设计阶段的 HAZOP分析孙成龙

suncl.sei@sinopec.com

中国石化工程建设公司2011.11.08

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目录一、关于 HAZOP的一些信息二、 SEI开展 HAZOP分析的情况三、为何进行 HAZOP分析？四、为何要在设计阶段进行 HAZOP分析？五、设计阶段的工艺安全分析六、设计阶段 HAZOP分析的策划七、设计阶段 HAZOP分析程序的主要内容

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一、关于 HAZOP的一些信息• 十多年来我们经历过的多个大型合资项目，每个项目都进行 HAZOP分析。• 有些合资项目把完成安全分析作为项目一个重要的里程碑，与进度款的支付挂钩。• 一般情况下，业主规定所有装置、公用工程及辅助设施都要进行 HAZOP分析。• HAZOP分析在基础设计的后期和详细设计阶段进行。基础设计阶段的 HAZOP分析主要针对主流程，详细设计阶段的 HAZOP分析主要针对包设备和重大的变更。

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二、 SEI开展 HAZOP分析的情况• 2001年中海壳牌 CSPC项目， SEI作为 PMC的一方，与业主和合作方进行了深入的合作。参与起草 HAZOP程序、进行 HAZOP活动策划及开展活动。 SEI对 HAZOP有了深入的了解。• SEI在 SECCO、扬巴、福建乙烯工程等大项目上深入介入 HAZOP分析工作。• 从 2002年至今，仅在中石化系统内， SEI组织或主持了近 50个项目的 HAZOP分析。• SEI目前有十多人可以主持 HAZOP分析。

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• Independent 独立的• Formal 正式的• Systematic 系统的• Critical 临界的、批判的• Comprehensive 全面的• Capture experience 抓住经验• Foresee the expected 预见意料事件• Foresee the unexpected 预报意外事故

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三、为何进行 HAZOP分析？大量的工艺安全事故，需要一个健壮的分析方法（ HAZOP），具有以下特点：

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四、为何要在设计阶段进行HAZOP分析？ --洋葱模型

四、为何要在设计阶段进行HAZOP分析？ --洋葱模型

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P&ID图

四、为何要在设计阶段进行HAZOP分析？ --洋葱模型

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• 从里到外：• 1.工艺设计• 2.基本工艺控制• 3.报警，操作人员干预• 4.自动执行的安全仪表系统（ SIS）或紧急停车系统

（ ESD）• 5. 泄放设施• 6. 物理防护• 7. 应急响应（水喷淋、应急预案）

四、为何要在设计阶段进行HAZOP分析？ --洋葱模型

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• 根据我们的经验：目前先进的、具有国际水平的工艺装置基本上采用了洋葱模型的防护策略。• P&ID图几乎包含了洋葱模型的所有安全措施。显示了所有的设备、管道、工艺控制系统、安全联锁系统、物料互供关系、设备尺寸、设计温度、设计压力、管线尺寸、材料类型和等级、安全泄放系统、公用工程管线等关于工艺装置的关键信息。• HAZOP分析最主要的分析对象是管道和仪表流程图即P&ID。

• 通过分析 P&ID,几乎可以分析所有安全措施的充分性• 检查强制性标准规范在设计中的执行和落实情况。

四、为何要在设计阶段进行 HAZOP分析？ - 全面检查设计的安全设施

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四、为何要在设计阶段进行HAZOP分析？ --费用方面

•工艺装置的建设阶段：（预可研）可研工艺包设计（总体设计）基础工程设计详细工程设计施工试车（单机、联动）投料开车

运行

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四、为何要在设计阶段进行HAZOP分析？ ---费用方面

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五、设计阶段的工艺安全分析

3次

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1 、本质工艺安全分析1.1本质安全概念或理念： 本质安全的装置主要靠基本的物理和化学特征，即化学

品的数量、性质和操作条件等来预防人员伤害、环境破坏和财产损失，而不是单纯依靠控制系统、联锁系统、报警和操作程序来阻止事故的发生。即：

强化（ Intensification）： 替代（ Substitution） : 循环水系统用次氯酸钠而不

是氯气 减弱（ Attenuation） 限制影响（ Limitation of Effects） 简化或容错（ Simplification/Error Tolerance ）

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1.2本质安全一些例子：• 工艺过程使用更少的危险物质。

对反应器的搅拌系统进行改进，使反应物料混和更充分，反应更易于进行，从而大大减小反应器的尺寸。

尽量减小精馏系统回流罐和再沸器的尺寸。 使用不影响操作但可以大大降低持液量的塔内件。 尽量减少塔底直径从而减少塔底物料量。 减少中间物料的储量。

1 、本质工艺安全分析

• 使用更温和的工艺条件：低温低压代替高温高压；低温储存系统；催化剂作用。

• 保持足够的安全距离：工厂与社区的安全距离；办公区域与危险工艺之间的距离。

• 气相反应代替液相反应。

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1 、本质工艺安全分析

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1 、本质工艺安全分析 - 举例 1

某大型工艺装置 79个发现的分布情况

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1 、本质工艺安全分析 - 举例 1

某大型工艺装置79个发现的分布情况

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1 、本质工艺安全分析 - 举例 2问题： 1.冷却水丧失，2.热介质继续供再沸器，塔顶馏出物无法冷凝， 3.塔超压，安全阀起跳，大量物料排往火炬。火炬能力有限或受制约。如何解决？

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1 、本质工艺安全分析 - 举例 2（ 1）更加安全可靠的循环水系统

（ 3）设计能力足够大的火炬系统

（ 4）安全仪表系统（ SIS）进行切断

（ 2）根据物性和操作条件改进工艺设计

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1 、本质工艺安全分析 - 举例 3尽量降低工艺设备的物料量

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液相反应器改气相反应器 (操作条件基本未变）

1 、本质工艺安全分析 - 举例 4

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1 、本质工艺安全分析 - 优先策略

本质安全措施 被动安全措施 主动安全措施 程序 / 规程

优先级从高到低

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2.项目 HAZOP分析 - 例 1 ：流程简图

2.项目 HAZOP分析 - 例 1 ：流程简图

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2.项目 HAZOP分析 - 例 1 ：分析示意

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原因：过滤器堵塞

偏差：压力低

后果：① 吸入管线承受真空② 压缩机喘振

① 吸入管线破裂② 压缩机损坏，设备损失和生产损失有可能产生进一步的后果

2.项目 HAZOP分析 - 例 1 ：分析报告

设计工况报警设计

控制系统设计

运行维护

① 技术② 设计标准③ 设计惯例④ 经验⑤ 风险矩阵⑥ 洋葱模型……..

大型装置要检查上万个安全措施！

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2.项目 HAZOP分析 - 例 1 ：关闭

完全按要求执行

答复是否满意？为什么？

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2.项目 HAZOP分析 - 例 2 ：分析示意1

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消声器堵塞

放气阀无法打开

压缩机超速

压缩机出口管线压力高

反应器

2.项目 HAZOP分析 - 例 2 ：分析示意

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止逆阀损坏或安装错误

反应器跳车（ ZCV关闭）

压缩机出口管线压力高

2.项目 HAZOP分析 - 例 2 ：报告

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安全联锁工艺控制

安全泄放设施设计工况

运行维护

3. SIL （ Safety Integrity Level)分析

PRCA PZA

IA

LRC

H HH 热膨胀或火灾工况 设定压力 60 barg

120 Bar

设计压力60 Barg

烃

01001

01002

01001

01PRCA-00101PZA-002

01PZA-002V100

01LRC-001

01UZ-100

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3. SIL（ Safety Integrity Level)分析

PRCA PZA

IA

LRC

H HH 热膨胀或火灾工况 设定压力 60 barg

120 Bar

设计压力60 Barg

烃

01001

01002

01001

01PRCA-00101PZA-002

01PZA-002V100

01LRC-001

01UZ-100

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（ 1）控制回路故障，导致01PRCA-001全开

（ 2）大量高压物料进入V100 （ 3）系统超压

（ 4）泄漏或破裂（ 5）火灾或爆炸

3. SIL（ Safety Integrity Level)分析

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工艺装置人员密集处

爆炸后果

3. SIL（ Safety Integrity Level)分析

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（ 1）控制回路故障，导致01PRCA-001全开

（ 2）大量高压物料进入V100

（ 3）系统超压

（ 4）泄漏或破裂

（ 5）火灾或爆炸

设计安全仪表系（ SIS)统切断

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PRCA PZA

IA

LRC

H HH 热膨胀或火灾工况 设定压力 60 barg

120 Bar

设计压力60 Barg

烃

01001

01002

01001

01PRCA-00101PZA-002

01PZA-002V100

01LRC-001

01UZ-100

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3. SIL（ Safety Integrity Level)分析

SIS回路

确定 SIL

硬件实现

运行和维护

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风险

联锁系统复杂性设计不足 过度设计

SIL 对设计进行优化，使之处于该区域

3. SIL（ Safety Integrity Level)分析

为了达到 HAZOP的预期的效果，在项目初期进行必须对 HAZOP分析工作进行认真策划，多方沟通和协调。确定是否进行 HAZOP分析 业主的要求、专利商的要求、合同、标准 /强制性法规要求。 合资项目如中海 -壳牌南海项目、 SECCO乙烯、扬巴项目、福建项目等业主要求。 在合同谈判时要明确是否要进行 HAZOP分析，因为 HAZOP分析需要人工时、费用和关键的设计人员参加，还要有业主操作专家、专利商、厂商人员参加。一般专利商和操作专家由业主派出。对于设计院负责 EP或 EPC工作时，要注意与采购服务商事先就 HAZOP工作在合同里明确，特别是人员派出和落实分析意见方面。 HAZOP分析对项目的生产安排会产生影响 .

六、设计阶段 HAZOP分析的策划

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确定 HAZOP分析依据的标准• 风险承受标准或可接受的风险标准。这是非常关键的。不同的行业、不同的国家、不同的公司可能有不同的可接受风险标准。可接受的风险标准影响装置的安全水平。分为个体风险和群体风险。• 设计标准。包括工艺设计标准、设备设计标准、控制系统设计标准、联锁系统设计标准等等。• 这些是设计的基础，也是 HAZOP分析的依据。安全措施是否充分、如何落实 HAZOP分析提出的意见和建议，主要以这些标准为依据。各种设计标准在项目一开始就要确定，业主、设计方要达成一致意见。• 当然也要考虑一般设计惯例。

六、设计阶段的 HAZOP分析的策划

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风险标准举例-Health and Safety at Work etc. Act 英国 1974 《1974 年劳动安全卫生法》

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不可承受水平（不容妥协）

ALARP 区域 ( 需要证明已经降到ALARP)

可接受水平（不需要证明 ALARP)

可承受水平 ( 只有当风险降低不合实际或投入与产出不成比例时）

可以忽略的风险

风险标准举例（个体）英国 HSE：（ 1 ）对于工人（可承受）：• 核装置 10-4 / 年～ 2.5×10-4 / 年• 煤矿、制造业： 10-4 / 年• 流程（ 2 ）对于公众的个人风险一般至少降低一个数量级，对于工艺装置：

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单装置 联合装置新装置 在役装置 新装置 在役装置10-6 / 年 3× 10-6 / 年 10-5 / 年 3× 10-5 / 年

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可承受风险水平举例（群体） QRA

风险承受标准

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ALARP: As Low As Reasonably Practicable 尽可能合理的低

确定 HAZOP分析程序• 一般用业主的程序，应详细规定如何进行 HAZOP分析。在该程序里要规定用何种方法进行 HAZOP分析。一般认

为 HAZOP分析专指引导词方法，但有的项目采用基于经验的 HAZOP方法。• 引导词法：对主持人的要求较低一些。• 基于经验的方法：对主持人要求高，一般是工艺安全专家（最好有实际操作经验）。• 建议不是所有项目都进行相同的 HAZOP分析，对规模技术相同的装置，那样重复工作量太大，效果也不好。

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六、设计阶段的 HAZOP分析的策划

确定谁来组织 HAZOP分析• 一般由业主组织，设计单位配合。南海CSPC、 SECCO、福建、扬巴等项目都是业主组织。

• 如果业主缺乏这方面的经验，也可以由设计单位/项目组组织，业主不仅要密切配合，更要高度重视这项工作，这种情况下一般需要业主高层关注。• 无论何种情况，设计方都要有一个有经验的人专门负责此事，一般由工艺安全工程师负责。

六、设计阶段的 HAZOP分析的策划

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• HAZOP分析是各种服务的一部分，由业主委托另外一方进行，并支付相应的费用。现行的设计管理模式需要把 HAZOP分析这项工作考虑进来， HAZOP分析与现行设计管理模式如何结合也是需要认真考虑的问题。

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六、设计阶段的 HAZOP分析的策划

确定什么时候进行 HAZOP分析• HAZOP分析一般在基础设计阶段和详细设计阶段进行。• 工艺装置的设计需要很多专业共同完成，各专业通过设计条件传递设计要求。 HAZOP分析需要具备一定的条件，如 P&ID、设备设计、控制系统设计的深度。• 项目组应该把 HAZOP分析的时间段放在项目计划中，让所有专业知道。• 项目组还要把 HAZOP要求与专利商、设备供货商进行协商或在合同中明确。

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六、设计阶段的 HAZOP分析的策划

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包设备HAZOP

主流程

六、设计阶段的 HAZOP分析的策划

确定哪些人参加 HAZOP分析 主持人：相对对立性（第二方、第三方） 记录员：最好是工艺人员 业主（工艺、操作人员） 工艺 安全 专利商 成套设备制造商（包设备 HAZOP时）

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六、设计阶段的 HAZOP分析的策划

确定需要多长时间要根据装置的规模、 P&ID的数量和难易程度估算 HAZOP分析的时间。HAZOP分析的时间长短直接决定了 HAZOP分析本身需要的费用。HAZOP时间的估算需要有经验的人员完成。这项工作一般由业主、 HAZOP主持人、工艺安全工程师完成。

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六、设计阶段的 HAZOP分析的策划

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六、设计阶段的 HAZOP分析的策划

• HAZOP分析耗时一直是国内外关注的问题。• 传统的 HAZOP分析采用引导词法，对每一个节点的每一个工艺参数的偏差进行检查和讨论，这是非常消耗时间的过程。以某大型工艺装置为例，如果采用传统的 HAZOP分析，历史至少要 1 个月以上，这还要考虑采取并行分析的方式。• 因此，对于比较成熟的工艺， HAZOP分析小组成员如果非常熟悉被分析的工艺及设计要求，并且具有专家水平，没有必要采取大面积的引导词法 HAZOP，可以考虑采取更加灵活的 HAZOP分析方式如基于经验的 HAZOP分析方法。一般情况下，基于经验的方法至少可以节省一半的时间。

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六、设计阶段的 HAZOP分析的策划

• 由于 HAZOP分析研究的对象是工艺设备、工艺管线和仪表， HAZOP分析结果对于下游专业有很大的影响。这意味着只要 HAZOP分析没有完成，工艺上都有可能产生变化。所以在安排工程进度的时候，必须考虑HAZOP分析对工程进度的影响，提前做好 HAZOP分析策划和关闭的策略。仅仅完成 HAZOP分析，从 HAZOP的工作量看，还不到一半。更重要的是 HAZOP分析建议的落实问题，只有落实了 HAZOP分析意见， HAZOP分析工作才有意义。

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六、设计阶段的 HAZOP分析的策划

确定需要准备哪些文件最主要的文件就是 P&ID,一般需要单独出一版供 HAZOP分析的文件。

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六、设计阶段的 HAZOP分析的策划

七、设计阶段 HAZOP分析程序的主要内容HAZOP分析程序一般规定以下内容：HAZOP分析目的 HAZOP分析的目的是检查和确认设计是否存在安全和可操作性问题以及已有安全措施是否充分，不以修改设计方案为目的，提出的建议措施是对原安全设计的补充与完善。 HAZOP不能替代设计！不是设计手段！ 分析工艺要求的控制方案、材质选择、设备设计、联锁系统、报警系统、安全排放、消防设计等措施是否充分，提出设计的改进意见或操作方面的安全要求。分析范围 对工艺管道及仪表流程图（ P&ID）和相关资料进行的分析。

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HAZOP软件 现在的 HAZOP分析一般用专门的 HAZOP软件进行记录和管理。要在程序里进行明确用哪一种 HAZOP软件。分析时间 在基础工程设计完成之后，主管部门审查之前进行；根据

HAZOP分析结果，对设计所作的变动应体现在基础工程设计审查文件中。主管部门审查主要是确定投资，因此在主管部门审查前进行可以考虑 HAZOP分析带来的投资影响。 现在项目进度往往很紧张，有些项目的 HAZOP分析放在详细设计阶段的初期，如果准备工作做得充分，问题也不大。

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七、设计阶段 HAZOP分析程序的主要内容

HAZOP分析的组织• 项目经理是安全的第一责任人。实际过程中，项目经理关注此事，具体协调和安排工作由工艺安全工程师、 HSE经理、 HSE工程师、项目工程师等人负责。HAZOP分析组成员• HAZOP分析主持人：要求比较高：经验、管理、沟通能力、技术、权威。是一般由工艺安全方面的专家担任。虽然他大部分时间不需要做决定，但主持人应有一定的权威性和影响力。• HAZOP记录员：最主要是打字熟练，由秘书经验优先。最好由工艺工程师担任。• 工艺工程师：主要是工艺专业负责人、技术老总等。• 仪表工程师

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七、设计阶段 HAZOP分析程序的主要内容

• 专利商代表：如果工艺技术由专利商提供，则需用专利商参加。否则可能导致 HAZOP无法进行或以后关闭困难。• 安全工程师• 生产及操作人员代表（业主代表）：必须要有操作人员参加。这是

HAZOP分析的精髓之一。• 其他专业人员 HAZOP分析所提出的建议的适合性决定了 HAZOP分析的质量。 HAZOP分析是否成功很大程度上取决于 HAZOP分析小组的工程设计和操作经验。从合资项目经验看， HAZOP主持人的工艺、安全方面的经验和知识对于 HAZOP分析是至关重要的，国外对这一点特别重视。一般来说， HAZOP分析的主持人由工艺安全专家来担任，因为他了解工艺过程，也知道很多工艺安全事故和故障原因，另外从理论方面他知道各种安全设防的策略和有效性。

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七、设计阶段 HAZOP分析程序的主要内容

HAZOP分析所需资料• 管道和仪表流程图（ P&ID）• 工艺流程图 (PFD)• 物料平衡• 能量平衡• 设备数据表• 管线表• 工艺说明 这些图纸需要在 HAZOP分析会开始前准备好。要保证 P&ID图与会人员每人一套。 P&ID要信息完整、符合深度要求，保证分析的严肃性，要“冻结”（ Frozen）。

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七、设计阶段 HAZOP分析程序的主要内容

进行 HAZOP分析• 在 HAZOP分析前几天要确定会议室、每天 HAZOP分析的开始和结束时间、会议室的投影仪、书写板和纸、饮料等各项内容。• 向所有参加人员发会议通知并保证他们能到会。• 在进行 HAZOP分析时，按 HAZOP分析方法进行：

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七、设计阶段 HAZOP分析程序的主要内容

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七、设计阶段 HAZOP分析程序的主要内容

编制 HAZOP分析报告• HAZOP分析结束后，应尽快编制 HAZOP分析报告。 HAZOP分析报告一般由记录员完成，征求参会人员意见后， HAZOP主持人、项目经理批准后发布。建议措施的落实• 建议的落实是 HAZOP分析的最重要的工作，也是最难的工作。在分析过程中，提出的任何建议都应该分配给某一个参会人员，并明确完成时间。所有的建议分别由负责人完成。 HAZOP建议一般涉及到 P&ID的更新。 HAZOP分析完后应出一版新的 P&ID。属于设计阶段的建议必须在设计阶段关闭，属于制定操作规程方面的要正式移交给业主。• 安全措施的落实涉及标准问题。

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七、设计阶段 HAZOP分析程序的主要内容

• 有一些人担心 HAZOP分析会带来投资的增加，因此不太愿意开展 HAZOP分析。应该说， HAZOP分析的方法和设防策略是基于国外目前大公司的安全水平的，这确实涉及到风险的可接受水平问题。但认识到我国几大石油公司的最终目标都是建设国际型的能源公司，是在同一个舞台上与国外公司竞争，因此安全风险水平的接轨是必然的。实际上对于一个比较成熟的工艺， HAZOP分析并不会显著增加投资（应该说绝大部分增加的投资是必需的安全投入，而不是“增加”的）：

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七、设计阶段 HAZOP分析程序的主要内容

HAZOP建议的跟踪和关闭 在 HAZOP完成后， HAZOP建议的跟踪一般由项目的工艺安全工程师、 HSE经理等负责。他需要向建议的负责人追踪每一条建议的落实情况、关闭状态。在适当的时机，项目组应召开 HAZOP建议的关闭会议，一般由业主、工艺工程师、安全工程师参加，对照更新后的 P&ID和其他文件，逐条进行验证。全部建议关闭后，应出一般终版的 HAZOP报告，终版的 HAZOP报告一般应经业主书面认可，这意味着该项工作正式结束。保留记录 要根据项目要求对 HAZOP报告和分析用的 P&ID进行归档保存。完整报告交给业主。

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七、设计阶段 HAZOP分析程序的主要内容

有问题吗？ 谢谢！

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