HAZOP方法在炼化企业供电系统评估中的应用

李艳山，胡海燕

(中国石化青岛安全工程研究院，山东青岛 266071)

0 HAZOP概述

HAZOP是危险和可操作性分析(Hazard and Operability)的缩写，起源于化工工艺过程的危害辨识，以“引导词”+“要素”构成“偏差”作为分析基础，围绕设计意图，分析和检查偏离设计意图的原因、后果以及现有的保护措施，并依据风险矩阵评定风险等级，对不可容忍的风险，采取技术和管理手段有计划地将风险降低至可容忍范围内。

HAZOP分析经过不断改善和发展已广泛应用于各种工艺过程和项目的风险评估工作中[1-5]。近几年将HAZOP分析方法应用于企业供电系统的风险评估中，以其系统化的评估思维结合风险矩阵进行量化，应用越来越广泛[6-7]。

1 HAZOP分析对炼化企业供电系统的意义

1.1 增加系统供电的安全性

炼化企业的供电系统在整个电网中是一个负荷节点，但是在纵深为1 000 m左右的土地上有着与电网发、输、变、配、用等环节相同配置的供电系统，而且90%以上负荷为一级负荷。但是在现行的系统设计依据中，相匹配的标准、规范、图集却极少，在行业范例中，电网设计将供配电与发输电分开，而炼化企业的电网却同时包含这两方面的内容，而且装置差异化、积木式发展的供电需求与电网存在明显区别。电气在炼油化工产业链中是非主干专业，业务相关方对专业的研究和应用水平参差不齐，必然会导致炼化企业供电系统在运行中会出现各种各样的问题。利用HAZOP评估方法，以团队的电气专业知识和经验为基础，系统性地分析整个装置供电系统在结构、配置及可操作性方面存在的隐患，可以为系统在可研规划、设计、运行等方面提供依据，提高装置供电系统的安全稳定运行水平。

1.2 提升企业电气管理的水平

大型炼化企业的供电系统在不断发展，但核心电气专业人员在数量、工作年限以及专业技能方面均与企业的大型化、专业化、智能化发展存在较大差距。从近几年的炼化企业电气事故中可以看出，炼化企业在电气专业化管理上依然相对落后，在安全管控、智能化技术应用、人员技术素养等方面存在薄弱环节，导致事故频发，影响全厂装置的安全生产，有的甚至波及企业外部电网，带来巨大的经济和社会声誉损失。企业的供电系统是一个整体，涉及范围广，设备种类多，需要参与管理的相关方有整体意识，在技术和组织管理上形成有效的安全控制手段。HAZOP的分析过程中以系统一次图为依据，辅助以电力系统的仿真计算，从保护措施、主设备原理以及可操作性等方面进行系统性风险分析，使参与分析的专业人员深入了解、掌握整个系统，同时，也可以作为一个专业化管理工具，提升电气安全管理水平。

2 HAZOP分析方法

2.1 HAZOP分析流程

装置供电系统进行HAZOP分析主要依据电力系统一次图，以节点为分析对象，通过偏差库，分析过程中可涵盖电力系统的绝缘配合、防雷及过电压保护、继电保护、接地网分析等常规内容，在装置用电侧则包含节能、自启动、抗晃电等装置平稳运行关注的内容。分析流程如图1所示。

2.2 装置供电系统HAZOP分析关键点

2.2.1节点的选取

图1 装置供电系统HAZOP分析流程

适当的节点划分可以简化分析过程，避免重复劳动，同时也可使分析过程清晰，保护措施明了，易于提出和实施降低风险的改进措施。装置供电系统HAZOP分析中，以一次系统图纸为基础，辅助以关键设备的二次图纸、继电保护配置、中央控制信号布置等资料。节点的划分以一次系统为主，范围一般以断路器开始，以另一侧断路器为结束。双回路供电的变电所，可以将2条回路4个断路器之间有电气联系的部分作为一个节点来进行分析。结构简单的变电所的分析节点以电源进线为起点，以馈出断路器为终点。

2.2.2节点设计意图

选取的节点要详细分析其设计意图，这样才便于选择合适的偏差库。供电系统中各环节电压等级、接线型式、中性点接地方式等要素的选择都有清晰的设计意图和指导规范，辨析清楚节点的设计意图，有利于选择偏差和降低风险的措施。比如炼化企业常用的同塔双回线，可以从传输功率(载流量)，两回线是否考虑绝缘配合，检修等方面去分析节点设计意图。

2.2.3节点中关键设备的分析

选取的节点可能包含多种设备，比如变压器、架空线、GIS等关键设备，根据节点的设计意图选择的偏差库对单一设备的关注度可能会降低，可在分析过程中，根据分析目的对关键设备辅助以故障模式与影响分析(FMEA)的方法进行具体分析，以兼顾关键设备故障引起系统性事故的风险。

2.2.4原因的分析

导致偏差产生的原因有很多，通常HAZOP分析只记录到初始原因，如果均细化到根原因将会导致太多的潜在危险剧情，花费过多的时间和精力[8]。比如，在分析电力系统时，大部分事故剧情是由于电力设备绝缘故障引起的，而绝缘故障究其根原因，很可能是由于生产制造缺陷、施工不规范等造成的，降低这类风险的措施一般在管理流程上进行规范，涉及的环节、流程过于复杂，针对运行中的炼化企业进行分析时不宜在这些根原因上花费太多时间，应将重点放至降低风险的保护措施上，比如快速保护、状态性评价等。

2.2.5后果的分析

常规HAZOP分析由偏离造成的后果时，应假设现有的任何安全防护措施都失效所导致的最不利后果。但是在电气HAZOP分析时，短路故障如果不考虑保护措施，导致的最不利的后果将是全厂性停电，甚至是整个电网区域的停电，这种后果的识别过于笼统，不利于风险的辨识和管理，也不利于安全措施的详细分析。因此，炼化企业供电系统在分析过程中，主要从供电影响、人员伤害、财产损失、社会影响等方面分析节点内外由偏差导致的后果，充分发挥团队的知识和经验。

2.2.6安全措施的分析

电力系统从设计角度是严格按照“三道防线”来建设的。针对炼化企业电力系统HAZOP分析中，现有安全措施是指用以避免或减轻偏离所引起后果的可能性和严重度。可从以下关键点顺序进行识别分析。

a) 可靠性设计：主要指所选设备的主要额定参数、动稳定及热稳定、绝缘配合等是否满足要求，并结合设备参数以及仿真计算结果进行校核。

b) 报警及人为干预调整：主要指接入中央控制室的报警信号，包括但不限于“三遥”信号，自动提醒人为进行调整。比如系统公共连接点的电压接近限值，通过有载调压变压器的档位调整，电容器的投退等手段，稳定电压。

c) 继电保护系统：指配置的差动、过流等继电保护，可依据主、后备保护进行区分，将后备保护进一步细分为近后备和远后备，针对故障场景定性分析保护措施降低风险的后果。

d) 安全自动装置：主要指备用电源自投装置、电动机自启动装置等。具有自备机组的企业还应考虑稳控系统。

e) 操作规程及应急预案：针对设备隐患或故障及系统性连环事故，有针对性的可操作条款，必要时可针对条款或预案逐条开展HAZOP分析。

3 HAZOP分析案例

以某炼化企业电力系统作为分析对象，选取其中一个节点为例来说明HAZOP评估在炼化中的应用，见图2。

a) 节点的选取。该110 kV主变有2条同塔双回架空线从上级变电所引入该企业，通过2台110/35 kV变压器给35 kV变电所提供电源，系统负荷在100 MW左右。示例节点以2条架空进线断路器为起点，以3台变压器进线断路器为终点，如图2圈内所示。该节点包含的主要设备有断路器、隔离开关、PT、CT、母线等主要一次设备。

b) 节点设计意图。该节点是企业的关口变电站，主要承担将110 kV电源引入企业电网并分配给2台110 kV变压器，节点内单一元件故障不影响供电连续性。单一母线能承担全部负荷。正常运行方式，2条母线并列运行。

c) 偏差库的选择。偏差库选择可从偏离设计意图出发，以电压参数为例，可分为异常库和故障库。异常库包括电压偏高、电压偏低、谐波含量高等，故障库包括过电压(可细分内部过电压和雷电过电压等)，低电压(指外部系统故障引起的)。选择偏差库中，将短路引起的各种参数的偏离统一定义为短路，也可细化为单相、相间、三相等短路故障。

d) 分析过程。在分析过程中要逐一遍历所选择的偏差库，分析引起偏差的原因、后果以及现有的安全措施，并结合风险矩阵量化风险等级。分析过程以表格形式记录，以部分偏差为例，分析记录如图3。

图2 节点示意

图3 分析记录表格

e) 结果的应用。该示例节点共分析出较大风险3项，一般风险12项，低风险33项，无重大风险。根据分析的剩余风险等级，按照重大风险(红色)、较大风险(橙色)、一般风险(黄色)和低风险(蓝色)[9-12]进行分级管理，同时对分析过程中，团队提出的需增加的保护措施进行定责任人、定时完成，并定期进行回访确认，形成闭环管理。

4 结语

针对炼化企业供电系统HAZOP分析，将风险进行分级管控，对设计、施工、运行等环节查漏补缺，可以有效提高企业电气管理水平。企业团队全程参与风险分析过程，在系统配置及专业技术上相互探讨和学习，提高运维水平，保障供电系统的安全运行，促进企业增产增效。