化工产业链水泥生产危险与可操作性(HAZOP)研究分析实例.doc
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化工产业链水泥生产装置危险与可操作性（HAZOP）研究分析实例
孙柏
（国电中国石化宁夏能源化工有限公司，751400）
1引言
危险与可操作性分析Hazardandoperabilityanalysis（简称HAZOP）在开展工艺危害分析工作中所运用到的，通过使用“引导词”分析工艺过程中偏离正常工况的各种情形，从而发现危害源和操作问题的一种系统性方法。
HAZOP研究是以系统工程为基础的一种可用于定性分析或定量评价的危险性评价方法，用于探明生产装置和工艺过程中的危险及其原因，寻求必要对策。
通过分析生产运行过程中工艺状态参数的变动，操作控制中可能出现的偏差，以及这些变动与偏差对系统的影响及可能导致的后果，找出出现变动可偏差的原因，明确装置或系统内及生产过程中存在的主要危险、危害因素，并针对变动与偏差的后果提出应采取的措施。
本文应用HAZOP分析方法对化工产业链延伸的水泥生产装置煤粉制备系统装置进行研究分析，阐述了整个HAZOP分析过程中的主要发现和分析成果，分析报告中所列的主要为可能存在风险的偏差，对那些不存在或影响极小的风险偏差没有列出。
根据HAZOP分析流程设定了偏差及引导词，在HAZOP分析组长的引导下，分析了工艺系统产生所有偏差的原因、可能导致的严重后果以及设计中拟采取的安全措施，并针对可能发生的危险情况和部分设计疏漏提出了相应的建议措施，为设计单位进一步修改与完善设计、生产单位对系统装置的安全、操作与运行管理等提供了重要参考。
2HAZOP总研究过程概述
2.1 HAZOP研究与分析的目的
从工艺流程、状态及参数、操作顺序、安全措施等方面着手，通过HAZOP研究，识别煤粉制备系统装置在生产运行过程中潜在的危险、有害因素，找出装置在工艺设计、设备运行、操作以及安全措施等方面存在的不足，为装置的安全运行与安全隐患整改提供指导。
本次HAZOP分析工作的目的主要表现在以下几个方面：
a）系统全面地识别煤粉制备系统存在的危害因素，并评价控制措施的有效性，在此基础上提出改进建议。
b）识别工艺设计缺陷，为变更设计提供依据，提高工艺本质安全水平。
c）识别操作规程、作业指导书等与工艺流程及实际操作之间偏差，为修订完善相关作业文件提供依据。
d）根据偏差原因，完善工艺安全检查表，为进行全面的隐患排查提供依据。
e）基于分析结果完善专项应急预案和现场处置方案。
f）为识别员工工艺过程操作的培训需求提供依据。
把HAZOP分析的工作记录表作为员工的培训教材，有针对性地对员工进行培训，提高员工工艺技术水平及工艺控制能力。
g）通过技术管理人员和操作人员全过程参加HAZOP分析，不但对工艺技术有了更深刻的认识，而且了解了电气、仪表、设备等方面知识，也更加熟悉了工艺、操作之间的关联，认识到履行自己职责及做好本职工作的重要性，提高了风险防控意识和责任感。
2.2HAZOP分析范围
根据化工园区QHSE管理的要求，此项目危险与可操作性分析范围为煤粉制备系统。
主要选取针对煤粉制备系统涉及的煤磨机系统及袋收尘系统的重要的参数、指标作为分析要素
2.3限制条件
进行HAZOP研究前，评价人员一致同意以下限制条件：
1）HAZOP研究范围仅限煤粉制备系统装置，因此，分析研究工作只考虑从进料到出料的整个系统。
2）本次研究是粗略的危险和操作性研究，因此只对主要工艺的关键设施进行检查。
为了逻辑、有效地分析系统流程图，研究按照装置生产工艺过程分为煤磨机系统和袋收尘系统。
3HAZOP分析对象概述
3.1煤粉制备系统概况
原煤由原煤仓下定量给料机喂入煤磨，在磨内烘干兼粉磨，出磨煤粉随气流进入袋收尘器，经袋式收尘器收集由螺旋输送机分别送入带荷重传感器的窑用煤粉仓及炉用煤粉仓。
煤粉仓下设有煤粉计量喂料称，煤粉经计量后送至窑头的多风道煤粉燃烧器及窑尾分解炉燃烧器。
煤粉输送用空气由罗茨风机供给。
3.2主要装置、设备介绍
序号
设备编号
设备名称
技术规格
数量
1
DPG40
给煤机
能力:
4~40t/h、计量精度:
±0.5%、控制精度:
±1%
进出口中心距:
7675mm、水份:
≤21%
1
2
ZGM95G
辊盘式磨煤机
滚道中径:
Φ1900mm、入磨粒度：
≤40mm
入磨水分：
≤10%、磨盘转速：
26.4r/min
1
3
YCQM96（M）-2x8
煤磨袋式除尘器
总处理风量：
85000m3/h
过滤面积：
1536m2、进风温度:
<120℃
进口含尘浓度:
<1000g/Nm3、出口含尘浓度：
<30mg/Nm3、设备承受负压：
12000Pa
1
4
LS500x10500m
螺旋输送机
输送量：
62m3/h
转速：
40r/min
2
5
XYB6-SM2050F
煤磨排风机
流量：
85000m3/h、风压：
11500Pa
工作温度:
65℃Max：
100℃、气体含尘浓度：
30mg/Nm3
1
6
LPM3A-90
气震式袋除尘器
实际处理风量4464m3/h、总过滤面积：
93m2
净过滤面积：
62m2、过滤风速：
1.2m/min
2
3.3主要危险物质
3.3.1煤粉
3.3.1.1物理性质
颗粒特性煤粉是由尺寸不同、形状不规则的颗粉所组成，一般煤粉颗粒直径范围为0—1000um，大多20—50um的颗粒；
煤粉的密度煤粉密度较小，新磨制的煤粉堆积密度过约为（0.45—0.5）t/m3，贮存一定时间后堆积密度为（0.8—0.9）t/m3；
煤粉具有流动性煤粉颗粒很细，单位质量的煤粉具有较大的表面积，表面可吸附大量空气，从而使其具有流动性。
这一特性，使煤粉便于气力输送，缺点是易形成煤粉自流，设备不严密时容易漏粉。
3.3.1.2安全
煤粉为可燃物质，乙类火灾危险品，粉尘具爆燃性，着火点在300℃～500℃之间，爆炸下限浓度34g/m～47g/m（粉尘平均粒径:
5μm～10μm）。
高温表面堆积粉尘（5mm厚）的引燃温度：
225℃～285℃，云状粉尘的引燃温度580℃～610℃。
4HAZOP方法简介
4.1HAZOP分析程序
HAZOP分析方法是通过一组引导词（比如无流量、多流量、少流量、高温、低温、高压、低压、高液位、低液位等）的使用，来全面和系统地辨识装置设计可能存在导致安全或操作问题的设计缺陷，评估是否需要进一步的安全措施。
HAZOP分析的进行首先需要组织一个有经验和有能力的小组。
按照分析计划，组织分析会议，在分析组长领导下组织讨论。
HAZOP分析会议开始时，分析组长或熟悉分析过程及问题的小组成员应进行以下工作：
a）概述分析计划，确保分析成员熟悉系统以及分析目标和范围；
b）概述设计描述，并解释要使用的建议要素和引导词；
c）审查已知的危险和操作性问题及潜在的关注区域。
分析应沿着与分析主题相关的流程或顺序，并按逻辑顺序从输入到输出进行分析（见图4-1）。
HAZOP等危险识别技术的优势源自规范化的逐步分析过程。
分析顺序有两种：
“要素优先”和“引导词优先”，分别见图4-2和图4-3。
“要素优先”顺序可描述如下：
a）分析组长选择系统设计描述的某一部分作为分析起点，并做出标记。
随后，解释该部分的设计目的，确定相关要素以及与这些要素有关的所有特性。
b）分析组长选择其中一个要素，与小组商定引导词应直接用于要素本身还是用于该要素的单个特性。
分析组长确定首先使用哪个引导词。
c）将选择的引导词与分析的要素或要素的特性相结合，检查其解释，以确定是否有合理的偏差。
如果确定了一个有意义的偏差，则分析偏差发生的原因及后果。
有些应用中会发现，按照后果的潜在严重性或根据风险矩阵得到的相对风险等级对偏差进行分类是有用的。
风险矩阵的使用在IEC60300-3-9中有进一步论述。
d）分析小组应识别偏差现有的保护、检测和指示装置（措施），这些保护措施可能包含在当前部分或者是其他部分设计目的的一部分。
在识别危险或可操作性问题时，不应考虑已有的保护措施及其对偏差发生的可能性或后果的影响。
e）分析组长应对记录员记录的文档结果进行总结。
当需要进行额外的后续跟踪工作时，也应记录完成该工作的负责人的姓名。
f）对于该引导词的其他解释，重复以上c）～e）过程；然后依次将其他引导词和要素的当前特性相结合，进行分析；接着对要素的每个特性重复c）～e）过程（前提是对要素当前特性的分析达成了一致意见）；然后是对分析部分的每个要素重复b）～e）过程。
一个部分分析完成后，应标记为“完成”。
重复进行该过程，直到系统所有部分分析完毕。
引导词应用的另一种方法是将第一个引导词依次用于分析部分的各个要素。
这一步骤完成后，进行下一个引导词分析，再一次把引导词依次用于所有要素。
重复进行该过程，直到全部引导词都用于分析部分的所有要素，然后再分析系统下一部分。
（见图4-3）
在进行某一分析时，分析组长及其HAZOP小组成员应决定选择“要素优先”还是“引导词优先”。
HAZOP分析的习惯会影响分析顺序的选择。
此外，影响这一决定的其他因素还包括：
所涉及技术的性质、分析过程需要的灵活性以及小组成员接受过的培训。
1、定义
确定分析范围和目标
确定职责
选择分析小组
2、准备
制定分析计划
收集数据
商定记录样式
估算时间
安排时间进度表
3、分析
将系统分解为若干部分
选择某一部分并定义设计目的
使用每个要素的引导词确定偏差
识别原因和后果
确定是否存在重大问题
识别保护、检测和指示装置
确定可能的补救/减缓措施（可选）
对建议措施达成一致意见
对每个要素重复以上步骤，然后对系统每个部分重复以上步骤
4、文档和跟踪
记录分析情况
签署分析文档
完成分析报告
跟踪措施的执行情况
需要时重新分析系统某些部分
完成最终输出报告
图4-1HAZOP分析程序
17
图4-2HAZOP分析程序流程图——“要素优先”顺序
图4-3HAZOP分析程序流程图——“引导词优先”顺序
4.2HAZOP引导词和参数
在HAZOP分析的计划阶段，分析组长提出要使用的引导词的初始清单。
分析组长针对系统测试所提出的引导词，确认其适宜性。
应仔细考虑引导词的选择，如果引导词太具体可能会限制思路或讨论，如果引导词太笼统可能又无法有效地集中到HAZOP分析中。
引导词-要素/特性组合在不同的分析系统中、在系统生命周期的不同阶段以及当用于不同的设计描述时可能会有不同的解释。
有些组合在既定分析中可能没有意义，则不予考虑。
应明确并记录所有引导词-要素/特性组合的解释。
如果某组合在设计中有多种解释，应列出所有解释。
另一方面，有时会出现不同的组合具有相同的解释。
在这种情况下，应进行适当的相互参考。
不同类型的偏差和引导词及其示例见表4-3。
表4-3上述引导词有多种解释。
除表4-3上列举引导词外，还可能有对偏差辨识更有利的其他引导词，这类引导词如果在分析开始前已经进行了定义，就可以使用。
选定系统的一部分进行分析，将该部分的设计目的分为几个单独的要素。
然后，将所有相关的引导词应用于每个要素，从而系统地完成对偏差的全面分析。
运用一个引导词，分析某种偏差的可能原因和后果，也可以检查故障监测或指示装置。
按确定的格式，记录分析结果。
引导词/要素的组合可视为一个矩阵，其中，引导词定义为行，要素定义为列，所形成的矩阵中每个单元都是特定引导词/要素的组合。
为全面进行危险识别，要素及关联特性应涵盖设计目的的所有相关方面，引导词应能引导出所有偏差。
并非所有组合都会给出有意义的偏差，因此，考虑所有引导词/要素的组合时，矩阵可能会出现空格。
矩阵中各单元的分析顺序有两种，一种是逐列，也就是要素优先；一种是逐行，也就是引导词优先。
两种顺序的分析见图4-2和图4-3。
原则上，两种分析的结果应相同。
表4-3偏差及其相关引导词的示例
偏离类型
引导词
过程工业实例
否定
无，空白（NO）
没有达到任何目的，如：
无流量
量的改变
多，过量（MORE）
量的增多，如温度高
少，减量（LESS）
量的减少，如温度低
定性改变
伴随（ASWELLAS）
出现杂质，同时执行了其他的操作或步骤
部分（PARTOF）
只达到一部分目的，如：
预期流体部分发生传输
替换
相反（REVERSE）
管道中的物料反向流动以及化学逆反应
异常（OTHERTHAN）
最初目的没有实现，出现了完全不同的结果。
如：
输送了错误物料
时间
早（EARLY）
某事件的发生较给定时间早，如：
冷却或过滤
晚（LATE）
某事件的发生较给定时间晚，如：
冷却或过滤
顺序或序列
先（BEFORE）
某事件在序列中过早的发生，如：
混合或加热
后（LATE）
某事件在序列中过晚的发生，如：
混合或加热
4.3HAZOP分析部分
表4-5给出了此次HAZOP分析划分的分析部分。
表4-5HAZOP分析部分
项次
分析部分名称
工艺流程描述
1
煤磨机系统
原煤由原煤仓下定量给料机喂入煤磨，在磨内烘干兼粉磨，粉磨能力25t/h，出磨细度：
0.08mm筛余6%。
出磨煤粉随气流进入袋收尘器。
2
袋收尘系统
出磨煤粉随气流进入袋收尘器，经袋式收尘器收集由螺旋输送机分别送入带荷重传感器的窑用煤粉仓及炉用煤粉仓；含尘气体经净化后由排风机排入大气，粉尘排放浓度≤30mg/Nm3。
5HAZOP会议
5.1人员参与
HAZOP分析小组成员由工艺、仪表、工程、设计等专业技术人员组成。
危险分析是一个系统工程，需要各个专业、具有不同知识背景的人员组合在一起进行分析。
5.2资料分析
此次HAZOP分析的主要参考图纸为工艺流程图，同时参考和分析了设备图和平面布置图。
5.3HAZOP分析开展方式
整个HAZOP分析对煤粉制备系统2个分析部分进行分析。
HAZOP分析现场工作会议使用笔记本电脑、MS-EXCEL表格以及写字板对HAZOP分析结果进行了详细记录与整理。
会议中所有讨论的问题和注意事项都使用投影仪进行现场演示、记录，且经小组成员讨论审查并通过。
通过系列的研究分析会议对工艺图纸和操作规程进行分析。
在这个过程中，有各专业人员组成的研究分析组按照规定的方式系统地分析偏离设计工艺条件的偏差。
6HAZOP分析结果
6.1HAZOP分析数据统计
煤粉制备系统共明确14个重要工艺参数、指标作为分析重点，通过参数与引导词建立偏差矩阵评审得出26个有意义的偏差。
基于偏差分析出60条导致偏差的原因，并针对具体原因明确70条现有控制措施。
通过HAZOP分析小组充分讨论，形成一致意见，共提出11项建议改进措施。
6.2HAZOP分析结论
1.通过对PFD、PID图的详细分析，安全冗余设计和安全仪表、阀门的设置及相关安全技术和管理基本符合安全生产要求，很大程度上降低了煤粉制备装置风险水平，使装置的风险处于“可接受的”的水平。
2.针对发现的部分设计方面、操作规程及管理上存在的不足，明确了控制或消减措施，有利于提高分析对象的工艺安全水平。
此次HAZOP分析，从生产运行可能与工艺设计发生的偏差入手，主要针对“不可接受风险”提出了控制或消减措施建议（见表6-1）。
所对应的参数、引导词和安全保护措施等信息，详见附录Ⅰ—HAZOP分析记录工作表。
针对本报告所提出的风险控制或消减措施建议，建议BDO公司采取有效的措施予以落实，并进行详细记录。
对于未采纳的建议需要进行原因分析，并予以记录。
所有的建议均应该和HAZOP分析工作表一起阅读，HAZOP分析工作表请参阅附录I。
表6-1HAZOP分析建议安全措施
分析工序
建议安全措施
煤磨机系统
1、考虑采取措施，防止系统中细煤粉沉积。
当磨煤机运转或停转中，系统中某些沉积的煤粉容易发生自燃，如收尘器内某些死角、灰斗等处沉积的细煤粉。
2、煤挥发分含量高，产生爆炸的可能性大。
对于无烟煤，因挥发分﹤10﹪，一般不考虑其爆炸性。
但当挥发分﹥25﹪（烟煤的挥发分通常都较高），爆炸的危险性增大，建议关注。
3、原煤烘干利用窑头篦冷机排出250℃的废热气体作为烘干热源，蓖冷废气含氧量高达21﹪，而影响煤粉爆炸的因素中，重要的是输送煤粉气体中氧的浓度，建议关注。
4、煤粉输送流速过低，气粉流动不畅，会导致堆积而自然；流速过高，回引起静电火花而导致煤粉燃爆，建议关注流速控制。
5、煤粉制备系统的设备和管道外表，应定期进行清扫，防止粉尘聚集。
袋收尘系统
6、考虑原煤仓设置CO2灭火装置。
7、当煤磨袋收尘器内的煤粉燃烧或燃爆时，会放出大量的气体及热量，为了将损失降低到最低限度，建议收尘器本体设置防爆装置。
8、核实收尘器两端是否安装有快速截断阀，以避免收尘器前的火种带入收尘器，或避免收尘器的火种带入下一级设备。
9、考虑原煤仓设置CO分析仪及测温装置。
10、考虑压缩气体使用惰性气体可行性，既能防堵、预防爆炸环境产生，还能灭火。
11、建议严格控制粉煤仓内的存量，严禁过量存储煤粉，同时注意煤粉在仓内存储时间不宜过长。
6.3结束语
将HAZOP分析方法应用于化工产业链延伸水泥生产的在役生产装置的安全评价中，不仅能够使分析人员对于单元中的工艺过程及设备有深入了解，对于单元中的危险及应采取的措施有透彻的认识，增强职工安全防范意识，而且，其HAZOP分析研究成果对于装置的日常生产与维护以及装置的安全管理提供了良好的指导作用。
因此，可以认为HAZOP分析方法应用于化工产业链延伸水泥生产装置的安全评价是可行的，其分析程序与内容可以作为对员工进行安全培训的有效方法。
7HAZOP分析实施建议
HAZOP分析实质是一种头脑风暴风险分析技术，具有一定的局限性，另外HAZOP分析小组成员的专业、经验会直接影响分析的结果，为此建议：
7.1组织方面
a）组长必须具备一定的组织协调能力、语言表达能力和丰富的工作经验，能够调动各专业人员积极提出分析意见,充分发挥他们的经验和才能。
b）HAZOP分析小组成员应熟悉本专业知识，具有丰富的实践经验，并且能够充分理解设计意图。
c）记录员应熟悉装置性能，具有一定的管理和操作经验，熟悉计算机操作。
d）分析准备工作应充分。
分析依据的资料应是现行有效版本，能够说明设计意图。
e）HAZOP分析会议是一项全面、细致的工作，如果讨论分析时间过长，人员容易疲劳，分析可能会有遗漏，留下安全隐患，所以应注意劳逸结合。
f）在正式会议之前，组长和记录员初步确定偏差、分析原因和后果，再进行正式的会议讨论，可以缩短分析时间，提高工作效率。
7.2技术方面
a）安全措施的补充完善，应侧重于出现异常时如何尽快提醒操作人员，以便及时调整运行参数，避免出现偏差。
安全技术措施一般按照消除、预防、减弱、隔离、联锁、警告的顺序考虑，在风险高的工艺环节应有自动控制的联锁装置。
b）当工艺技术、设备、作业环境及相关法律法规、标准发生变更时，应及时重新进行HAZOP分析。
c）分析过程中遇到的问题，比如原设计的仪表自动联锁控制或在线分析控制，因为种种原因，企业没有实施，而是采用经验的做法来完成工艺控制，这样做的风险有多大，安全防护是否可靠，单靠HAZOP分析难以度量，建议采取其他的方法，如保护层分析来深入分析。
d）为了逻辑地、有效地进行HAZOP分析，首先要将分析对象依据工艺图划分为若干个分析部分。
如果分析部分划分的太小，会加大工作负荷，导致大量的重复工作；如果划分的太大，会使HAZOP分析结果产生重大偏差，甚至会遗漏部分重要结果。
建议划分分析部分的大小取决于系统的复杂性和危险的严重程度。
复杂或高危险系统可分成较小的部分，简单或低危险系统可分成较大的部分，以加快分析进程和提高分析质量。
e）分析小组对选定的偏差分析讨论可能引起的后果，包括对人员、财产和环境的影响。
应考虑排除已有的安全保护（如安全阀、联锁、报警、紧停按钮、放空等），以及相关的管理措施（如作业票制度、巡检等）情况下的最坏后果。
讨论后果不应局限在本节点或部分之内，而应同时考虑该偏差对整个系统的影响。
f）对选定的偏差从工艺、设备、仪表、控制和操作等方面，分析讨论其发生的所有原因，原则上应在本节点范围内列举原因。
g）在考虑现有的安全保护时，应从偏差原因的预防（如仪表和设备维护、静电接地等）、偏差的检测（如参数监测、报警、化验分析等）和后果的减轻（如联锁、安全阀、消防设施、应急预案等）三个方面进行识别。
安全保护措施必须是现有并实际投用或执行的。
附录I：
HAZOP分析记录工作表
危险与可操作性分析表1
单元：
煤粉制备系统分析部分：
煤磨机系统
设计意图：
原煤由原煤仓下定量给料机喂入煤磨，在磨内烘干兼粉磨，粉磨能力25t/h，出磨细度：
0.08mm筛余6%。
出磨煤粉随气流进入袋收尘器。
序号
要素
引导词
偏差
可能原因
后果
现有安全措施
建议安全措施
责任部门/人员
1
原煤含水量（参数）
多
原煤含水量过高
1.进厂原煤含水量过高。
1.热风量加大，导致煤粉在磨机内停留时间过长，导致煤粉燃烧。
严重时会爆炸。
2.氧化反应加强，煤粉产生局部燃烧。
3.袋收尘压差增大。
1.对进厂原煤严格按照指标进行控制，对进厂后发现不合格的原煤与合格原煤按水分含量进行配比。
2.热风量根据出磨煤粉水份含量和磨机出口风温进行控制。
3.编制煤粉制备系统火灾、爆炸现场处置预案。
4.煤粉制备系统设有CO监测仪表。
5.袋收尘设有压差增大报警设施，压差高于1500Pa时报警。
1、考虑采取措施，防止系统中细煤粉沉积。
当磨煤机运转或停转中，系统中某些沉积的煤粉容易发生自燃，如收尘器内某些死角、灰斗等处沉积的细煤粉。
烧成区域
少
原煤含水量过低
1.进厂原煤含水量过低。
1.易导致煤粉在磨机内自燃，严重时会产生爆炸。
1.对入场原煤进行分析，并将分析结果反馈给中控操作员。
2.对进厂后发现高水分的原煤与低水分原煤按水分含量进行配比。
2、煤挥发分含量高，产生爆炸的可能性大。
对于无烟煤，因挥发分﹤10﹪，一般不考虑其爆炸性。
但当挥发分﹥25﹪（烟煤的挥发分通常都较高），爆炸的危险性增大，建议关注。
烧成区域
2
原煤粒度
多
原煤粒度过大
1.进厂原煤粒度过大。
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