组合偏离例： 液位液位/ /晚晚 预期容器中的液位（高预期容器中的液位（高 或低）建立过晚或低）建立过晚 Also （局部）异常（局部）异常 原设计意图正常，但有局部异常（额外物）原设计意图正常，但有局部异常（额外物） 组合偏离例：组合偏离例： 流量流量/ /异常异常 流量污染流量污染 液位液位/ /异常异常 容器中有不期望的物质

13、容器中有不期望的物质主要引导词的进一步说明主要引导词的进一步说明 Fluctuation （变动）波动（变动）波动 原设计意图只在部分时间内实现。原设计意图只在部分时间内实现。 组合偏离例：组合偏离例： 流量流量/ /波动波动 流量时有时无流量时有时无 温度温度/ /波动波动 温度时高时低温度时高时低人工HAZOP分析主要工作程序 危险分析的准备；危险分析的准备； 通过小组会议完成分析；通过小组会议完成分析； 编制分析结果报告。编制分析结果报告。人工人工HAZOPHAZOP步骤步骤 确定分析目标；确定分析目标； 组成组成HAZOPHAZOP小组，确定组长；小组，确定组长； 技术资料准备；技术资

14、料准备； 偏离词选定；偏离词选定； 风险矩阵确定（非规定内容）；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、偏小组会议（系统分解、选定关键变量、偏离分析）；离分析）； 完成完成HAZOPHAZOP分析报告。分析报告。技术资料准备技术资料准备(1) (1) 带控制点的工艺流程图（带控制点的工艺流程图（P&IDP&ID）(2) (2) 物料流说明物料流说明(3) (3) 组分物性组分物性(4) (4) 装置结构装置结构(5) (5) 操作说明操作说明(6) (6) 运行数据运行数据(7) (7) 故障与原因模式故障与原因模式(8) (8) 变量影响关系变量影响关

15、系偏离词选定偏离词选定流量流量 无无 减少减少 增加增加 其它其它 反向反向压力压力 减少减少 增加增加 波动波动温度温度 减少减少 增加增加 波动波动液位液位 无无 减少减少 增加增加 波动波动分离分离 无无 减少减少腐蚀腐蚀 增加增加隔离隔离 无无排液排液 无无 少少 其它其它排气排气/ /置换置换 无无 少少 其它其它采样采样 无无 其它其它 风险矩阵确定（非规定内容）风险矩阵确定（非规定内容） HAZOP危险分级方法举例危险分级方法举例1. 频度（频度（F） F（Frequency）: 危险可能发生的频度（次危险可能发生的频度（次/ /年）年） 分级代码分级代码 0 1次次/1000年

16、年 1 1次次/100年年 2 1次次/10年年 3 1次次/1年年 4 1次次/1月月风险矩阵确定（非规定内容）风险矩阵确定（非规定内容）2. 严重度（严重度（S） S（Severity）: 潜在危险的严重程度潜在危险的严重程度 0 轻度轻度 1 一般一般 2 较重较重 3 严重严重 4 灾难灾难3. 危险分类（危险分类（C） C（Hazard Category）: 危险分类危险分类 1 人员伤害人员伤害 2 设备损坏设备损坏 3 工厂停产工厂停产 4 环境影响环境影响 5 外界反应外界反应风险矩阵确定（非规定内容）风险矩阵确定（非规定内容） 风险矩阵（分别对应每一种危险分类）风险矩阵（分别

17、对应每一种危险分类） 风险矩阵中代码含义：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。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。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。采用控制和安全规程等措施。HAZOPHAZOP分析报告分析报告IEC61882化工HAZOP案例IEC61882-HAZOP分析结果表案例HAZOP成功的因素成功的因素 对资料和数据把握的正确性；对资料和数据把握的正确性； HAZOP组长的

18、经验和洞察能力；组长的经验和洞察能力； 分析小组运用分析小组运用HAZOP方法识别偏离、原因方法识别偏离、原因及后果的能力；及后果的能力； 分析小组对识别对象的感知和程度的把握，分析小组对识别对象的感知和程度的把握，特别是对不利后果严重程度的评估。特别是对不利后果严重程度的评估。HAZOP分析易出现的问题分析易出现的问题 费时；费时； 分析的结论太多，重点不突出；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论之中；分析小组进入无休止的过细的讨论之中； 少数成员支配了讨论。少数成员支配了讨论。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。是面向过程工

19、业系统所开发的安全技术。近年来，应用范围扩大了，例如将近年来，应用范围扩大了，例如将HAZOP用于：用于： 有关可编程电子系统；有关可编程电子系统； 有关道路、铁路等运输系统；有关道路、铁路等运输系统； 检查操作顺序和规程；检查操作顺序和规程； 评价工业管理规程；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、评价特殊系统，如航空、航天、核能、军事设施、 医疗设备；医疗设备； 突发事件分析；突发事件分析； 软件和信息系统危险分析（软件和信息系统危险分析（20082008）。）。 近年来HAZOP应用领域的扩展 可编程电子系统 HAZOP分析 人工HAZOP安全评价的不足人工难于

20、处理大规模的数据、信息和计算；人工难于处理大规模的数据、信息和计算；人工分析大规模系统无法得到完备的结果，即使有人工分析大规模系统无法得到完备的结果，即使有 专家参与也难免出现漏评（思维惯性）；专家参与也难免出现漏评（思维惯性）；口头讨论方式不严格，讨论时易出现概念混乱；口头讨论方式不严格，讨论时易出现概念混乱；人工评价得出的报告不规范，事后难于看懂；人工评价得出的报告不规范，事后难于看懂；人工评价不考虑危险剧情；人工评价不考虑危险剧情；人工评价一般不考虑控制系统；人工评价一般不考虑控制系统；人工评价一般是一次性，无法反复进行；人工评价一般是一次性，无法反复进行；人工评价不考虑全流程分析，只考

21、虑到相邻设备；人工评价不考虑全流程分析，只考虑到相邻设备；人工评价费时、费力、成本高。人工评价费时、费力、成本高。 现场技术人员经验的重要性现场技术人员经验的重要性 人工人工HAZOP存在弱点，绝不是否认专家、存在弱点，绝不是否认专家、有经验的现场技术人员及评价专业技术人员的有经验的现场技术人员及评价专业技术人员的 极其重要极其重要的作用，而是强调以上人员应在计算的作用，而是强调以上人员应在计算 机和新的安全评价技术的辅助下，方能实施深机和新的安全评价技术的辅助下，方能实施深 度的、完备的、高效的、符合国际规范的安全度的、完备的、高效的、符合国际规范的安全 评价。评价。 只有完成深度高完备性的

22、只有完成深度高完备性的HAZOP，才能进，才能进 一步实现一步实现LOPA、SIL-SIS和在线和在线HAZOP。计算机辅助HAZOP国外进展 美国普渡大学以美国普渡大学以 V.VenkatasubramanianV.Venkatasubramanian 教授为首的过程系统研究室的研究群体对教授为首的过程系统研究室的研究群体对 SDGSDG方法的完善和工业化应用作出了显著成方法的完善和工业化应用作出了显著成 绩。成功地将绩。成功地将SDGSDG方法应用于化工过程危险方法应用于化工过程危险 与可操作性（与可操作性（HAZOPHAZOP）分析。）分析。 基于基于SDGSDG模型和规则的专模型和规则

23、的专 家系统是一个家系统是一个5050万条万条C+C+计算计算 机程序，通过了机程序，通过了2020多个化工多个化工 过程实例的测试，在美国著过程实例的测试，在美国著 名制药公司辉瑞公司、礼来名制药公司辉瑞公司、礼来 公司、空气产品与化学公司公司、空气产品与化学公司 得到了广泛应用得到了广泛应用 HAZID软件软件 该软件由英国拉夫堡大学该软件由英国拉夫堡大学Frank LeesFrank Lees教授主持教授主持开发，在本领域的研究工作始于开发，在本领域的研究工作始于19861986年。在年。在ESPRIT ESPRIT STOPHAZSTOPHAZ计划的持续支持下，软件在计划的持续支持下，

24、软件在HAZOPHAZOP原创公司原创公司ICIICI，以及，以及VTTVTT和和 SnamprogettiSnamprogetti企业现场应用成功。企业现场应用成功。软件由软件由HAZIDHAZID技术有限公司独家商业化，并且得到拉技术有限公司独家商业化，并且得到拉夫堡大学的技术支持。夫堡大学的技术支持。HAZIDHAZID技术有限公司还是国际技术有限公司还是国际知名的工程设计软件知名的工程设计软件IntergraphIntergraph公司的合作伙伴。公司的合作伙伴。 计算机辅助HAZOP国外进展计算机辅助HAZOP国外进展基于人工智能技术的 计算机自动HAZOP安全评价步骤 1 1、确定

25、评价目标和范围；、确定评价目标和范围； 2 2、详细调查和收集评价对象信息和资料；、详细调查和收集评价对象信息和资料； 3 3、确定、确定HAZOP专家小组和组长；专家小组和组长； 4 4、对系统进行定性建模（、对系统进行定性建模（SDG) )和验模和验模 （V&V）; ; 5 5、实施计算机高速定性推理自动获取危险、实施计算机高速定性推理自动获取危险 剧情；剧情； 6 6、专家小组对计算机结论进行筛选；、专家小组对计算机结论进行筛选； 7 7、自动生成、自动生成HAZOP报表和技术文件。报表和技术文件。 计算机计算机评价原理和人工安全评价完全相同。完评价原理和人工安全评价完全相同。完

26、 全遵照国际标准全遵照国际标准IEC61882。 SDG-HAZOP与人工的比较 计算机辅助计算机辅助HAZOP分析和人工分析和人工HAZOP分析分析相比，主要有以下几个方面的优点：相比，主要有以下几个方面的优点： 1 1、完备性高（获得危险剧情）、完备性高（获得危险剧情） 2 2、系统性好、系统性好 3 3、推理深度深（全流程）、推理深度深（全流程） 4 4、时间、人工和费用省、时间、人工和费用省 5 5、结果表达标准化、结果表达标准化我国SDG-HAZOP软件平台我国SDG-HAZOP突破了高速多功能推理机核心技术为大规模应用创造了条件石油化工SDG-HAZOP模型举例 V201回流罐液位

27、 FT2002 T201苯塔回流量 FV2002 T201苯塔回流流量调节阀 R E102进料苯流量 C T201苯塔顶气体出口流量 E202塔顶冷凝器出口液相苯流量 E202苯塔顶冷凝器换热量 E202冷凝器凝液进口流量 E202塔顶冷凝器换热效率 R LV2004 E202凝水液位调节阀 E202苯塔顶冷凝器水液位 R T201苯塔塔顶压力 PV2003 T201苯塔压力调节阀 苯塔顶冷凝器蒸汽出口流量 R T201苯塔塔釜液位 FV2003 T201苯塔塔釡流量调节阀 T201苯塔塔釜采出流量 R T201苯塔塔温 PV2001 E201再沸器蒸汽流量调节阀 FV2001 E201再沸器入口蒸汽流量 E201再沸器换热量 E201再沸器换热效率 R T201苯塔塔釡蒸发量 R T201苯塔提馏段气相负荷 T201苯塔液泛 T201苯塔雾沫夹带 T201苯塔提馏段液相负荷 T201苯塔塔板效率 T201苯塔液流分布 C T201苯塔釡液苯含量 T201苯