張武星，李曉明

(中國石化洛陽分公司，河南洛陽 471012)

HAZOP-LOPA分析方法在液氨罐區(qū)的應(yīng)用

張武星，李曉明

(中國石化洛陽分公司，河南洛陽471012)

針對HAZOP分析方法的不足之處，將LOPA分析方法融入到HAZOP分析方法中，并應(yīng)用于在役液氨罐區(qū)，系統(tǒng)識別了液氨罐區(qū)存在的工藝危險和可操作性問題;對高風(fēng)險場景，通過LOPA分析評估了保護(hù)措施的有效性，提出了相應(yīng)的建議措施。

HAZOP LOPA 液氨罐區(qū)

危險與可操作性分析(HAZOP)是一種公認(rèn)有效、廣泛使用的風(fēng)險評估技術(shù)，但在應(yīng)用過程中也存在一些問題，如提出的保護(hù)措施是否有效？是否足夠？每一個保護(hù)措施能夠降低多少風(fēng)險？事故風(fēng)險是否可以接受，等等。保護(hù)層分析(LOPA)可以很好地解決上述問題，因此在HAZOP分析過程中引入LOPA分析，能更加深入地評估風(fēng)險，提出有效安全措施控制風(fēng)險。

1 HAZOP、LOPA技術(shù)概要

1.1 HAZOP方法

HAZOP分析是一種基于事故場景的工藝危險評估技術(shù)，通過確定工藝系統(tǒng)可能發(fā)生的有意義的偏差，反向追溯導(dǎo)致偏差的特定初始事件(原因)，正向推理偏差可能導(dǎo)致的后果，并評估其在健康、環(huán)境、財產(chǎn)、聲譽(yù)等方面的后果嚴(yán)重程度，將事故后果分類、量化、分級，包括考慮已有安全措施降低事故風(fēng)險的作用，必要時按照最低合理可行(ALARP)的原則提出建議措施進(jìn)一步降低事故風(fēng)險[1]。

1.2 LOPA方法

LOPA方法是在定性危害分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步評估保護(hù)層的有效性，并進(jìn)行風(fēng)險決策的系統(tǒng)方法，其主要目的是確定是否有足夠的保護(hù)層使風(fēng)險滿足企業(yè)的風(fēng)險可接受標(biāo)準(zhǔn)。LOPA是一種半定量的風(fēng)險評估技術(shù)，通常使用初始事件頻率、后果嚴(yán)重程度和獨立保護(hù)層(IPL)失效頻率的數(shù)量級大小來近似表征場景的風(fēng)險[2]。使用LOPA進(jìn)行場景風(fēng)險對比時，應(yīng)當(dāng)采用相同的風(fēng)險標(biāo)準(zhǔn)、相同的選擇失效數(shù)據(jù)方法。

LOPA方法主要應(yīng)用于下列情形：事故場景后果嚴(yán)重，需要確定后果的發(fā)生頻率；確定事故場景的風(fēng)險等級以及事故場景中各種保護(hù)層降低的風(fēng)險水平；確定安全儀表功能(SIF)的安全完整性等級(SIL)；確定過程中的安全關(guān)鍵設(shè)備或安全關(guān)鍵活動；其他。

保護(hù)層作為IPL時，應(yīng)滿足以下基本要求： ①獨立性——獨立于IE(初始事件)的發(fā)生及其后果，獨立于同一場景中的其它IPL；②有效性——能檢測到響應(yīng)的條件，在有效的時間內(nèi)能及時響應(yīng)，在可用的時間內(nèi)，有足夠的能力采取所要求的行動，滿足所選擇的PFD的要求；③可審查性——應(yīng)有可用的信息、文檔和程序可查，以說明保護(hù)層的設(shè)計、檢查、維護(hù)、測試和運(yùn)行活動能夠使保護(hù)層達(dá)到IPL的要求。

初始事件發(fā)生頻率和IPL的PFD數(shù)據(jù)可采用：①行業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)；②企業(yè)歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)；③基于失效模式、影響和診斷分析(FMEDA)和故障樹分析(FTA)等的數(shù)據(jù)；④其他可用數(shù)據(jù)等。

選擇失效數(shù)據(jù)時，應(yīng)滿足以下要求：①在整個分析過程中，使用的所有失效數(shù)據(jù)的選用原則應(yīng)一致；②選擇的失效率數(shù)據(jù)應(yīng)具有行業(yè)代表性或能代表操作條件；③使用企業(yè)歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)時，只有該歷史數(shù)據(jù)充足并具有統(tǒng)計意義時才能使用；④使用普通的行業(yè)數(shù)據(jù)時，可根據(jù)企業(yè)的具體條件對數(shù)據(jù)進(jìn)行修正；⑤可對失效頻率數(shù)據(jù)取整至最近的整數(shù)數(shù)量級。

1.3 LOPA與HAZOP相結(jié)合的可行性

HAZOP分析是一種定性的分析方法，是識別危險場景的有效工具，但對于后果嚴(yán)重或風(fēng)險高的事故場景，缺乏足夠的決策依據(jù)。而LOPA分析則是一種半定量的分析方法，可以對HAZOP分析出的事故場景進(jìn)行半定量分析，是HAZOP分析的繼續(xù)和補(bǔ)充。但LOPA不是識別危險場景的工具，LOPA的正確分析取決于HAZOP所得出的危險場景的準(zhǔn)確性，包括初始事件和相關(guān)的安全措施是否正確和全面。HAZOP與LOPA的關(guān)系見圖1。

圖1 HAZOP與LOPA的關(guān)系

2 HAZOP-LOPA技術(shù)在液氨罐區(qū)的應(yīng)用

2.1 液氨罐區(qū)簡介

某石化公司液氨罐區(qū)，主要包括2臺50 m3液氨球罐、1臺400 m3液氨球罐、2臺液氨輸送泵、2臺液氨蒸發(fā)器、1臺氨氣緩沖罐、1臺氨壓縮機(jī)、1臺氨液分離器、1臺氨氣吸收罐及煙囪、1臺氨水回?zé)挶?。主要作用是接收和儲存硫黃回收裝置輸送的液氨，另外分別向熱電站脫硫脫硝裝置輸送液氨氣化后的氨氣、供汽車槽車充裝液氨。液氨或氨氣一旦泄漏或失控，容易發(fā)生中毒窒息、火災(zāi)爆炸等事故。液氨罐區(qū)已構(gòu)成三級重大危險源。

2.2 風(fēng)險矩陣

HAZOP-LOPA分析中采用中國石化Q/SH0560-2013《HSE風(fēng)險矩陣標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行風(fēng)險等級評估。風(fēng)險矩陣中后果分為人員傷害、財產(chǎn)損失、環(huán)境影響和聲譽(yù)影響4類，每類后果按照其嚴(yán)重性從低到高依次分為A、B、C、D、E共5個等級。風(fēng)險矩陣后果發(fā)生的可能性采用定性和半定量2種分級形式，按照事故發(fā)生頻率從低到高依次分為1、2、3、4、5、6共6個等級。風(fēng)險分為嚴(yán)重高風(fēng)險、高風(fēng)險、中風(fēng)險和低風(fēng)險4個等級，其中高風(fēng)險和嚴(yán)重高風(fēng)險是不可接受的風(fēng)險，中風(fēng)險是允許的風(fēng)險，低風(fēng)險是可接受的風(fēng)險。

2.3 HAZOP-LOPA分析過程

成立由主席、記錄員和工藝、設(shè)備、儀表、安全、操作等專業(yè)人員組成的分析小組，制訂分析計劃，準(zhǔn)備有關(guān)資料。分析前，對小組成員進(jìn)行HAZOP、LOPA方法和風(fēng)險矩陣標(biāo)準(zhǔn)培訓(xùn)，統(tǒng)一認(rèn)識。召開分析會議，按照HAZOP分析步驟對每個節(jié)點和每個偏差進(jìn)行分析，對HAZOP分析出的高風(fēng)險、嚴(yán)重高風(fēng)險場景進(jìn)行LOPA分析，最后形成分析報告。

2.4 HAZOP-LOPA分析結(jié)果

按工藝流程將液氨罐區(qū)劃分3個節(jié)點，分析偏差62個，分析事故場景48個，其中有2個高風(fēng)險，其余為中風(fēng)險和低風(fēng)險。對高風(fēng)險事故場景進(jìn)行LOPA分析。共提出8條建議措施，其中操作與管理類的3條，儀表聯(lián)鎖類的3條，安全設(shè)計類的2條。部分HAZOP分析記錄見表1、高風(fēng)險場景的LOPA記錄見表2。

表1 液氨罐區(qū)HAZOP分析記錄(部分)

以場景1“液位計LT1407、LT1408、LT1410故障，液氨罐G1407、G1408、G1410液位上升，壓力增大，引起安全閥起跳，氨氣進(jìn)入氨吸收系統(tǒng)，嚴(yán)重時從煙囪外泄，造成人員中毒”為例進(jìn)行LOPA計算如下：

式中：fitoxic——初始事件i的后果(中毒)的發(fā)生頻率，a-1；

表2 液氨罐區(qū)LOPA記錄

fiI——初始事件i的發(fā)生頻率，a-1；

PFDij——初始事件i中第j個阻止后果發(fā)生的IPL的PFD；

Pex——人員暴露概率；

Pd——人員受傷或死亡概率。

場景1的后果是造成人員中毒，嚴(yán)重性為D。在現(xiàn)有保護(hù)措施的情況下，場景發(fā)生的頻率為：0.1×0.5×0.5×0.1=0.002 5，取整后為0.002，根據(jù)后果等級D和頻率0.002查HSE風(fēng)險矩陣標(biāo)準(zhǔn)，場景的現(xiàn)有風(fēng)險等級為D4，屬高風(fēng)險，因此，需要增加保護(hù)措施把場景風(fēng)險降低到中風(fēng)險或低風(fēng)險。小組建議“投用現(xiàn)有LSHH1410液位高高聯(lián)鎖切斷HV14101；新增G1407、G1408液位高高聯(lián)鎖切斷罐進(jìn)料閥”，此獨立保護(hù)層的FPD為0.1，因此，將場景發(fā)生的頻率由0.002降低至0.000 2，根據(jù)后果等級D和頻率0.000 2查HSE風(fēng)險矩陣標(biāo)準(zhǔn)，場景減緩后的風(fēng)險等級為D3，屬中風(fēng)險，因此建議措施可以滿足要求。如果提出的建議是“增加液位高高聯(lián)鎖切斷罐進(jìn)料，且符合SIL1”時，此獨立保護(hù)層的FPD為0.01，因此，可將場景發(fā)生的頻率由0.002降低至0.000 02，根據(jù)后果等級D和頻率0.000 02查HSE風(fēng)險矩陣標(biāo)準(zhǔn)，場景減緩后的風(fēng)險等級為D2，屬中風(fēng)險。

3 結(jié)語

HAZOP與LOPA相結(jié)合，可以更加全面深入地評估事故場景風(fēng)險。在HAZOP分析過程中，運(yùn)用獨立保護(hù)層理論，可以對保護(hù)措施的有效性做出判斷。對HAZOP分析出的事故場景，運(yùn)用LOPA分析可以定量評估保護(hù)措施對風(fēng)險的降低程度、事故場景現(xiàn)有的風(fēng)險等級以及增加保護(hù)措施后的風(fēng)險等級。

[1] 吳重光.危險與可操作性分析(HAZOP)應(yīng)用指南[M].北京：中國石化出版社,2012.

[2] AQ/T3054-2015 保護(hù)層分析(LOPA)方法應(yīng)用導(dǎo)則[S].

HAZOP-LOPAAnalysisMethodintheApplicationofLiquidAmmoniaTank

Zhang Wuxing, Li Xiaoming

(SINOPEC Luoyang Branch, Henan, Luoyang 471012)

Aiming at the deficiency of HAZOP analysis method, this paper put LOPA analysis method into HAZOP analysis method, and applied to the liquid ammonia tank farm in service for the system identification process hazard and operability ilssues exist in liquid ammonia tank; For high risk scenarios, through the LOPA analysis to evaluate the effectiveness of the protection measures, put forward the corresponding suggestion.

HAZOP; LOPA; liquid ammonia tank

2016-02-22

張武星，高級工程師，注冊安全工程師，現(xiàn)任洛陽分公司安全技術(shù)專家，長期從事安全技術(shù)管理工作。