危险与可操作性分析HAZOP分析技术教学课件PPT.ppt

《危险与可操作性分析HAZOP分析技术教学课件PPT.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《危险与可操作性分析HAZOP分析技术教学课件PPT.ppt（116页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、危险与可操作性分析 HAZOP技术,2010年1月17日20时吉林省吉林市生产丙烯酸丁酯的 吉星化工厂发生火灾,惨重事故案例,1984年，美国联合碳化物公司印度博帕尔农药厂45吨甲基异氰酸酯几乎全部泄漏。20万人中毒，2万人死亡。全厂被毁，遗址几十年内无法用于任何用途。,近年来，我国由于生产事故造成的 损失已超过自然灾害造成的损失，据统 计，2003年我国由于自然灾害造成的损 失为1500亿，而因生产事故造成的损失 达2500亿,要点,1. 什么是系统安全技术; 2. 危险“剧情”及人工HAZOP技术; 3. 计算机辅助HAZOP技术; 4. 保护层分析LOPA技术。,全方位、全时间周期的系统

2、安全管理概念,RBI,HAZOP FMEA SIL FTA,报警管理系统,动态安全监管指标,系统安全管理,系统安全管理是多种安全技术综合实施的过程。 系统安全管理贯穿于企业整个生命周期。 目前还没有一种安全技术能解决所有的问题，因此必须采用多种方法相互补充。,安全评价的新进展,安全工作通过立法强制实行； 从单个设备到工艺流程，即从“点”到系统； 安全评价覆盖装置的全生命周期； 必须考虑操作人员的人为因素； 从定性分析提高到半定量分析； 安全评价与安全设计相结合； 计算机辅助安全评价； 计算机在线安全监视。,国际推荐的常用安全评价技术,检查表 如果怎么样? FMEA HAZOP LOPA SIL

3、 事件树（ETA） 故障树（FTA） 道化学公司火灾爆炸危险指数 蒙德火灾爆炸毒性指数 RBI,HAZOP,HAZard and OPerability Study 危险与可操作性研究 HAZard and OPerability Analysis 危险与可操作性分析,危险与可操作性研究HAZOP,HAZOP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，在有经验的组长主持下，采用标准化“引导词”对装置过程系统的中间变量设定“偏离”，沿偏离在系统中反向查找非正常“原因”，沿偏离在系统中正向查找不利“后果”。查找系统中针对各重要“原因后果”对偶已有的安全措施，提出整改或新的安全措施建

4、议。,HAZOP分析的主要优点是什么？ 能解决何种安全问题？,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 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。,HAZOP方法和传统的检查表法的 主要区别和联系是什么？,主要区别是检查表用来普查危险“原 因”和“后果”在装置的哪些部位发生，而HAZOP用于揭示系统性危险，即找到检查 表得到的“原因”与“后果”的内在关系以 及防止该危险发生的措施。 两者联系是，检查表的结果为HAZOP 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（ICI）蒙德分部于上世纪60年代发展起来的以引导词（Gui

5、de Words）为核心的系统危险分析方法，已经有40年应用历史，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。,HAZOP方法的基础,头脑风暴（Brain Storming） 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 们独自一人单独工作更具有创造性与系 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、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 的事件集合。 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。 危险剧情的发现及应用是现代安全技术的 一项重要进展。 HAZOP技

6、术是识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。,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“拉偏”，从该变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。,HAZOP采用双向推理机制进行分析 溯因推理,HAZOP基于定性方法，综合了FTA和FMEA两种推理模式，有利于识别全部危险剧情，易于推广应用，是HAZOP生命力所在。,故障树分析（FTA）采用归纳法推理,归纳法为单向推理，从个别到一般，即从多种 原因到一个不利后果。 FTA方法涉及逻辑 运算、故障树建模和定 量发生概率数据获取等 问题，用于复杂系统分 析难度很大。,故障模式与影

7、响分析（FMEA） 采用演绎法推理,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。,IEC61882基本引导词和含义,引导词 含义 NO 或者NOT 设计目的的完全否定 MORE 定量增加 LESS 定量减少 AS WELL AS 定性修改/增加 PART OF 定性修改/减少 REVERSE 设计目的的逻辑取反 OTHER THAN 完全替代,IEC61882与时间和顺序 或序列有关的引导词,引导词 含义 EARLY（超前） 相对于时钟时间 LATE（迟后） 相对于时钟时间 BEFORE（先） 相对于顺序或序列 AFTER（后） 相对于顺序或序列,化工HAZOP分析常用工艺参数

8、及句法,流量、液位、压力、温度、组成、 PH、时间、速度、转速、频率 化工HAZOP句法（组合偏离）: “ 引导词 工艺参数 偏离” 例如： NO （空白） FLOW（流量） 无流量 MORE（过量） PRESSURE（压力） 压力高 AS WELL AS（伴随） ONE PHASE（一相） 两相 EARLY （超前） OPERATION（操作） 操作超前,主要引导词的进一步说明,No 否 对原设计意图的全部消除或没有实现。 组合偏离例： 流量/否 无流量 压力/否 无压力 Less （定量）减少 参数的值比预期的少（小、低） 组合偏离例： 流量/少 流量小 压力/少 压力低,主要引导词的进一

9、步说明,More （定量）增加 参数的值比预期的多（大、高）。 组合偏离例： 温度/增 温度高 压力/增 压力高 Reverse 反向 对于原设计意图相反的方向。 组合偏离例： 流量/反向 流量反向,主要引导词的进一步说明,Other 其它 原设计意图实现，但实现的方法不同。 组合偏离例： 流量/其它 不期望的流量 组成/其它 不期望的比份 Early （时间）早 原设计意图出现得过早。 组合偏离例： 流量/早 流量产生过早 稳定/早 预期的温度（高或低） 取得过早,主要引导词的进一步说明,Late 晚 引导词早的对立面。 组合偏离例： 液位/晚 预期容器中的液位（高 或低）建立过晚 Also

10、 （局部）异常 原设计意图正常，但有局部异常（额外物） 组合偏离例： 流量/异常 流量污染 液位/异常 容器中有不期望的物质,主要引导词的进一步说明, Fluctuation （变动）波动 原设计意图只在部分时间内实现。 组合偏离例： 流量/波动 流量时有时无 温度/波动 温度时高时低,人工HAZOP分析主要工作程序,危险分析的准备； 通过小组会议完成分析； 编制分析结果报告。,人工HAZOP步骤,确定分析目标； 组成HAZOP小组，确定组长； 技术资料准备； 偏离词选定； 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、偏离分析）； 完成HAZOP分析报告。,技术资料准备,(

11、1) 带控制点的工艺流程图（P&ID） (2) 物料流说明 (3) 组分物性 (4) 装置结构 (5) 操作说明 (6) 运行数据 (7) 故障与原因模式 (8) 变量影响关系,偏离词选定,流量 无 减少 增加 其它 反向 压力 减少 增加 波动 温度 减少 增加 波动 液位 无 减少 增加 波动 分离 无 减少 腐蚀 增加 隔离 无 排液 无 少 其它 排气/置换 无 少 其它 采样 无 其它,风险矩阵确定（非规定内容）,HAZOP危险分级方法举例 1. 频度（F） F（Frequency）: 危险可能发生的频度（次/年） 分级代码 0 1次/1000年 1 1次/100年 2 1次/10年

12、 3 1次/1年 4 1次/1月,风险矩阵确定（非规定内容）,2. 严重度（S） S（Severity）: 潜在危险的严重程度 0 轻度 1 一般 2 较重 3 严重 4 灾难 3. 危险分类（C） C（Hazard Category）: 危险分类 1 人员伤害 2 设备损坏 3 工厂停产 4 环境影响 5 外界反应,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。 R 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 采用控制和安全规程等措施。,HAZOP分析报告,I

13、EC61882化工HAZOP案例,IEC61882-HAZOP分析结果表案例,HAZOP成功的因素,对资料和数据把握的正确性； HAZOP组长的经验和洞察能力； 分析小组运用HAZOP方法识别偏离、原因及后果的能力； 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。,HAZOP分析易出现的问题,费时； 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； 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。近年来，应用范围扩大了，例如将HAZOP用于： 有关可编程电子系统； 有关道路、铁路等运输系统； 检查操作

14、顺序和规程； 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、 医疗设备； 突发事件分析； 软件和信息系统危险分析（2008）。,近年来HAZOP应用领域的扩展,可编程电子系统 HAZOP分析,近年来HAZOP应用领域的扩展,海上钻井及 采油平台 HAZOP分析,近年来HAZOP应用领域的扩展,撞船事故HAZOP分析,近年来HAZOP应用领域的扩展,天然气工程HAZOP分析,近年来HAZOP应用领域的扩展,美国通用公司海底供电系统HAZOP分析,近年来HAZOP应用领域的扩展,德国：汽车驾驶系统HAZOP分析,近年来HAZOP应用领域的扩展,美国、英国等海陆空 三军军事设施 H

15、AZOP分析,近年来HAZOP应用领域的扩展,核电站 HAZOP分析,近年来HAZOP应用领域的扩展,航空系统 HAZOP分析,近年来HAZOP应用领域的扩展,航天设施 HAZOP分析,近年来HAZOP应用领域的扩展,突发事件 HAZOP分析,人工HAZOP安全评价的不足,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 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； 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； 人工评价不考虑全流程分

16、析，只考虑到相邻设备； 人工评价费时、费力、成本高。,现场技术人员经验的重要性,人工HAZOP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 极其重要的作用，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 度的、完备的、高效的、符合国际规范的安全 评价。 只有完成深度高完备性的HAZOP，才能进 一步实现LOPA、SIL-SIS和在线HAZOP。,计算机辅助HAZOP国外进展,美国普渡大学以 V.Venkatasubramanian 教授为首的过程系统研究室的研究群体对 SDG方法的完善和工业化应用作出了显著成 绩。成功地将SDG方法应用于化工过程危险

17、与可操作性（HAZOP）分析。 基于SDG模型和规则的专 家系统是一个50万条C+计算 机程序，通过了20多个化工 过程实例的测试，在美国著 名制药公司辉瑞公司、礼来 公司、空气产品与化学公司 得到了广泛应用,HAZID软件 该软件由英国拉夫堡大学Frank Lees教授主持开发，在本领域的研究工作始于1986年。在ESPRIT STOPHAZ计划的持续支持下，软件在HAZOP原创公司ICI，以及VTT和 Snamprogetti企业现场应用成功。软件由HAZID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。HAZID技术有限公司还是国际知名的工程设计软件Intergraph公司的合作

18、伙伴。,计算机辅助HAZOP国外进展,计算机辅助HAZOP国外进展,计算机辅助HAZOP国外进展,计算机辅助HAZOP国外进展,HAZOP+ V2.0 HAZOP Manager V6.0 HAZOPs www.rsc.org PHA-Pro HaziD Pack V6.0 HAZID/HAZOP ModuSpec UML-HAZOP,基于人工智能技术的 计算机自动HAZOP安全评价步骤,1、确定评价目标和范围； 2、详细调查和收集评价对象信息和资料； 3、确定HAZOP专家小组和组长； 4、对系统进行定性建模（SDG)和验模 （V 5、实施计算机高速定性推理自动获取危险 剧情； 6、专家

19、小组对计算机结论进行筛选； 7、自动生成HAZOP报表和技术文件。 计算机评价原理和人工安全评价完全相同。完 全遵照国际标准IEC61882。,SDG-HAZOP与人工的比较,计算机辅助HAZOP分析和人工HAZOP分析相比，主要有以下几个方面的优点： 1、完备性高（获得危险剧情） 2、系统性好 3、推理深度深（全流程） 4、时间、人工和费用省 5、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,我国SDG-HAZOP技术应用情况,2003年列入国家高技术发展计划“大型石化过程安全评

20、估” 项目编号2003AA412310。2006年完成，通过科技部验收。 SDG-HAZOP技术在中石化齐鲁28万吨苯乙烯装置、神华煤制油工程、中石油哈尔滨炼油厂、中石化镇海炼化分公司、中石化上海石化股份有限公司等企业应用取得成功。 2004年列入国家安全生产发展规划重点推广项目。 2009年荣获国家安全生产监督管理总局“安全生产科技成果一等奖。,基于局域网和实时数据库的CAD-HAZOP软件平台（康安CAH-2.0）,新功能、新特点 简明、实用、快捷 易懂、易学、易用 资料调查与自动建模 一体化 引导词扩展为11个 增加自动LOPA分析,计算机辅助HAZOP会议,大型在线HAZOP系统(康安

21、CAH-3.0),保护层及保护层分析（LOPA）,保护层（layers of protection） 采用多重保护层或安全措施，以便深度防止灾难性事故或减轻灾难事故的影响。可提供的防止事故与灾难发生的措施，可以是安全设备、系统或行动（作用），能够防止或减缓危险剧情向不利后果扩展。,LOPA的由来和应用,2001 由美国化学工程师协会，化工过程安全中心CCPS发布 Layer of Protection Analysis, Simplified Process Risk Assessment, Center for Chemical Process Safety (CCPS), American

22、 Institute of Chemical Engineers（AIChE）, New York, NY, 2001 2003 IEC-61511-3 引用 2007 GB/T 21109.3 引用 自发布8年来得到广泛应用（HAZOP-10%）,可行的保护方法,具备固有安全设计特性（工艺、动设备、静设备、仪表、控制系统、软件系统）； 2. 基本过程控制系统BPCS； 3. 超限报警和操作员人工介入； 4. 紧急停车系统/功能安全仪表； 5. 物理防护措施（积极保护层），如释放设备（安全阀、爆破片、释放到火炬）； 6. 后续释放物理防护（消极保护层），切断对水源、土壤、地下水、大气的污染，如

23、围堰、隔离系统； 7. 工厂和社会的紧急响应（紧急响应层）。,各级保护层所应对的危险级别,LOPA （ layers of protection analysis）,LOPA是一种简化的半定量风险评价方法，用以确定现有的安全措施是否合适，是否需要增加新的安全措施。 LOPA所包含的内容如下： 分析由原因-后果对偶所定义的独立的危险剧情； 确定剧情的风险（risk）程度； 3. 分析独立的保护层，其有效性及联合效果。,保护层分析（LOPA）考虑的重点,怎样的安全是足够的安全？ 具体的过程需要多少种保护层？ 每一保护层可以减少多少风险？ 实质：HAZOP+ETA两种方法的联合。,LOPA 步骤,L

24、OPA和HAZOP的关系,LOPA是在HAZOP的基础上，进一步提出安全措施的分析，也可以看作HAZOP的继续和深入。 HAZOP分析得到的危险剧情，是LOPA的基础； HAZOP拉偏得到的非正常原因及发生频率，为LOPA分析的引发原因及其概率估算提供直接信息； HAZOP得到的不利后果及后果严重程度，为LOPA分析的影响事件及事件严重程度提供直接信息； HAZOP识别出的现有安全措施，为LOPA分析提供直接信息； HAZOP得出的“行动”（建议），同样也是LOPA的目的。,影响保护层分析的主要因素,准确性：准确界定“引发原因”、“引发可能性”、“独立保护层”及其“失效概率”。 适应性：所有数

25、据必须适应各企业的实际情况。 一致性：在不同企业之间和同一企业各次评价之间统一评价标准,以HAZOP剧情为主线，联合多种安全评价方法优势互补的系统安全技术,采用FMEA、检查表、如果怎么样？方法确定根原因和不利后果； 用如果怎么样？分析因果关系和事件的触发条件； 用危险指数法分析不利后果的严重程度； 剧情涉及管道、设备、储罐时采用RBI分析风险程度； 涉及保护层、安全控制系统时采用LOPA和SIS-SIL； 当无法判别局部事件影响关系时用FTA和ETA。 完成深度HAZOP后，接着实施LOPA和SIL; 利用SDG高速推理，最终实现在线HAZOP。,国家安监总局“危险化学品建设项目安全评价细则

26、”（试行）-2007年12月12日印发,安监总危化2007255号 6.4.2.2 安全评价方法的确定 可选择国际、国内通行的安全评价方法。 对国内首次采用新技术、工艺的建设项目的工艺安全性分析，除选择其它安全评价方法外，尽可能选择危险和可操作性研究法进行。,SIS（功能安全仪表系统）国家标准,GB/T20438（IEC-61508）“电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全”2006 GB/T21109（IEC-61511）“过程工业领域安全仪表系统功能安全”2007 是安全评价到安全措施实现的重大进展。 是半定量安全评价技术实用化的重大进展。 HAZOP作为国家标准已既成事实。,点击互

27、联网-HAZOP,有2,000,000条相关信息！ HAZOP软件在独山子石化安全分析中的应用 王朝晖 中石油新疆独山子石化公司 项目指挥部HSE管理部 HAZOP小组 摘要：本文主要介绍了Isograph公司hazop+分析软件在中石油新疆独山子石化公司1000万吨/年炼油及120万吨/年乙烯项目中的应用。Hazop+具有分析流程标准化、数据库定制和支持中文汉化等优点，在独山子石化安全分析项目中起到了重要作用。,非正常工况及监测技术,非正常工况的界定 非正常工况是需要人工干预的时刻（Anytime an operator needs to manually intervene）。 由于非正常

28、工况的影响，美国仅石油化工每年直接损失为200亿美元，间接损失一般为直接损失的10倍。,国外相关重大研究计划 美国AEGIS 欧盟CHEM,全球性ASM技术联盟，由Honeywell公司发起，联合了七大石油公司Amoco、British petroleum、Chevron、Exxon、Mobil、Shell和Texaco、两个著名软件公司Gensym与ATR和两所著名大学，普渡大学Purdue与俄亥俄Ohio大学）,ASM联盟的成员,Joint Research and Development Consortium,Innovating and Fielding ASM Solution Co

29、ncepts, Abnormal Situation Management and ASM are U.S. registered trademarks of Honeywell Inc.,美国DKit复合FDD平台,目前应用较广的技术是报警管理,1. 集中关注最主要的报警； 2. 当需要时，抑制不必要的报警； 3. 快速地理解当前的工况（这种理解应具备：明确 的、坚实的、简明的、广博的信息）； 4. 获得有用的信息（例如：可能的原因和推荐的纠 错方法）； 5. 评估系统及操作工的能力。,在研863项目在线HAZOP系统,基于实时数据库的在线调度监控指挥中心,现代网络化集成化工业自动化系统为在

30、线HAZOP提供了优越条件,现代网络化集成化工业自动化系统,国产实时数据库关键性能指标,单台服务器容量可达1,000,000点； 并发连接数4000 数据库吞吐量支持每秒写入40,000/秒个数据点； 历史数据查询速度1，000，000记录/秒 数据磁盘存储压缩比 40：1 CPU占用率30% 画面刷新周期5秒,新的目标复杂多故障剧情自动识别,多原因多后果 同时发生； 剧情动态演变； ,在线HAZOP的新功能,三道防线 1) 直接剧情（第一防线）：检查表法得到的直接原因 导致的不利后果，采用基于规则的专家系统实时判 定。 2) 简单剧情（第二防线）：由实时SDG-HAZOP得到的单 原因经中间

31、事件导致的不利后果，即简单剧情。 3) 复杂剧情（第三防线）：采用多重实时故障诊断方 法并行得到的复杂剧情。 故障诊断、事故预案、事故预警分析相结合 工厂紧急状态监测与指挥系统，全厂危险点分布和救灾系统分布图，紧急通信系统，各级保护层的启动系统。 在线HAZOP系统已经在中石油哈尔滨炼油厂、中石化镇海炼化分公司、中石化上海石化股份有限公司等企业试验运行。,几点建议,采用先进安全评价技术（CAD-HAZOP） 成立基层专业安全评价组（机构） 建立常设技术培训机构培养专业技术力量 加强应用型安全技术开发（如：CAD软件、安全数据库、智能软件） 加强基础安全技术研究 成立中国化工安全中心（中国CPSC、美国CCPS、欧盟EPSC, European process Safety Centre、英国HSE）,谢谢！,