基于HAZOP-偏離度的輸氣管道清管作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

朱興艷， 尹 路， 郭 永， 李 磊， 梁昌晶

（1. 國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)西南管道有限責(zé)任公司油氣計(jì)量中心， 成都 610000；2. 國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)北方管道有限責(zé)任公司沈陽輸油氣分公司， 沈陽 110031；3. 國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)西部管道有限責(zé)任公司塔里木輸油氣分公司， 新疆庫爾勒 841000；4. 國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)北方管道有限責(zé)任公司濟(jì)南輸油氣分公司， 濟(jì)南 250000）

0 前 言

輸氣管道在運(yùn)行的過程中， 由于沿程溫度和壓力的不斷降低， 在地勢(shì)低洼及管道轉(zhuǎn)角處會(huì)形成凝析液， 這些積液會(huì)占用一部分管道空間， 導(dǎo)致氣體流動(dòng)阻力增大， 管道壓降及能耗增加， 輸送能力及管輸效率降低， 在一定溫壓條件下甚至?xí)纬伤衔铮?造成管道冰堵事故， 影響管道壽命[1-3]。 因此， 定期清管作業(yè)是保證其高效平穩(wěn)運(yùn)行的重要手段。 郭東升等[4]從發(fā)球、 清管、 收球等3 個(gè)方面對(duì)清管作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了識(shí)別和分析； 曹楊等[5]針對(duì)清管收球作業(yè)建立了傷亡事故模型， 對(duì)清管作業(yè)的安全狀態(tài)進(jìn)行了評(píng)價(jià)； 蒲紅宇等[6]針對(duì)清管作業(yè)過程總結(jié)了12 項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)， 并提出了風(fēng)險(xiǎn)減緩措施； 崔昇[7]、 楊盼盼[8]、 唐勇等[9]對(duì)清管中遇到的風(fēng)險(xiǎn)及風(fēng)險(xiǎn)措施進(jìn)行了分析； 此外， 還有學(xué)者對(duì)作業(yè)中容易出現(xiàn)的火災(zāi)、 爆炸和中毒等事故進(jìn)行了分析[10-11]。 以上研究對(duì)于減緩清管作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)、 制定合理的清管流程具有重要意義， 但現(xiàn)有文獻(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)過于零散， 多針對(duì)某一特定風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行分析， 未見對(duì)整個(gè)作業(yè)流程進(jìn)行評(píng)價(jià)， 且評(píng)價(jià)手段只采用頭腦風(fēng)暴， 未見定性或定量的評(píng)價(jià)模型。 基于此， 采用危險(xiǎn)與可操作性分析（HAZOP） 對(duì)作業(yè)過程風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)[12-13]，并針對(duì)傳統(tǒng)HAZOP 方法引導(dǎo)詞過多的問題， 對(duì)引導(dǎo)詞進(jìn)行合并映射處理， 結(jié)合偏離度反映作業(yè)過程的風(fēng)險(xiǎn)水平[14-15]， 以期為管道清管作業(yè)過程的事故預(yù)防提供實(shí)際參考。

1 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型

1.1 HAZOP

HAZOP 分析是由英國(guó)帝國(guó)化學(xué)工業(yè)公司（ICI） 最先提出， 可對(duì)系統(tǒng)的工藝參數(shù)、 人的操作行為進(jìn)行系統(tǒng)分析， 通過查找偏差及引起偏差的原因， 進(jìn)而分析后果并提出減緩措施， 為系統(tǒng)安全運(yùn)行提供支撐和幫助。 HAZOP 分析對(duì)于新建及在役設(shè)備和裝置均適用， 但用于作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)過程評(píng)估的較少。 由于生產(chǎn)系統(tǒng)的復(fù)雜性， 為引導(dǎo)和啟發(fā)分析組成員的思考， 傳統(tǒng)HAZOP 分析中常采用“沒有、 多、 少、 多余、 部分、 相反、 其他” 等7 個(gè)引導(dǎo)詞， 但這些引導(dǎo)詞無法用于作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)過程中， 因此需要對(duì)其進(jìn)行合并映射。 根據(jù)文獻(xiàn)[4-9]， 參照全面質(zhì)量管理理論， 從人、 機(jī)、料、 法、 環(huán)等方面統(tǒng)計(jì)清管作業(yè)造成的風(fēng)險(xiǎn)， 其中作業(yè)方法、 作業(yè)流程主要與人員操作相關(guān)， 歸為一類， 而機(jī)械設(shè)備和材料均指清管器、 發(fā)球筒、 收球筒、 指示器等設(shè)備， 歸為一類， 故從人員因素、 設(shè)備因素和環(huán)境因素等三個(gè)方面進(jìn)行歸納， 見表1。

表1 不同因素下清管作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)統(tǒng)計(jì)

從以往的事故案例中可知， 作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)主要與人的不安全行為和物的不安全狀態(tài)有關(guān)， 而環(huán)境造成的清管風(fēng)險(xiǎn)較少且不可控。 以收球作業(yè)清管器飛出擊中操作人員為例， 操作人員低頭查看收球筒和清管器突然從收球筒中推出分別構(gòu)成了人的不安全行為和物的不安全狀態(tài)， 兩者在時(shí)空線的發(fā)展過程中共同造成了事故發(fā)生。 根據(jù)傷亡事故模型， 肇事者對(duì)收球筒的泄壓、 放空操作不當(dāng)， 起因物為收球筒內(nèi)存在承壓油氣介質(zhì)， 因此選定人員因素為HAZOP 分析的主體， 引導(dǎo)詞根據(jù)作業(yè)步驟主要考慮人員因素， 設(shè)備因素為HAZOP 分析的客體， 設(shè)備因素在HAZOP 分析偏差產(chǎn)生的原因和風(fēng)險(xiǎn)減緩措施中考慮。 基于此， 將原“沒有” 的引導(dǎo)詞改為“未執(zhí)行”， 將其余引導(dǎo)詞改為“未正確執(zhí)行”， 映射關(guān)系見表2。 改進(jìn)的HAZOP 分析由于引導(dǎo)詞的減少， 可大幅簡(jiǎn)化分析組的分析過程， 有助于更好的識(shí)別每個(gè)作業(yè)步驟的風(fēng)險(xiǎn)源， 辨識(shí)更多的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

表2 引導(dǎo)詞映射關(guān)系

1.2 偏離度

為定量描述HAZOP 分析中的偏差， 參照文獻(xiàn)[14-15]， 采用偏離度衡量實(shí)際偏差偏離理想狀態(tài)的程度， 公式如下

式中： r——偏離度函數(shù)， 范圍為[0， 1]；

A——理想狀態(tài)， 即規(guī)定的作業(yè)過程步驟動(dòng)作；

X——實(shí)際偏差。

HAZOP 分析不僅要發(fā)現(xiàn)問題， 更要采取措施解決問題， 從系統(tǒng)安全理論出發(fā)， 將偏離度分為作業(yè)步驟偏離度和減緩措施偏離度。 作業(yè)步驟偏離度反映正常作業(yè)步驟是否被完全正確的執(zhí)行， 如正確執(zhí)行， 說明沒有偏離， 即偏離度為0； 如未執(zhí)行， 說明完全偏離， 即偏離度為1；對(duì)于部分偏離， 則采用專家評(píng)分的方法判斷偏離程度的大小， 見表3。

表3 作業(yè)步驟偏離等級(jí)

采取合適的減緩措施可適當(dāng)減少作業(yè)步驟偏差引起的偏離度， 對(duì)比現(xiàn)有減緩措施與HAZOP分析得到的建議措施之間的偏離程度， 如現(xiàn)有措施與建議措施相符或超過預(yù)期， 說明沒有偏離，即偏離度為0； 如現(xiàn)有措施與建議措施完全不相符， 說明完全偏離， 即偏離度為1； 當(dāng)現(xiàn)有措施只與部分建議措施相符， 則參照表2 根據(jù)偏離程度的大小確定偏離度。

將單一偏離度參數(shù)按照各自的權(quán)重進(jìn)行耦合， 得到綜合偏離度R

式中： r1——作業(yè)步驟偏離度；

r2——減緩措施偏離度；

a1、 a2——分別為對(duì)應(yīng)的權(quán)重系數(shù)， a1+a2=1。

通常建議措施實(shí)施的難易程度與實(shí)施后達(dá)到的效果呈正比， 如建議措施易于實(shí)現(xiàn)， 無需花費(fèi)大量財(cái)力和物力， 則權(quán)重a2較小， 減緩措施對(duì)綜合偏離度的結(jié)果影響較小。 其中， 通過員工培訓(xùn)、 日常教育和應(yīng)急演練等進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)減緩的，a2=0.3； 通過人員監(jiān)督、 儀表監(jiān)視和儀表報(bào)警等進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)減緩的， a2=0.5； 通過加裝儀表、 聯(lián)鎖控制和工藝改造等進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)減緩的， a2=0.8。

2 實(shí)例分析

清管作業(yè)按照作業(yè)步驟分為發(fā)球、 清管、 收球三個(gè)階段， 發(fā)球作業(yè)是將清管器放入發(fā)球筒中， 待接發(fā)工作確認(rèn)后按照流程發(fā)送清管器； 清管作業(yè)時(shí)清管器依靠前后壓差推動(dòng)管內(nèi)積液運(yùn)行； 清管器進(jìn)入收球筒后， 操作人員通過放空閥、 排污閥和平衡閥平衡泄放收球裝置內(nèi)的壓力， 待釋放完畢后， 取出清管器， 完成收球作業(yè)。 在收球作業(yè)中， 易出現(xiàn)清管器卡堵、 憋壓、收球筒未放空、 泄壓不充分、 清管器沖擊盲板等現(xiàn)象， 易導(dǎo)致火災(zāi)、 中毒或人身傷亡， 故以收球作業(yè)為例進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。 以某輸氣站為例， 參照SY 6383 《長(zhǎng)輸天然氣管道清管作業(yè)規(guī)程》 對(duì)該站收球作業(yè)步驟進(jìn)行梳理， 如圖1 所示， 發(fā)球前， 確認(rèn)所有閥門狀態(tài)， 除進(jìn)站閥02 為開啟狀態(tài)， 其余閥門均為關(guān)閉狀態(tài)， 此時(shí)為正常輸氣流程。 收球作業(yè)步驟如下： ①清管球從首站發(fā)出后，打開引球閥04， 待收球筒端的壓力表和進(jìn)站壓力表顯示一致， 則平壓完成， 隨后打開收球閥03；②由專人在進(jìn)站三通處對(duì)清管器進(jìn)行監(jiān)聽， 待清管器過三通后， 減小進(jìn)站閥02 的開度， 重新建立清管器前后壓差， 保持壓差約為0.1 MPa； ③待清管器通過站內(nèi)指示器后， 恢復(fù)進(jìn)站閥02 開度，依次關(guān)閉收球閥03、 引球閥04， 恢復(fù)正常輸氣流程； ④打開放空閥10， 全開排污閥08， 緩慢打開排污閥09， 待收球筒內(nèi)無壓力后， 向注水閥10 注入清水； ⑤打開快開盲板， 取出清管器，并清理收球筒， 關(guān)閉閥門08、 09、 10， 對(duì)收球筒進(jìn)行氮?dú)庵脫Q， 收球作業(yè)完成。

按照HAZOP 分析方法， 以作業(yè)過程步驟為節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析， 采用節(jié)點(diǎn)+引導(dǎo)詞=偏差的方式確定偏差， 以步驟1 為例：

（1） 節(jié)點(diǎn)1： 節(jié)點(diǎn)+引導(dǎo)詞（未執(zhí)行） =未檢查收球筒兩端壓力是否一致；

（2） 節(jié)點(diǎn)1： 節(jié)點(diǎn)+引導(dǎo)詞（未正確執(zhí)行） =收球筒兩端壓力不一致。 依次類推， 對(duì)其余節(jié)點(diǎn)進(jìn)行HAZOP 分析， 見表4。

表4 收球作業(yè)HAZOP 分析結(jié)果

續(xù)表

將分析得到的作業(yè)步驟偏離度、 減緩措施偏離度及綜合偏離度繪制成曲線圖， 如圖2 所示。在現(xiàn)有的作業(yè)條件下， 偏差2 “收球筒兩端壓力不一致” 的綜合偏離度最大 （0.96）， 其次為偏差9 “未完全打開放空閥10” 和偏差13 “未進(jìn)行氮?dú)庵脫Q”。

通過HAZOP-偏離度對(duì)收球作業(yè)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)， 可以識(shí)別更多的風(fēng)險(xiǎn)偏差， 減少事故場(chǎng)景的遺漏。 目前員工培訓(xùn)均已實(shí)施， 但培訓(xùn)效果和力度仍然不夠， 在作業(yè)前應(yīng)認(rèn)真學(xué)習(xí)收球工藝設(shè)計(jì)方案， 檢查和盤活相關(guān)設(shè)備， 在操作指令下達(dá)后，按規(guī)程進(jìn)行操作， 禁止違章指揮和違章作業(yè)； 建議將收球工藝納入站場(chǎng)SCADA 系統(tǒng)中進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控， 加強(qiáng)對(duì)清管器到達(dá)位置的監(jiān)聽； 增加必要的可燃?xì)怏w報(bào)警裝置、 氣體泄漏檢測(cè)裝置和壓力傳感器； 對(duì)收球筒內(nèi)壁進(jìn)行改造， 增加內(nèi)壁的表面粗糙度， 進(jìn)一步減緩清管器的運(yùn)行速度； 在盲板內(nèi)部加裝橡膠輪胎或防撞緩沖器； 在日常管理中加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)， 確保作業(yè)順序的正常執(zhí)行。 此外，還應(yīng)在收球區(qū)外設(shè)置警戒隔離帶， 做好必要的警戒工作； 人員穿戴勞保和安全帽， 在收球作業(yè)中使用防火防爆工具； 在收球筒附近擺放必要的消防設(shè)施， 提前準(zhǔn)備好基本的應(yīng)急設(shè)備和醫(yī)療用品； 與當(dāng)?shù)氐尼t(yī)療、 消防機(jī)構(gòu)提前協(xié)調(diào)， 以應(yīng)對(duì)突發(fā)事件。

3 結(jié) 論

（1） 為提高管道清管作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)分析的準(zhǔn)確性， 將原HAZOP 分析中的引導(dǎo)詞進(jìn)行了合并映射處理， 改進(jìn)后的引導(dǎo)詞可更好的識(shí)別每個(gè)作業(yè)步驟的風(fēng)險(xiǎn)源。

（2） 將偏離度引入HAZOP 分析中， 定義了作業(yè)步驟偏離度和減緩措施偏離度來量化HAZOP 的偏差分析結(jié)果。 某輸氣站收球作業(yè)的分析應(yīng)用表明， 該方法有效識(shí)別了偏離度較大的作業(yè)節(jié)點(diǎn)， 有助于針對(duì)性的實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)減緩措施。

（3） 與安全檢查表、 預(yù)先危險(xiǎn)性分析、 危險(xiǎn)度分析等傳統(tǒng)方法相比， 評(píng)價(jià)模型具備更高的可操作性。