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HAZOP应用的局限性及解决方法

类别:文章分享 发布时间:2019-07-10 浏览人次:

HAZOP在化工行业得到了广泛的应用,然而, HAZOP不是一个静态的方法,而是一个动态的团队互动的过程,在这个过程中,存在很多成功影响因素。本文试图探讨HAZOP动态互动过程中的软影响因素,以更好地指导HAZOP的应用。

图I精馏塔系统中的安全保护层.jpg

图I精馏塔系统中的安全保护层

HAZOP的局限性


很多人以为HAZOP是一种复杂的工具,其实不然。HAZOP本是非常简单的,其实质就是一种结构化的头脑风暴,而复杂的是HAZOP分析的对象。想要将极其复杂的现实对象放入简化了的HAZOP分析框架之内,会有很多的困难。在HAZOP分析时,人们经常争论不休的问题有:“事故的原因是否可信”“事故的后果是否真的有这么严重”“这个现有安全措施是否有效”“我们有3个可供选择的建议措施,到底选哪一个比较好”等等。例如在图1所示的流程中。把现实的精馏塔对象放入hazop的原因-偏差-后果-建议措施的框架中,可以提出很多问题(见表1),然而,这些问题的求解,没有一个是能够通过hazop方法来解决的。其中一些问题比较简单,可以通过化工操作经验以及简单的化学工程判断来解决,然而有些问题比较复杂,需要通过简单的定量计算或复杂的动态模拟来解决。

图2 hazop的成功影响囚素.jpg

图2 hazop的成功影响囚素

HAZOP成功的2个思维方式

    

针对上述HAZOP的局限性,


人们通常会从多个方面来探索解决方案。如HAZOP专家系统,将动态模拟与HAZOP分析相结合等。然而,现实是很多企业还在大量使用人工HAZOP分析,在人工HAZOP分析会议上,利用复杂的动态模拟也不多见,最多是将动态模拟作为HAZOP的建议项纪录下来,在HAZOP分析会后由专门人员去跟进。HAZOP会议参与人员的经验和知识是解决上述问题的惟一方法,然而,由于HAZOP讨论是一个动态的过程,团队人员的经验和知识只是影响这个动态过程的多个因素中的一个因素,其他很多的因素也对HAZOP讨论有很大的影响,如:HAZOP团队成员的选择、团队成员思考问题的思维方式、主持人对动态讨论的掌控能力及方式、会议室的物理条件(如:舒适性)、讨论时间的长短等。在这些影响因素中,团队成员思考问题的思维方式可能是人们比较容易忽视的问题。

表1HAZOP分析框架下的现实问题

表1HAZOP分析框架下的现实问题

思维方式1—开放性思维


    在HAZOP分析中需要开放性的思维。HAZOP讨论的事件几乎都是小概率事件,导致偏差发生的几乎都是小概率事件,而偏差发生往往并不直接导致严重的后果,而是需要1个或多个现有安全保护措施失效。如表2,对图1所示的精馏塔系统进行HAZOP分析,导致精馏塔超压的原因是精馏塔塔顶冷凝器冷却水丧失,这是一个小概率事件;塔内压力超过其设计压力的1.5倍,需要2个现有安全措施失效才会发生,安全阀失效是小概率事件,高温连锁失效也是小概率事件;塔内压力超过其设计压力的1.5倍,也不一定导致塔破裂爆炸,所以塔破裂爆炸也是小概率事件。


    针对重大的事故风险,我们考虑的往往是10-5一10-6次/a(即10万年一100万年一遇)的发生频率,这些事故往往是“我不知我不知”(不知发生概率,不知后果严重性)的风险,详见图30如果试图对表2识别的超压风险进行一个粗略的半定量分析,初始事件及独立保护层的数据来自于表3,则精馏塔内压力超过其设计压力1.5倍的事件的频率为1x10-1x10-'x10-1=1x10-5次/a。

表2HAZOP分析示例

偏差
原因后果现有安全措施建议
精馏塔超压精馏塔塔顶冷凝器冷却水丧失塔内压力超过其设计压力的1.5倍,塔破裂爆炸,导致严重的人身伤害和财产损失
塔顶安全阀



塔顶放空管线上的高温开关触发连锁,切断塔底再沸器的蒸汽

日常生活中的一些小概率事件,我们通常的态度是接受。然而,在化工生产中,我们则需要一种开放性思维,要有一种与日常生活中对待小概率事件不同的态度。这种态度应该是“这可能发生吗?”,而不是“这不可能发生”。


思维方式2-合理尽可能保守


HAZOP分析中讨论的事件几乎都是小概率事件。这些小概率事件都是非常确定性的问题,而且面临其他的挑战,如:信息不完整等。面对确定性事件,我们总是可以找到一个确定的结论。


例1:某化工厂产品储罐的容积为1200t,该厂每小时的产量为60t,产品储罐最多能提供多少小时的缓冲?

思维方式2-合理尽可能保守

这就是一个确定性的问题。如果我们假设产品储罐的原油存量为xt,允许最大充装液位为95%,则产品储罐能提供的缓冲为:


然而,在HAZOP考虑的问题远远比这个复杂。我们来看2个简化的非确定性(概率性、可能性)问题的例子。


例2:假设某化工厂事故,可能导致工厂停车。现在已知有A、B两种应对方案:如果采用A方案,有50%的可能性会避免停车;如果采用B方案,避免停车的可能性未知。A和B,您选择哪个方案?这是一个很简单的可能性问题的例子。在我们HAZOP培训和HAZOP咨询时所作的调查中,绝大多数人的选择是A方案。这说明人们在面对简单的不确定问题时,倾向于保守的方案。

图3风险与人的认知之间的关系.jpg

图3风险与人的认知之间的关系

例3:假设某化工厂事故,可能导致600人死亡。现在已知有2种应对方案:A方案会挽救200人的生命,B方案有1/3的可能会挽救600人的生命,2/3的可能1个人也救不了。A和B,你选择哪个方案?

图为精馏塔示意图

图为精馏塔示意图

例3比例2稍微复杂一点,A和B选择的数学期望值是相同的。A选择是保守的选择,而B选择是乐观的选择。从我们培训和咨询时所作的调查来看,不同的企业的调查结果有很大的区别。可以得出的结论是:人们在面对复杂的不确定问题时,未免会选择保守的方案,企业文化对企业中员工是否选择保守的方案有很大影响。


对于HAZOP的启示是,HAZOP讨论的事件几乎都是可能性事件,而且是不经常出现的小概率事件,而且这些小概率事件往往隐藏在我们大脑的“我不知我不知”的部分,HAZOP团队成员在针对这些事件进行讨论时,往往过于乐观。这是一个非常危险的倾向,可能会导致很严重的后果。在HAZOP分析时,应该采用的思维方式是“合理尽可能保守”,这里套用一个著名的表达方式ALARP(As LowAs Reasonably Practicable,合理尽可能低),那我们这里把’‘合理尽可能保守”表达为ACARP(As Conservative AsReasonably Practicable)

图4超压比与容器破裂可能性的关系(注意此图仅仅是示意图).jpg

图4超压比与容器破裂可能性的关系(注意此图仅仅是示意图)

如表2所示的HAZOP分析示例,在多个方面体现了ACARP的思维方式。冷却水丧失的频率可能分布在一个很广的区间内,如:1一1x10-2次/a,安全阀在要求时失效的概率分布在一个更广的区IBI内,如:1x10-1,一1x10-5次/a,然而,在做粗略的频率估计时,大多数公司要求使用合理保守的数据,如:冷却水丧失的频率采用1-1*10-1次/a,安全阀要求失效的概率采用1*10-2/a。另一个方面是,在考虑事故的后果时,采用了塔“破裂爆炸”这样的表述,其实这也是一种ACARP的思维方式。压力容器所见到的超压与其设计压力之间的比值和其破裂爆炸的可能性之间可能存在如图4所示的关系。在没有进行进一步分析的情况下,如;通过定量计算确定实际的最大超压比、定量计算在最大超压比下容器破裂的可能性,可以采用ACARP的原则来确定合理最坏的后果。当然,在ACARP的思维方式中,有一个“合理现实”(reasonably practicable)这样的限定词,不能过于保守,如果过于保守,可能需要企业付出额外的成本。

表3初始事件或独立保护层可能性

表3初始事件或独立保护层可能性

润滑剂和催化剂


运用开放性思维及合理尽可能保守思维这2个思维方式,可以在应用HAZOP时,将HAZOP团队的知识和经验进行结构化组织,发挥其最大效率和效果时,这2种思维方式起到了很好的润滑剂和催化剂的作用。


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