HAZOP理念在管道設(shè)計(jì)校核中的應(yīng)用

賀永金孫慶君蔣虹史磊(.航天長(zhǎng)征化學(xué)工程股份有限公司， 北京 0；.浩良河化肥分公司， 黑龍江 伊春 53000)

HAZOP理念在管道設(shè)計(jì)校核中的應(yīng)用

賀永金1孫慶君1蔣虹2史磊1(1.航天長(zhǎng)征化學(xué)工程股份有限公司， 北京 101111；2.浩良河化肥分公司， 黑龍江 伊春 153000)

針對(duì)化工設(shè)計(jì)管道校核工作數(shù)據(jù)量大、專業(yè)交接多、易錯(cuò)點(diǎn)分布廣等特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)了一套切實(shí)可行、邏輯嚴(yán)謹(jǐn)?shù)男：肆鞒獭Ｆ湓硎墙梃b“危險(xiǎn)與可操作性分析”（HAZOP）對(duì)于工藝安全問(wèn)題的分析思路，結(jié)合信息化手段，通過(guò)管道設(shè)計(jì)易錯(cuò)點(diǎn)分類、偏離設(shè)計(jì)參數(shù)、分析易錯(cuò)點(diǎn)容錯(cuò)性等級(jí)、提出解決方案四個(gè)步驟，實(shí)現(xiàn)管道設(shè)計(jì)易錯(cuò)點(diǎn)分類、分級(jí)、系統(tǒng)性管理，增強(qiáng)了管道校核嚴(yán)謹(jǐn)性，提高了管道設(shè)計(jì)質(zhì)量。對(duì)于大型化工項(xiàng)目尤其EPC項(xiàng)目，可以有效降低管道成本，加強(qiáng)施工進(jìn)度的控制力度。此校核流程已經(jīng)應(yīng)用與多個(gè)航天粉煤氣化項(xiàng)目，實(shí)施效果顯著。

管道設(shè)計(jì)；校核；HAZOP；應(yīng)用

在設(shè)計(jì)流程中，一般通過(guò)“設(shè)計(jì)”、“校核”、“審核”三種手段來(lái)降低設(shè)計(jì)錯(cuò)誤率,但是與管道設(shè)計(jì)相關(guān)的問(wèn)題具有數(shù)據(jù)量大、專業(yè)交接多、易錯(cuò)點(diǎn)分布廣、需實(shí)時(shí)更改等特點(diǎn)，因此，在原校核系統(tǒng)上，增加有效的、系統(tǒng)的校核手段，對(duì)管道設(shè)計(jì)質(zhì)量的提升有很大幫助。

管道布置設(shè)計(jì)屬于多學(xué)科綜合性專業(yè)，是詳細(xì)設(shè)計(jì)中的主導(dǎo)專業(yè)。本文借鑒“危險(xiǎn)與可操作性分析”的分析思路，開(kāi)發(fā)了一套切實(shí)可行、邏輯嚴(yán)謹(jǐn)?shù)男：肆鞒蹋构艿涝O(shè)計(jì)工作步入精細(xì)化設(shè)計(jì)領(lǐng)域。

1 “危險(xiǎn)與可操作性分析”分析思路

危險(xiǎn)與可操作性分析方法(HAZOP)，是一種以系統(tǒng)工程為基礎(chǔ)，針對(duì)化工裝置而開(kāi)發(fā)的一種危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)方法。其目的是確定用以保證過(guò)程安全所需的安全功能（如保護(hù)層），及其相關(guān)性能水平（風(fēng)險(xiǎn)降低）。其過(guò)程以關(guān)鍵詞為引導(dǎo)，找出過(guò)程中工藝狀態(tài)的變化（即偏差），然后再繼續(xù)分析造成偏差的原因、后果及可以采取的對(duì)策。

主要由以下4個(gè)步驟所組成：劃分節(jié)點(diǎn)，設(shè)定危險(xiǎn)級(jí)別，識(shí)別現(xiàn)有安全措施，措施不達(dá)標(biāo)采取措施。

1.1 劃分節(jié)點(diǎn)

HAZOP分析的基礎(chǔ)是“引導(dǎo)詞檢查”，它是仔細(xì)地查找與設(shè)計(jì)意圖背離的偏離。為了分析，可將系統(tǒng)分成多個(gè)節(jié)點(diǎn)，各個(gè)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)意圖應(yīng)能充分定義。[1]

1.2 產(chǎn)生偏離

對(duì)于每一個(gè)節(jié)點(diǎn)，HAZOP分析團(tuán)隊(duì)以正常操作運(yùn)行的參數(shù)和要素為標(biāo)準(zhǔn)值，分析運(yùn)行過(guò)程中參數(shù)和要素的變動(dòng)（即偏離），這些偏離通過(guò)引導(dǎo)詞和參數(shù)/要素組合產(chǎn)生。

1.3 評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)

HAZOP分析團(tuán)隊(duì)判斷一個(gè)危險(xiǎn)劇情的現(xiàn)有安全措施是否充分，對(duì)于評(píng)估出的高后果或者高風(fēng)險(xiǎn)危險(xiǎn)事件，宜開(kāi)展保護(hù)層分析和安全儀表功能的安全完整性等級(jí)評(píng)估[2-3]。

1.4 提出建議措施

建議措施是指改進(jìn)設(shè)計(jì)、操作規(guī)程，增加或減少安全保護(hù)措施，或者進(jìn)一步進(jìn)行分析研究等。

2 管道校核流程搭建思路

管道校核與工藝安全問(wèn)題在數(shù)據(jù)量、專業(yè)交接、易錯(cuò)點(diǎn)分布上具有共性?；贖AZOP分析思路在工藝安全分析上使用的良好效果，本文借鑒HAZOP的分析理念，為管道校核建立一個(gè)框架，把各類零散的問(wèn)題分級(jí)、分類的放置到校核流程中。針對(duì)HAZOP分析的四個(gè)步驟，提出管道校核分類易錯(cuò)點(diǎn)，偏離設(shè)計(jì)參數(shù)，劃分容錯(cuò)性等級(jí)，提出解決方案四步流程，詳見(jiàn)圖1。

2.1 分類易錯(cuò)點(diǎn)

通過(guò)整理以往的校核記錄、現(xiàn)場(chǎng)的“三查四定”、工程聯(lián)絡(luò)單、管道變更單等信息。采用聚類分析方法，將所采集的易錯(cuò)點(diǎn)信息劃分為材料相關(guān)、與其他專業(yè)不一致、具體配管細(xì)節(jié)三類，再將每個(gè)類別分成多個(gè)小類，如圖2。

圖1

圖2

2.2 偏離設(shè)計(jì)參數(shù)

以正常設(shè)計(jì)參數(shù)作為基準(zhǔn)值，分析各類參數(shù)可能出現(xiàn)的變動(dòng)，這些變動(dòng)可能造成設(shè)計(jì)值的沖突。例如：同參數(shù)（或者名稱）在不同文件中一致性分析，以“管道名稱”為例，管道名稱在工藝PID、管道索引表、PDMS三維模型中都會(huì)出現(xiàn)，可將管道名稱中管徑、等級(jí)、保溫等分別做偏離，檢查該偏離會(huì)對(duì)后續(xù)設(shè)計(jì)產(chǎn)生的影響和導(dǎo)致錯(cuò)誤的類型。

2.3 劃分容錯(cuò)性等級(jí)

實(shí)際上，在項(xiàng)目設(shè)計(jì)中對(duì)不同情況的容錯(cuò)率有著不同的要求，比如氧氣管道的設(shè)計(jì)精準(zhǔn)度要比普通小口徑碳鋼管高；涉及大型設(shè)備的土建條件，其設(shè)計(jì)精度需比管道的支吊架埋板條件高。在此根據(jù)錯(cuò)誤可能造成的后果，如經(jīng)濟(jì)效益、工期延誤等情況對(duì)易錯(cuò)點(diǎn)的容錯(cuò)性進(jìn)行分級(jí)，1級(jí)為最低，4級(jí)為最高,表1顯示為我們?cè)诜勖簹饣献龅牡燃?jí)劃分依據(jù)。

表1

2.4 提出解決方案

尋找易錯(cuò)點(diǎn)適宜解決的時(shí)間點(diǎn)，可以將易錯(cuò)點(diǎn)的校核時(shí)間點(diǎn)分為：基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)30%、詳細(xì)設(shè)計(jì)60%、，詳細(xì)設(shè)計(jì)90%和入庫(kù)五個(gè)時(shí)間點(diǎn)。根據(jù)問(wèn)題共性特點(diǎn)不同，采用針對(duì)性的方法，分為“閉環(huán)比較”、“程序匹配”、“專項(xiàng)檢查”三類：

閉環(huán)比較：解決同參數(shù)（或者名稱）在不同文件中一致性問(wèn)題，為按照設(shè)計(jì)流程傳遞的數(shù)據(jù)，增設(shè)一條閉環(huán)的反饋路徑。

程序匹配：將引發(fā)的原因接近、數(shù)據(jù)量大的易錯(cuò)點(diǎn)進(jìn)行用共性的校對(duì)，尋找關(guān)鍵點(diǎn)，依托信息化手段解決。

專項(xiàng)檢查：對(duì)于引發(fā)原因相近，而無(wú)法實(shí)現(xiàn)程序檢查的易錯(cuò)點(diǎn)，進(jìn)行人工專題檢查。

3 項(xiàng)目應(yīng)用舉例

3.1 應(yīng)用舉例法蘭面連接匹配問(wèn)題

法蘭面連接匹配問(wèn)題，涉及閥門、法蘭[4]、管口等多種管件，參數(shù)包含設(shè)計(jì)壓力、標(biāo)準(zhǔn)、連接面形式等。如果通過(guò)人工檢查，工作量大，且難免出現(xiàn)遺漏。為此易錯(cuò)點(diǎn)增設(shè)校核方法，具體信息如下：

分類：材料，誤選

容錯(cuò)性等級(jí)：2級(jí)

偏離參數(shù)：設(shè)計(jì)壓力、標(biāo)準(zhǔn)、連接面形式

涉及文件：管道安裝圖、綜合材料表

解決方法：程序匹配

實(shí)施階段：入庫(kù)前

實(shí)施人員：設(shè)計(jì)、校核

檢查方案：選取墊片[5-6]作為校核對(duì)象，通過(guò)檢查墊片與法蘭面是否存在有效的連接關(guān)系，達(dá)到檢驗(yàn)閥門、法蘭、管口的連接是否正確的目的，將復(fù)雜的問(wèn)題簡(jiǎn)單化。

算法如下：

a.收集所有墊片

b.檢查墊片與前，后元件的連接關(guān)系

c.如果正確且墊片位置不移動(dòng)，返回正確信息

d.如果連接不正確或者墊片位置移動(dòng)，則返回錯(cuò)誤信息。

e.匯總錯(cuò)誤列表，供設(shè)計(jì)人員查詢

檢查結(jié)果：返回法蘭面連接問(wèn)題，見(jiàn)表2。

表2

此過(guò)程不僅檢查了配對(duì)法蘭面的匹配情況，還同時(shí)檢查了法蘭連接是否存在空隙。

3.2 易錯(cuò)點(diǎn)整理與實(shí)施

隨著項(xiàng)目的增多，根據(jù)本文所采取的分析方法，可增加更多的易錯(cuò)點(diǎn)并進(jìn)行整理樣表3如下：

表3 項(xiàng)目管理易錯(cuò)點(diǎn)匯總表

以上述表為校核數(shù)據(jù)庫(kù)，整理每個(gè)設(shè)計(jì)階段，為每個(gè)職位的人自動(dòng)提取一份可以實(shí)施的易錯(cuò)點(diǎn)表，樣表4如下：

表4 易錯(cuò)點(diǎn)檢查表

4 實(shí)施效能評(píng)價(jià)

新型管道校核理念具備很強(qiáng)的拓展性：

a.知識(shí)積累，可不斷補(bǔ)充易錯(cuò)點(diǎn)，將大眾經(jīng)驗(yàn)集于一體。

b.錯(cuò)誤探索，通過(guò)偏離尋找可能出現(xiàn)的新錯(cuò)誤，而不是被動(dòng)收集錯(cuò)誤。

c.其他專業(yè)應(yīng)用，校核系統(tǒng)具有嚴(yán)密邏輯，不僅可用于管道專業(yè)，也可以推廣使用予其他專業(yè)領(lǐng)域。

在采取了本文所述的校核方法后，極大的降低了設(shè)計(jì)錯(cuò)誤率。如，在內(nèi)蒙古伊泰化工有限責(zé)任公司120萬(wàn)噸/年精細(xì)化學(xué)品示范項(xiàng)目中共4010根管道，管道設(shè)計(jì)周期12個(gè)月。采用了本文介紹的管道校核流程后，共增加校核點(diǎn)21項(xiàng)，其中材料類8項(xiàng)，與相關(guān)專業(yè)一致性檢查6項(xiàng)，配管細(xì)節(jié)7項(xiàng)。檢查發(fā)現(xiàn)各校核點(diǎn)糾錯(cuò)率約在2%-5%間，避免了由于設(shè)計(jì)失誤而造成的損失近兩百萬(wàn)，極大程度的降低了延誤工期的可能性。目前，該項(xiàng)目管道施工已進(jìn)入尾聲，管道變更僅有兩份，材料統(tǒng)計(jì)精確，已成為項(xiàng)目園區(qū)工期進(jìn)展最快的裝置。

5 結(jié)論

本文針對(duì)管道校核方法中存在的缺陷，借鑒“危險(xiǎn)與可操作性分析”（HAZOP）的分析思路，結(jié)合信息化手段，開(kāi)展了新型管道校核流程的構(gòu)建，為設(shè)計(jì)質(zhì)量的整體提升提供了一個(gè)可升級(jí)的整合平臺(tái)。該理論已經(jīng)實(shí)際運(yùn)用多個(gè)航天粉煤氣化項(xiàng)目，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)施工檢驗(yàn)，效果顯著。

[1]吳重光.危險(xiǎn)與可操作性分析（HAZOP）應(yīng)用指南[M].北京:中國(guó)石化出版社,2012:56-64.

[2]機(jī)械工業(yè)儀器儀表綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所、上海自動(dòng)化儀表股份有限公司技術(shù)中心、北京華控技術(shù)有限公司等.GBT21109.1-2007,過(guò)程工業(yè)領(lǐng)域安全儀表系統(tǒng)的功能安全[S],北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[3]機(jī)械工業(yè)儀器儀表綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所.GBT20438-2006,電氣電子可編程電子安全相關(guān)系統(tǒng)的功能安全[S],北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

[4]中國(guó)石化工程建設(shè)有限公司.SH/T3406-2013石油化工鋼制管法蘭[S].北京：中國(guó)石化出版社，2014.

[5]中國(guó)石化工程建設(shè)有限公司.SH/T3407-2013石油化工鋼制管法蘭用纏繞式墊片[S].北京：中國(guó)石化出版社,2014.

[6]中國(guó)石化工程建設(shè)有限公司.SH/T3403-2013石油化工鋼制管法蘭用金屬墊環(huán)[S].北京：中國(guó)石化出版社,2014.

[7]張德義,王懷義,劉紹葉.石油化工裝置工藝管道安裝設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)石化出版社,2005.

The utilization of the HAZOP conception in checking the piping design

He Yongjin1, Sun Qingjun1, Jiang Hong2, Shi Lei1
(1.Changzheng Engineering Co., Limited. Bei Jing 101111, China)
(2.Haolianghe Chemical FertilizerBranch Co., Limited. Yichun 153000, China)

Piping design; check; HAZOP; Application

In allusion to large amount of data check for the chemical engineering designed, exchange of professional knowledge, wide distribution of error-prone point and other characteristics, the practical, rigorous logic of check process was developed. The principle was abstract from “Hazard and Operability Analysis(HAZOP)”. It analysis ideas for safety issues through pipeline design, classif cation of errorprone points and identif cation of pipeline fallible fault tolerance. It introduced four steps to assess the reliability of existing calibration, find ways to reduces the error rate of the measures to achieve fallible pipeline design sorting, grading, systematic management and enhance the stringency and pipeline designquality. For large chemical projects, especially EPC projects, it can effectively reduce the cost of the pipeline and to strengthen efforts to control the construction schedule. This check process has been applied to multiple aerospace coal gasif cation projects, and the implementation effect is signif cant.