HAZOP分析的量化研究_HAZOP分析与过程模拟相结合

到最小; 但是当温度低于操作温度 40~ 50 时, 后 果是相当严重的, 气相产量变化大于 118 kg m o l/ h, 气相产量明显下降特别是当温度低于设计温度 50 时, 气相温度低于露点温度, 脱甲烷塔之前的 流程内 ( 分离器、低温分离器 ) 根本没有起到气液 分离的作用。
结合专家的经验分析过程模 拟数据, 可以确 定安 全的温度 操作范围 可以偏 离设计 值 - 16 ~ 12; 当温度偏离设计条件 - 40 ~ - 16 或 12 ~ 50 时, 会扰乱系统的生产计划, 导致气液相产量 的失控; 当温度偏离设计条件, 大于 - 40 时, 导 致系统上游流程的 气液分离失效, 严重破坏生产
连接 HAZOP 与过 程模 拟的 桥梁 就 是 P& ID 图。传统 HAZOP 分 析是利用引导 词找到系统存 在的偏差, 根据工艺流程 P& ID图分析偏差产生的 原因及可能造成的后果。HAZOP 过程模拟则 是通过建立系统的 过程模型, 将工 艺过程的静态度、压 力、流 量等 对 该 工艺 流 程的 影 响 程 度。 传 统的 HAZOP 分 析 是 在 静 态 的 P& ID 图 纸 上 进 行, HAZOP 过 程 模 型 是 在 动 态 的 P& ID 图 上 进行。
5结 论
HAZOP 过程模 拟 相结 合分 析 是 HAZOP 定量分析的一种新 方法, 具有很好 的研究价值和 实际推广意义。建立系统的过程模型进行 HAZOP 分析, 可以针对不同程度的偏差分 析其导致的事 故后果, 这样得到的分析结果才具有说服力, 尤其 和事故模拟相结合时, 让人们在参与 HAZOP 分析 的同时, 可以了解事故由潜伏到扩展的整个过程, 更具有安全教育 意义。但 是该 方法 比较 复杂, 尚 有许多需要改进的地方, 特别是对 于大型操作系 统, 建立准确的过程模型是分析成功的关键。
关键词: HAZOP; 定量分析; 过程模拟
HAZOP分析 ( 危险与可 操作性分析 ) 作为 一 种高度专业化的安全评价技术, 由英国帝国化 学 公司于 20世纪 70年代开发, 经过不断的改善和发 展, 该方法已成为石油化工安全 分析的重要评 价 技术。英国、加拿大等国甚至已 通过立法手段 强 制其在工程建设项目中推广应用 [ 1] 。
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刘旭红等. HAZOP 分析的量化研究 HA ZOP 分析与过程模拟相结合
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以及脱甲烷塔顶汽相产量的变化, 见图 3~ 5。
由图 3~ 图 5可以看到, 不同程度的温度偏差 对天然气加工过程气液产量的影响是很大的。当 操作温度低于设计温度 10 时, 气相产量的变化 小于 10 kg m o l/ h、液相产量的变化小于 0 4 kg mo l /h, 此时偏差的影响都很小, 可以忽略; 当温 度 低于操作温度 20~ 30 时, 对气液相的分离造成 的影响就会变大, 气相产量的变化为 19 ~ 65 kg mo l /h、液相产量的变化为 1 0 ~ 3 2 kg m ol /h, 而 工艺操作规程中, 控制的产量幅度范围为: 气相产 量变化小于 15 kg m ol /h, 液相 产量变化小于 1 0 kg m o l/ h, 此时该偏差已经对系统造成一定影响, 但是通过恰当的调整措施, 可以 将风险后果降 低
4 HAZOP 过程模拟分析的优点
与传统 HAZOP 定性分析和半定量的 HAZOP 分析相比较, HAZOP 过 程模拟相 结合的定 量 分析具有以下优点:
( 1) 分析结果的准确性 HAZO P定 性分 析只 能以 规定 的方 式 分析 偏 离 设计工艺条件的偏差产生的原因 及造成的后果, 不能明确指出评价系统中主要的风险以及造成后 果的影响程度, 同时专家分析结 果对于常见偏 差 的分析是相对准确的, 对于日程 操作中不经常 出 现或经常被忽略的偏差的分析缺乏依据。 HAZOP 过程模拟分析在专家分析经验的 基础上, 利用强大的流程模拟软 件建立工艺单 元 的模型, 通过改变状态参数, 就可以模拟任何偏差 产生的原因及可能造成的后果, 用数据来表征 造 成影响, 具有很强的准确性。 ( 2) 建议措施针对性强 传统 HAZOP 分析结果是以事故报表的形 式 给出, 形式如同检 查表或是故障类 型分析。对 于 相对复杂的装置来说, HAZOP 报告中给出的偏差 可能多达上百个甚至上千个, 使 人们往往不能 抓 住评价系统中的主要危险因素, 使得评价结果 往 往不具有现场指导意义。 HAZOP 过程模拟相结合的定量分析可以 对系统中的风险进行量化, 人们可以直观的了解系 统危险性的大小, 这不仅有利于人们识别系统的风 险、提出相应的改进措施, 而且通过过程模拟对事故 产生的过程和结果以及偏离操作条件产生的风险更 有感性认识, 能起到很好的安全教育作用。 ( 3) 可以量化偏差 传统 HAZOP 分析过程中常见的引导词就 是 多 ( m ore)、少 ( less) 、无 ( none) , 对偏差的定义具有 很大的模糊性。在实 际操作过程中, 不同程度 的 偏离对系统造成的影响相差是很大 的, 例如反 应 器的温度超过设计值 5 % 与 20 % , 对系统造成的 影响是不能一概而论的, 这正是 HAZOP 定性分析
HAZOP量化分析这一新理念, 即将 HAZOP 与 过程模拟相结合。该 方法是在传统 HAZOP 基 础 上, 通过建立分析对象的过程模型, 模拟不同程度 的偏 差 对 系 统 造 成 的 影 响, 对 HAZOP 的 关 键 词 偏差进行 量化, 并 对偏差导致 的事故后 果 进行定量描述, 从而实现 HAZOP 的量化。HAZOP 过程模拟分析可以在确保风险与效益相当的基础 上, 为工厂安全分析提供更让人 信服的安全分 析 报告 [ 3] 。
自 HAZOP问世四十年来, 一直作为定性的风 险分析方法, 其基本原理就是利 用引导词来分 析 工艺过程中偏差产生的原因和可能导致 的后 果 [ 2] , HAZO P定性分析只能判断系统是否存在潜 在风险, 对风险发生的可能性及 严重度不能做 精 确的定量分析。随着国内外许多企业和专家的不 断创新和改进 , HAZOP 定量 /半定量化分析将 成 为可能, 这也是 HAZOP 不断发展的必然趋势。
1 HAZOP 过程模拟相结合的可行性
1 1 国外的研究经验
近几年来, 外国有些专家已经开始研究如何
将过 程 模 拟 应 用 于 HAZOP 分 析 过 程 中, 例 如 Chiappetta, C lar izia, D rio li( 2006), Gra,f Schm idtT raub, ( 1999 ), L ou, Chandrasekaran, Sm ith ( 2006) 等 [ 3~ 5] , 已取 得了良好的成 果。虽然该方 法的研究还处于起 步阶段, 随着技 术的不断改进 与突 破, 它 将 成 为 HAZOP 量 化 的 一 个 可 行 性 方法。 1 2 存在相结合的桥梁
图 2 天然气加工工艺流程
模拟天然气进料温度对系统气液相产量的影 响, 天然气的进料设计温度是 38 , 进料速度为 498 1 kg m o l/ h, 此时气相产 量为 338 1 kg m ol /
h, 液相产 量为 43 7 kg m o l/ h, 塔 顶汽相 产量为 116 3 kg m o l/ h。模拟天然气的进料温度偏离设 计温度 - 50~ 50 时, 系统的液相产量、气相产量
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石油化工安全环保技术
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模拟分析程序 [ 6] , 提出 HA ZOP 过程模拟分析流程 如下:
( 1) 确定分析对象, 明确分析目的、对象和 范 围是极其关键的, 这样才能按照 正确的方向和 既 定目标开展分析工作。
( 2) 获取 详细的流 程资 料, 包 括工艺 流程 图 ( PFD) 、管道和仪表图 ( P& ID ) 、平面布置图等, 此 外还包括操作规 程、仪表控 制图、逻辑 图, 有时 还 需提供装置手册和设备制造手册。
2 HAZOP 过程模拟的流程
HAZOP 过程模拟分析的流程是以传统的 HAZOP 分析为基础, 通过总结外国学者的 HAZOP
收稿日期: 2008- 09- 26。 作者简介: 刘旭红, 女, 中国石 油大学 ( 华东 ) 硕士研 究 生, 研究方向: 石油化工安全技术。 E-m ai:l liuxuhong1983@ 163 com
( 1 中国石油大学 (华东 ) 机电工程学院; 2 中国石油大学 ( 华东 ) 化学工程学院, 山东 东营 257061)
摘 要: HAZOP 分析方法的量化已经成为一种趋势, 介绍了一种 HAZOP 方法量化的新方 法 HAZOP 与过程模拟相结合。在传统 HAZOP 基础上, 通过建立分析对象的过程模型, 模拟 不同程度的偏差对系统造成的影响, 对 HAZOP 的关键词 偏差进行量化, 从而实现 HAZOP 的量化, 并给出某厂天然气加工的 HAZOP 过程模拟分析实例。
( 3) 建立工艺系统在正常操作条件下的过 程 模型, 并验证模型 的准确性。确 定系统在正常 操 作条件下的状态方程, 通过相应 的数学模型建 立 该系统的过程模型。
( 4) 划分 节点, 进行过程模拟。在 HAZOP 分 析过程中, 根据工艺流程和对系 统分析的要求 划 分节点, 在每个分析节点内, 不断改变过程模型的 操作条件, 使之偏离正常的操作条件, 模拟此时系 统状态参数的变化。如果该偏差能够导致系统非 预期后果的产生, 则该偏差是有意义的, 应采取措 施加以控制, 记录系统参数的变化。
HAZOP 过程模拟分析流程见图 1。
图 1 HAZOP 过程模拟流程
3 HAZOP 过程模拟案例 这里是利用化工流程模拟软件 HYSYS, 实现
HAZOP 偏差影响的过程模拟。以某厂天然气加工 装置为例。该装置使用丙 烷制冷来冷凝 进料, 并 用一个脱甲烷塔来 处理冷凝液, 实 现天然气的气 液分离。通过建立气体处理过 程 ( 如脱甲烷过程 等 ) 的相关数学模型得出算法, 建立该工艺的过程 模型, 其流程见图 2。