徐 欣　吳恢慶　周斌斌　李笑笑

浙江省安全生產(chǎn)科學研究院

基于HAZOP和QRA的綜合風險分析技術*

徐 欣吳恢慶周斌斌李笑笑

浙江省安全生產(chǎn)科學研究院

本文創(chuàng)新性地提出基于HAZOP和QRA的綜合風險分析方法，并應用于氯苯生產(chǎn)裝置的風險分析。結(jié)果表明：該綜合風險分析方法不僅能更全面、更合理、更有效地找出可能導致事故發(fā)生的不安全因素，而且能計算出不安全因素導致事故發(fā)生的嚴重程度和概率，使得系統(tǒng)的危險性分析更科學、完整和全面，為有效預防和減少事故的發(fā)生提供了理論支撐。

綜合風險分析；HAZOP； QRA；風險矩陣

目前對石油化工企業(yè)進行風險分析的方法達幾十種，定性方法中HAZOP分析方法、定量方法中QRA分析方法近年來在國內(nèi)得到了廣泛應用。在氯苯裝置的風險分析中，將HAZOP和QRA綜合應用，取得了預期的效果。

1 HAZOP和QRA的綜合應用

1.1HAZOP和QRA方法簡介

HAZOP（HazardandOperabilityStudy，危險與可操作性研究[1]）于1974年由ICI英國帝國化學工業(yè)公司提出。HAZOP技術是高度專業(yè)化的作業(yè)程序，是一種定性的風險分析技術，目的是確定工藝過程針對原設計意圖而言可能發(fā)生的偏差，確定項目工藝過程和生產(chǎn)操作中潛在的危害。HAZOP的分析流程，如圖1。

QRA（Quantitative Risk Assessment，定量風險分析），也稱概率風險分析方法，采用定量化的概率風險值對系統(tǒng)的危險性進行描述的風險分析方法。QRA分析是對事故的原因、過程、后果等進行定性分析，并對事故發(fā)生的頻率和后果進行定量計算，將計算出的風險與風險標準相比較，判可接受性，提出降低風險的建議措施[2]。QRA的分析流程，如圖2[3]。

1.2基于HAZOP和QRA的綜合風險分析

HAZOP分析通過分析工藝過程中各種偏差產(chǎn)生的原因及后果，提出建議措施來進一步降低風險。針對HAZOP分析辨識出來的重大風險，結(jié)合LOPA分析，可以確定重大風險導致的事故情景，是否已經(jīng)控制在可接受范圍內(nèi)[4]。HAZOP和LOPA分析的結(jié)合，可以提出較為有效可行的建議措施，但對于偏差產(chǎn)生的事故后果，需要一種定量的評價方法作為補充。

而風險分析項目中往往存在很多危險源，危險源辨識是進行定量風險評價（QRA）的關鍵步驟，如何選取項目中的關鍵危險源，不僅影響QRA結(jié)果的準確性，也影響項目進程[5]。

基于HAZOP和QRA的綜合風險分析的主要思路：使用 HAZOP方法分析潛在風險；HAZOP分析小組成員根據(jù)經(jīng)驗估計風險的基礎上，篩選出潛在危險中的主要危險；基于QRA進行進一步的定量風險分析，量化主要危險帶來的風險?；贖AZOP和QRA的綜合風險分析，不僅可以發(fā)揮HAZOP定性風險分析全面、系統(tǒng)、細致等優(yōu)勢，分析潛在危險，篩選主要危險，而且增加QRA定量風險計算環(huán)節(jié)，量化事故后果，為提出降低風險的建議措施提供理論依據(jù)。

圖1　HAZOP分析流程圖

圖2　QRA分析流程圖

2 基于HAZOP和QRA的綜合風險分析在氯苯生產(chǎn)過程中的應用

2.1氯苯生產(chǎn)工藝

氯苯裝置主要有原料預處理、氯化、氯化尾氣吸收、氯苯精餾等生產(chǎn)工藝過程。其中，氯化為關鍵裝置，工藝流程如下：用干苯泵將干苯罐中的干苯輸送至苯高位槽，從苯高位槽底部流出的干苯經(jīng)流量計計量后連續(xù)加入氯化反應器，來自上游離子膜裝置的合格氯氣先經(jīng)過氯氣緩沖罐緩沖，然后經(jīng)氯氣分配臺調(diào)節(jié)從氯化器底部通入，與苯同向順流而上，氯氣首先溶于苯中，與鐵觸媒反應生成三氯化鐵，產(chǎn)生的活化氯離子與苯反應，生成氯化苯、氯化氫氣體，控制反應溫度在80℃附近，反應生成物氯化液從氯化器上部出料口經(jīng)液封管進入汽提塔原料槽。氯化器頂部出來的含苯氯化氫氣體經(jīng)一段冷凝器、二段冷凝器冷凝冷卻，冷凝下來的酸性液體進入酸苯分離器，經(jīng)酸苯分離器分離出來的酸苯返回氯化反應器，酸苯分離器底部排出的廢酸去粗氯化液儲罐。

氯化反應器設有溫度和壓力報警，同時設有反應器溫度與氯氣、新鮮苯進料流量連鎖。當氯化反應器溫度高于設定值時，調(diào)節(jié)減小氯氣進料，調(diào)節(jié)加大新鮮苯進料，以控制反應溫度。

2.2HAZOP分析

表1為氯化反應器HAZOP分析結(jié)果，分析得出：氯化反應器可能發(fā)生的問題包括氯氣進料和苯進料流量偏小或無流量、氯苯反應器尾氣系統(tǒng)憋壓、氯化反應失控，以及由此引發(fā)的物料炭化、防腐瓷板炸裂、氯氣泄漏中毒、氯苯反應器爆炸等嚴重事故后果。

HAZOP分析完成后，分析小組根據(jù)經(jīng)驗認為：由氯化反應器爆炸引起的氯氣泄漏中毒為主要危險，使用QRA計算事故后果。

表1　氯化反應器HAZOP分析

2.3QRA分析

在大多數(shù)事故泄漏情形下，危險化學品泄漏形成的氣云是重氣云[2]。事故后果的計算采用SLAB模型[2]模擬各濃度氯氣隨時間擴散范圍。

由QRA計算結(jié)果可知，當氯化反應器爆炸引起氯氣泄漏中毒事故時，氯氣泄漏的影響區(qū)無論是重傷區(qū)或死亡區(qū)都呈不斷擴大，而當泄漏源切斷后，雖然泄漏影響區(qū)仍在擴大，但致死區(qū)面積迅速減小。當泄漏源被切斷后，此時氯氣實際上形成了重氣煙團，沿風流向下游擴散，不斷被空氣稀釋。氯氣云團在氣流作用下可以持續(xù)很長時間，雖然已經(jīng)被稀釋，但依然會對人體造成損害。

氯氣的危險濃度取值，見表2。

表2　氯氣危險濃度

氯化反應器爆炸引起氯氣泄漏中毒所造成的危害區(qū)域和嚴重程度隨時間分布是：

圖3　氯氣泄漏中毒事故后果圖

泄漏0.5分鐘后，在半徑30m范圍內(nèi)吸入，可致人立即死亡；在半徑60m范圍內(nèi)吸入0.5h以上，可致人死亡；在半徑70m范圍內(nèi)吸入0.5h以上，可致人重傷。

泄漏1分鐘后，在半徑100m范圍內(nèi)吸入0.5h以上，可致人死亡；在半徑120m范圍內(nèi)吸入0.5h以上，可致人重傷。

泄漏5分鐘后，在半徑220m范圍內(nèi)吸入0.5h以上，可致人死亡，在半徑250m范圍內(nèi)吸入0.5h以上，可致人重傷。

泄漏10分鐘后，在半徑500m范圍內(nèi)吸入0.5h以上，可致人重傷。

2.4HAZOP和QRA綜合風險分析與決策

在上述計算結(jié)果涉及區(qū)域內(nèi)，有企業(yè)的中控室、辦公樓等人員密集場所，結(jié)合HAZOP分析的后果等級（見表3）可知，氯化反應器爆炸引起氯氣泄漏中毒事故的后果等級是災難性的。引起反應器爆炸的主要原因是酸苯循環(huán)泵故障，根據(jù)文獻[7]，泵故障的失效頻率為1×10-1，根據(jù)獨立保護層有效性、獨立性和可審查性的判定原則，酸苯循環(huán)泵設置備用泵（完全相同的冗余設備）的保護層可靠率為1×10-1，基本工藝控制系統(tǒng)（BPCS）的保護層可靠率為1×10-2，后果發(fā)生的概率為1×10-4，結(jié)合風險矩陣（見表4），該氯化裝置由于氯化反應器爆炸引起的氯氣泄漏中毒的風險等級為C。

表3　后果等級

分析小組決定設置獨立的安全儀表功能，當反應器溫度高時，連鎖停進料。根據(jù)企業(yè)具體風險控制要求，確定該安全儀表功能的安全完整性等級。當該安全儀表功能的保護層可靠率為1×10-2（SIL1）時，后果發(fā)生的概率由1×10-4降為1×10-6，該氯化裝置由于氯化反應器爆炸引起的氯氣泄漏中毒的風險等級為為E，風險可接受。

表4　風險矩陣

3 結(jié)束語

（1）盡管HAZOP分析方法是全面、系統(tǒng)、細致的風險分析方法之一，對于HAZOP分析辨識出來的潛在危險，分析人員難以準確地對其風險大小和發(fā)生概率進行辨識，需要進一步采取半定量或定量的分析方法，以確定HAZOP分析辨識出來的潛在危險是否可以接受、現(xiàn)有安全措施是否能滿足以及是否需要增加新的安全措施。

（2）提出基于HAZOP和QRA的綜合風險分析方法。旨在對裝置進行全面細致的HAZOP分析后，分析潛在危險，篩選主要危險，再對主要危險的事故場景進行定量計算，從而提高項目風險分析的全面性和準確性。

[1] 張艷輝,陳曉春.改進的HAZOP風險評價方法[J].中國安全生產(chǎn)科學技術,2011,7(7):174-178

[2] 中國石油化工股份有限公司青島安全工程研究院.石化裝置定量風險評估指南[M].北京:中國石化出版社,2007

[3] 宋占兵,于立見,多英全,魏利軍,吳宗之.定量風險評價在煉化一體化項目中的應用[J].中國安全生產(chǎn)科學技術, 2011,7(5):91-94

[4] 許芝瑞,孫文勇,趙東風.HAZOP和LOPA兩種安全評價方法的集成研究[J].安全與環(huán)境工程,2011,18(5):65-68

[5] 羅艾民,陳平,多英全,吳宗之.定量風險評價（QRA）中的危險辨識方法[J].中國安全生產(chǎn)科學技術,2010,6(1):54-57

[6] 許宏鋒.氯化苯生產(chǎn)中苯氯化反應的幾個問題[J].氯堿工業(yè),2014,50(7):34-38

[7] Young G.G.Crowe S.G.Modifying LOPA for Improved Performance[C].Asse proFessional Development Conference and Exposition,2006

浙江省科技廳條件建設項目（2015P10005）