基于HAZOP-偏离度的输气管道清管作业风险评价
时间：2023-01-16 10:00:04 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
朱兴艳， 尹 路， 郭 永， 李 磊， 梁昌晶
（1. 国家管网集团西南管道有限责任公司油气计量中心， 成都 610000；
2. 国家管网集团北方管道有限责任公司沈阳输油气分公司， 沈阳 110031；
3. 国家管网集团西部管道有限责任公司塔里木输油气分公司， 新疆库尔勒 841000；
4. 国家管网集团北方管道有限责任公司济南输油气分公司， 济南 250000）
输气管道在运行的过程中， 由于沿程温度和压力的不断降低， 在地势低洼及管道转角处会形成凝析液， 这些积液会占用一部分管道空间， 导致气体流动阻力增大， 管道压降及能耗增加， 输送能力及管输效率降低， 在一定温压条件下甚至会形成水合物， 造成管道冰堵事故， 影响管道寿命[1-3]。
因此， 定期清管作业是保证其高效平稳运行的重要手段。
郭东升等[4]从发球、 清管、 收球等3 个方面对清管作业的风险进行了识别和分析；
曹杨等[5]针对清管收球作业建立了伤亡事故模型， 对清管作业的安全状态进行了评价；
蒲红宇等[6]针对清管作业过程总结了12 项风险， 并提出了风险减缓措施；
崔昇[7]、 杨盼盼[8]、 唐勇等[9]对清管中遇到的风险及风险措施进行了分析；
此外， 还有学者对作业中容易出现的火灾、 爆炸和中毒等事故进行了分析[10-11]。
以上研究对于减缓清管作业风险、 制定合理的清管流程具有重要意义， 但现有文献的风险评价过于零散， 多针对某一特定风险源进行分析， 未见对整个作业流程进行评价， 且评价手段只采用头脑风暴， 未见定性或定量的评价模型。
基于此， 采用危险与可操作性分析（HAZOP） 对作业过程风险进行评价[12-13]，并针对传统HAZOP 方法引导词过多的问题， 对引导词进行合并映射处理， 结合偏离度反映作业过程的风险水平[14-15]， 以期为管道清管作业过程的事故预防提供实际参考。
1.1 HAZOP
HAZOP 分析是由英国帝国化学工业公司（ICI） 最先提出， 可对系统的工艺参数、 人的操作行为进行系统分析， 通过查找偏差及引起偏差的原因， 进而分析后果并提出减缓措施， 为系统安全运行提供支撑和帮助。
HAZOP 分析对于新建及在役设备和装置均适用， 但用于作业风险过程评估的较少。
由于生产系统的复杂性， 为引导和启发分析组成员的思考， 传统HAZOP 分析中常采用“没有、 多、 少、 多余、 部分、 相反、 其他” 等7 个引导词， 但这些引导词无法用于作业风险过程中， 因此需要对其进行合并映射。
根据文献[4-9]， 参照全面质量管理理论， 从人、 机、料、 法、 环等方面统计清管作业造成的风险， 其中作业方法、 作业流程主要与人员操作相关， 归为一类， 而机械设备和材料均指清管器、 发球筒、 收球筒、 指示器等设备， 归为一类， 故从人员因素、 设备因素和环境因素等三个方面进行归纳， 见表1。
表1 不同因素下清管作业风险统计
从以往的事故案例中可知， 作业风险主要与人的不安全行为和物的不安全状态有关， 而环境造成的清管风险较少且不可控。
以收球作业清管器飞出击中操作人员为例， 操作人员低头查看收球筒和清管器突然从收球筒中推出分别构成了人的不安全行为和物的不安全状态， 两者在时空线的发展过程中共同造成了事故发生。
根据伤亡事故模型， 肇事者对收球筒的泄压、 放空操作不当， 起因物为收球筒内存在承压油气介质， 因此选定人员因素为HAZOP 分析的主体， 引导词根据作业步骤主要考虑人员因素， 设备因素为HAZOP 分析的客体， 设备因素在HAZOP 分析偏差产生的原因和风险减缓措施中考虑。
基于此， 将原“没有” 的引导词改为“未执行”， 将其余引导词改为“未正确执行”， 映射关系见表2。
改进的HAZOP 分析由于引导词的减少， 可大幅简化分析组的分析过程， 有助于更好的识别每个作业步骤的风险源， 辨识更多的作业风险。
表2 引导词映射关系
1.2 偏离度
为定量描述HAZOP 分析中的偏差， 参照文献[14-15]， 采用偏离度衡量实际偏差偏离理想状态的程度， 公式如下
式中：
r——偏离度函数， 范围为[0， 1]；
A——理想状态， 即规定的作业过程步骤动作；
X——实际偏差。
HAZOP 分析不仅要发现问题， 更要采取措施解决问题， 从系统安全理论出发， 将偏离度分为作业步骤偏离度和减缓措施偏离度。
作业步骤偏离度反映正常作业步骤是否被完全正确的执行， 如正确执行， 说明没有偏离， 即偏离度为0；
如未执行， 说明完全偏离， 即偏离度为1；
对于部分偏离， 则采用专家评分的方法判断偏离程度的大小， 见表3。
表3 作业步骤偏离等级
采取合适的减缓措施可适当减少作业步骤偏差引起的偏离度， 对比现有减缓措施与HAZOP分析得到的建议措施之间的偏离程度， 如现有措施与建议措施相符或超过预期， 说明没有偏离，即偏离度为0；
如现有措施与建议措施完全不相符， 说明完全偏离， 即偏离度为1；
当现有措施只与部分建议措施相符， 则参照表2 根据偏离程度的大小确定偏离度。
将单一偏离度参数按照各自的权重进行耦合， 得到综合偏离度R
式中：
r1——作业步骤偏离度；
r2——减缓措施偏离度；
a1、 a2——分别为对应的权重系数， a1+a2=1。
通常建议措施实施的难易程度与实施后达到的效果呈正比， 如建议措施易于实现， 无需花费大量财力和物力， 则权重a2较小， 减缓措施对综合偏离度的结果影响较小。
其中， 通过员工培训、 日常教育和应急演练等进行风险减缓的，a2=0.3；
通过人员监督、 仪表监视和仪表报警等进行风险减缓的， a2=0.5；
通过加装仪表、 联锁控制和工艺改造等进行风险减缓的， a2=0.8。
清管作业按照作业步骤分为发球、 清管、 收球三个阶段， 发球作业是将清管器放入发球筒中， 待接发工作确认后按照流程发送清管器；
清管作业时清管器依靠前后压差推动管内积液运行；
清管器进入收球筒后， 操作人员通过放空阀、 排污阀和平衡阀平衡泄放收球装置内的压力， 待释放完毕后， 取出清管器， 完成收球作业。
在收球作业中， 易出现清管器卡堵、 憋压、收球筒未放空、 泄压不充分、 清管器冲击盲板等现象， 易导致火灾、 中毒或人身伤亡， 故以收球作业为例进行风险评价。
以某输气站为例， 参照SY 6383 《长输天然气管道清管作业规程》 对该站收球作业步骤进行梳理， 如图1 所示， 发球前， 确认所有阀门状态， 除进站阀02 为开启状态， 其余阀门均为关闭状态， 此时为正常输气流程。
收球作业步骤如下：
①清管球从首站发出后，打开引球阀04， 待收球筒端的压力表和进站压力表显示一致， 则平压完成， 随后打开收球阀03；
②由专人在进站三通处对清管器进行监听， 待清管器过三通后， 减小进站阀02 的开度， 重新建立清管器前后压差， 保持压差约为0.1 MPa；
③待清管器通过站内指示器后， 恢复进站阀02 开度，依次关闭收球阀03、 引球阀04， 恢复正常输气流程；
④打开放空阀10， 全开排污阀08， 缓慢打开排污阀09， 待收球筒内无压力后， 向注水阀10 注入清水；
⑤打开快开盲板， 取出清管器，并清理收球筒， 关闭阀门08、 09、 10， 对收球筒进行氮气置换， 收球作业完成。
按照HAZOP 分析方法， 以作业过程步骤为节点进行分析， 采用节点+引导词=偏差的方式确定偏差， 以步骤1 为例：
（1） 节点1：
节点+引导词（未执行） =未检查收球筒两端压力是否一致；
（2） 节点1：
节点+引导词（未正确执行） =收球筒两端压力不一致。
依次类推， 对其余节点进行HAZOP 分析， 见表4。
表4 收球作业HAZOP 分析结果
续表
将分析得到的作业步骤偏离度、 减缓措施偏离度及综合偏离度绘制成曲线图， 如图2 所示。在现有的作业条件下， 偏差2 “收球筒两端压力不一致” 的综合偏离度最大 （0.96）， 其次为偏差9 “未完全打开放空阀10” 和偏差13 “未进行氮气置换”。
通过HAZOP-偏离度对收球作业进行风险评价， 可以识别更多的风险偏差， 减少事故场景的遗漏。
目前员工培训均已实施， 但培训效果和力度仍然不够， 在作业前应认真学习收球工艺设计方案， 检查和盘活相关设备， 在操作指令下达后，按规程进行操作， 禁止违章指挥和违章作业；
建议将收球工艺纳入站场SCADA 系统中进行实时监控， 加强对清管器到达位置的监听；
增加必要的可燃气体报警装置、 气体泄漏检测装置和压力传感器；
对收球筒内壁进行改造， 增加内壁的表面粗糙度， 进一步减缓清管器的运行速度；
在盲板内部加装橡胶轮胎或防撞缓冲器；
在日常管理中加强设备维护， 确保作业顺序的正常执行。
此外，还应在收球区外设置警戒隔离带， 做好必要的警戒工作；
人员穿戴劳保和安全帽， 在收球作业中使用防火防爆工具；
在收球筒附近摆放必要的消防设施， 提前准备好基本的应急设备和医疗用品；
与当地的医疗、 消防机构提前协调， 以应对突发事件。
（1） 为提高管道清管作业风险分析的准确性， 将原HAZOP 分析中的引导词进行了合并映射处理， 改进后的引导词可更好的识别每个作业步骤的风险源。
（2） 将偏离度引入HAZOP 分析中， 定义了作业步骤偏离度和减缓措施偏离度来量化HAZOP 的偏差分析结果。
某输气站收球作业的分析应用表明， 该方法有效识别了偏离度较大的作业节点， 有助于针对性的实施风险减缓措施。
（3） 与安全检查表、 预先危险性分析、 危险度分析等传统方法相比， 评价模型具备更高的可操作性。
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