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HAZOP應用的局限性及解決方法

類別:文章分享 發布時間:2019-07-10 瀏覽人次:

HAZOP在化工行業得到了廣泛的應用,然而, HAZOP不是一個靜態的方法,而是一個動態的團隊互動的過程,在這個過程中,存在很多成功影響因素。本文試圖探討HAZOP動態互動過程中的軟影響因素,以更好地指導HAZOP的應用。

圖I精餾塔系統中的安全保護層.jpg

圖I精餾塔系統中的安全保護層

HAZOP的局限性


很多人以為HAZOP是一種復雜的工具,其實不然。HAZOP本是非常簡單的,其實質就是一種結構化的頭腦風暴,而復雜的是HAZOP分析的對象。想要將極其復雜的現實對象放入簡化了的HAZOP分析框架之內,會有很多的困難。在HAZOP分析時,人們經常爭論不休的問題有:“事故的原因是否可信”“事故的后果是否真的有這么嚴重”“這個現有安全措施是否有效”“我們有3個可供選擇的建議措施,到底選哪一個比較好”等等。例如在圖1所示的流程中。把現實的精餾塔對象放入hazop的原因-偏差-后果-建議措施的框架中,可以提出很多問題(見表1),然而,這些問題的求解,沒有一個是能夠通過hazop方法來解決的。其中一些問題比較簡單,可以通過化工操作經驗以及簡單的化學工程判斷來解決,然而有些問題比較復雜,需要通過簡單的定量計算或復雜的動態模擬來解決。

圖2 hazop的成功影響囚素.jpg

圖2 hazop的成功影響囚素

HAZOP成功的2個思維方式

    

針對上述HAZOP的局限性,


人們通常會從多個方面來探索解決方案。如HAZOP專家系統,將動態模擬與HAZOP分析相結合等。然而,現實是很多企業還在大量使用人工HAZOP分析,在人工HAZOP分析會議上,利用復雜的動態模擬也不多見,最多是將動態模擬作為HAZOP的建議項紀錄下來,在HAZOP分析會后由專門人員去跟進。HAZOP會議參與人員的經驗和知識是解決上述問題的惟一方法,然而,由于HAZOP討論是一個動態的過程,團隊人員的經驗和知識只是影響這個動態過程的多個因素中的一個因素,其他很多的因素也對HAZOP討論有很大的影響,如:HAZOP團隊成員的選擇、團隊成員思考問題的思維方式、主持人對動態討論的掌控能力及方式、會議室的物理條件(如:舒適性)、討論時間的長短等。在這些影響因素中,團隊成員思考問題的思維方式可能是人們比較容易忽視的問題。

表1HAZOP分析框架下的現實問題

表1HAZOP分析框架下的現實問題

思維方式1—開放性思維


    在HAZOP分析中需要開放性的思維。HAZOP討論的事件幾乎都是小概率事件,導致偏差發生的幾乎都是小概率事件,而偏差發生往往并不直接導致嚴重的后果,而是需要1個或多個現有安全保護措施失效。如表2,對圖1所示的精餾塔系統進行HAZOP分析,導致精餾塔超壓的原因是精餾塔塔頂冷凝器冷卻水喪失,這是一個小概率事件;塔內壓力超過其設計壓力的1.5倍,需要2個現有安全措施失效才會發生,安全閥失效是小概率事件,高溫連鎖失效也是小概率事件;塔內壓力超過其設計壓力的1.5倍,也不一定導致塔破裂爆炸,所以塔破裂爆炸也是小概率事件。


    針對重大的事故風險,我們考慮的往往是10-5一10-6次/a(即10萬年一100萬年一遇)的發生頻率,這些事故往往是“我不知我不知”(不知發生概率,不知后果嚴重性)的風險,詳見圖30如果試圖對表2識別的超壓風險進行一個粗略的半定量分析,初始事件及獨立保護層的數據來自于表3,則精餾塔內壓力超過其設計壓力1.5倍的事件的頻率為1x10-1x10-'x10-1=1x10-5次/a。

表2HAZOP分析示例

偏差
原因后果現有安全措施建議
精餾塔超壓精餾塔塔頂冷凝器冷卻水喪失塔內壓力超過其設計壓力的1.5倍,塔破裂爆炸,導致嚴重的人身傷害和財產損失
塔頂安全閥



塔頂放空管線上的高溫開關觸發連鎖,切斷塔底再沸器的蒸汽

日常生活中的一些小概率事件,我們通常的態度是接受。然而,在化工生產中,我們則需要一種開放性思維,要有一種與日常生活中對待小概率事件不同的態度。這種態度應該是“這可能發生嗎?”,而不是“這不可能發生”。


思維方式2-合理盡可能保守


HAZOP分析中討論的事件幾乎都是小概率事件。這些小概率事件都是非常確定性的問題,而且面臨其他的挑戰,如:信息不完整等。面對確定性事件,我們總是可以找到一個確定的結論。


例1:某化工廠產品儲罐的容積為1200t,該廠每小時的產量為60t,產品儲罐最多能提供多少小時的緩沖?

思維方式2-合理盡可能保守

這就是一個確定性的問題。如果我們假設產品儲罐的原油存量為xt,允許最大充裝液位為95%,則產品儲罐能提供的緩沖為:


然而,在HAZOP考慮的問題遠遠比這個復雜。我們來看2個簡化的非確定性(概率性、可能性)問題的例子。


例2:假設某化工廠事故,可能導致工廠停車。現在已知有A、B兩種應對方案:如果采用A方案,有50%的可能性會避免停車;如果采用B方案,避免停車的可能性未知。A和B,您選擇哪個方案?這是一個很簡單的可能性問題的例子。在我們HAZOP培訓和HAZOP咨詢時所作的調查中,絕大多數人的選擇是A方案。這說明人們在面對簡單的不確定問題時,傾向于保守的方案。

圖3風險與人的認知之間的關系.jpg

圖3風險與人的認知之間的關系

例3:假設某化工廠事故,可能導致600人死亡。現在已知有2種應對方案:A方案會挽救200人的生命,B方案有1/3的可能會挽救600人的生命,2/3的可能1個人也救不了。A和B,你選擇哪個方案?

圖為精餾塔示意圖

圖為精餾塔示意圖

例3比例2稍微復雜一點,A和B選擇的數學期望值是相同的。A選擇是保守的選擇,而B選擇是樂觀的選擇。從我們培訓和咨詢時所作的調查來看,不同的企業的調查結果有很大的區別。可以得出的結論是:人們在面對復雜的不確定問題時,未免會選擇保守的方案,企業文化對企業中員工是否選擇保守的方案有很大影響。


對于HAZOP的啟示是,HAZOP討論的事件幾乎都是可能性事件,而且是不經常出現的小概率事件,而且這些小概率事件往往隱藏在我們大腦的“我不知我不知”的部分,HAZOP團隊成員在針對這些事件進行討論時,往往過于樂觀。這是一個非常危險的傾向,可能會導致很嚴重的后果。在HAZOP分析時,應該采用的思維方式是“合理盡可能保守”,這里套用一個著名的表達方式ALARP(As LowAs Reasonably Practicable,合理盡可能低),那我們這里把’‘合理盡可能保守”表達為ACARP(As Conservative AsReasonably Practicable)

圖4超壓比與容器破裂可能性的關系(注意此圖僅僅是示意圖).jpg

圖4超壓比與容器破裂可能性的關系(注意此圖僅僅是示意圖)

如表2所示的HAZOP分析示例,在多個方面體現了ACARP的思維方式。冷卻水喪失的頻率可能分布在一個很廣的區間內,如:1一1x10-2次/a,安全閥在要求時失效的概率分布在一個更廣的區IBI內,如:1x10-1,一1x10-5次/a,然而,在做粗略的頻率估計時,大多數公司要求使用合理保守的數據,如:冷卻水喪失的頻率采用1-1*10-1次/a,安全閥要求失效的概率采用1*10-2/a。另一個方面是,在考慮事故的后果時,采用了塔“破裂爆炸”這樣的表述,其實這也是一種ACARP的思維方式。壓力容器所見到的超壓與其設計壓力之間的比值和其破裂爆炸的可能性之間可能存在如圖4所示的關系。在沒有進行進一步分析的情況下,如;通過定量計算確定實際的最大超壓比、定量計算在最大超壓比下容器破裂的可能性,可以采用ACARP的原則來確定合理最壞的后果。當然,在ACARP的思維方式中,有一個“合理現實”(reasonably practicable)這樣的限定詞,不能過于保守,如果過于保守,可能需要企業付出額外的成本。

表3初始事件或獨立保護層可能性

表3初始事件或獨立保護層可能性

潤滑劑和催化劑


運用開放性思維及合理盡可能保守思維這2個思維方式,可以在應用HAZOP時,將HAZOP團隊的知識和經驗進行結構化組織,發揮其最大效率和效果時,這2種思維方式起到了很好的潤滑劑和催化劑的作用。


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