呂 品，王建偉，許 晶，路榮博，王家見

(1.中國(guó)石化集團(tuán)公司安全監(jiān)管局，北京 1000002.中國(guó)石化安全工程研究院，山東青島 2660713.化學(xué)品安全控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東青島 266071)

HAZOP與LOPA聯(lián)合分析在加氫裂化裝置上的應(yīng)用

呂 品1，王建偉2，3，許 晶2，3，路榮博2，3，王家見2，3

(1.中國(guó)石化集團(tuán)公司安全監(jiān)管局，北京1000002.中國(guó)石化安全工程研究院，山東青島2660713.化學(xué)品安全控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東青島266071)

介紹了危險(xiǎn)及可操作性分析(HAZOP)和保護(hù)層分析(LOPA)以及兩者之間的關(guān)系、HAZOP與LOPA方法聯(lián)合分析步驟；以200×104t/a 加氫裂化裝置為研究對(duì)象，選擇其中循環(huán)氫脫硫塔單元為示例節(jié)點(diǎn)，應(yīng)用HALOPA分析軟件對(duì)潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定性和半定量分析，并提出相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)控制方案；HAZOP和LOPA兩種安全評(píng)價(jià)方法相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)信息和數(shù)據(jù)共享，是提高化工企業(yè)安全評(píng)價(jià)客觀性和準(zhǔn)確性的有效途徑。

危險(xiǎn)及可操作性分析 保護(hù)層分析 加氫裂化 安全評(píng)價(jià)

危險(xiǎn)與可操作性分析(HAZOP)在過(guò)程行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，并已經(jīng)顯示了很強(qiáng)的影響力和生命力。但HAZOP分析也存在不足，由于是定性的分析，沒(méi)有量化，人為主觀因素對(duì)后果判斷的影響較大。而保護(hù)層分析(LOPA)方法是20世紀(jì)90年代新興的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，是一種半定量的方法，簡(jiǎn)便易用，是建立在HAZOP分析基礎(chǔ)上的方法。通過(guò)將HAZOP與LOPA結(jié)合可以彌補(bǔ)單獨(dú)HAZOP、LOPA分析中存在的不足。目前對(duì)石化裝置同時(shí)進(jìn)行HAZOP和LOPA聯(lián)合分析已逐漸得到推廣。

1 HAZOP與LOPA方法及關(guān)系

HAZOP主要分析工藝過(guò)程、操作過(guò)程中各種偏差發(fā)生的原因以及所產(chǎn)生的后果，判斷發(fā)生的原因、后果的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，以及針對(duì)偏差、后果的現(xiàn)有安全保護(hù)措施，并提出建議措施來(lái)進(jìn)一步降低風(fēng)險(xiǎn)[1-3]。

LOPA主要分析安全保護(hù)層(獨(dú)立保護(hù)層)。正確識(shí)別和選取獨(dú)立保護(hù)層是完成LOPA分析的重點(diǎn)內(nèi)容之一。典型化工裝置的獨(dú)立保護(hù)層呈“洋蔥”形分布，從內(nèi)到外一般設(shè)計(jì)為：過(guò)程設(shè)計(jì)、基本過(guò)程控制系統(tǒng)、警報(bào)與人員干預(yù)、安全儀表系統(tǒng)、物理防護(hù)、釋放后物理防護(hù)、工廠緊急響應(yīng)以及社區(qū)應(yīng)急響應(yīng)等[4-5]。

針對(duì)HAZOP分析識(shí)別出來(lái)的重大工藝安全事故，需要進(jìn)一步采取半定量的LOPA分析，以確定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)是否可以接受，其結(jié)果可以返回給未完成的HAZOP分析，實(shí)現(xiàn)HAZOP與LOPA信息的傳輸與共享[6]。

目前的評(píng)估方法中，HAZOP和LOPA的評(píng)估是獨(dú)立的兩個(gè)過(guò)程，許多企業(yè)通常只在確定SIS系統(tǒng)的SIL等級(jí)時(shí)，才進(jìn)行LOPA評(píng)估，LOPA也是IEC61511標(biāo)準(zhǔn)中確定SIS系統(tǒng)的SIL等級(jí)推薦做法之一[7]。如果將HAZOP與LOPA結(jié)合在一起進(jìn)行評(píng)估，除可以確定SIS系統(tǒng)的SIL等級(jí)外，還將有助于HAZOP評(píng)估人員認(rèn)識(shí)過(guò)程危險(xiǎn)與必須實(shí)行的安全行為之間直接的聯(lián)系，將使安全系統(tǒng)的分配或應(yīng)該采取的對(duì)應(yīng)措施更有針對(duì)性；同時(shí)在定性危險(xiǎn)分析中產(chǎn)生的爭(zhēng)論和分歧通過(guò)LOPA可以達(dá)成一致。

2 HAZOP和LOPA聯(lián)合分析步驟

HAZOP是LOPA工作開展的基礎(chǔ)，LOPA是HAZOP分析結(jié)果的延伸與量化，利用編寫的HALOPA軟件進(jìn)行聯(lián)合分析，主要步驟如下：①分析前的準(zhǔn)備工作，包括各種資料的收集及人員的組織工作；②利用HAZOP進(jìn)行節(jié)點(diǎn)分析，識(shí)別工藝系統(tǒng)內(nèi)的偏差事件、原因及結(jié)果；③判斷事件后果嚴(yán)重程度，確定事故場(chǎng)景起始事件頻率、保護(hù)層失效頻率及后果；④判斷事故場(chǎng)景事件(有SIS及無(wú)SIS)的剩余風(fēng)險(xiǎn)，根據(jù)企業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)承受標(biāo)準(zhǔn)判斷該風(fēng)險(xiǎn)能否接受；⑤對(duì)風(fēng)險(xiǎn)無(wú)法接受的場(chǎng)景事件，提出應(yīng)增設(shè)的獨(dú)立保護(hù)措施，并重新計(jì)算該事故場(chǎng)景事件的風(fēng)險(xiǎn)，判斷增設(shè)保護(hù)措施后風(fēng)險(xiǎn)水平能否接受；⑥對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)仍無(wú)法接受的，應(yīng)考慮增設(shè)其他措施或改用其他工藝方法，并判斷SIL等級(jí)是夠足夠以及是否需要增設(shè)SIF回路[8-9]。HALOPA分析過(guò)程見圖1。

圖1 HA LOPA分析過(guò)程

3 HAZOP與LOPA聯(lián)合分析的應(yīng)用

以某企業(yè)200×104t /a加氫裂化裝置為研究對(duì)象，應(yīng)用HAZOP和LOPA聯(lián)合分析[5-7]對(duì)該裝置進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，共劃分28個(gè)節(jié)點(diǎn)，分析各種偏差問(wèn)題540項(xiàng)，提出相關(guān)安全建議措施76條。以加氫裂化裝置循環(huán)氫脫硫塔單元作為示例，闡述HAZOP和LOPA聯(lián)合分析在加氫裂化生產(chǎn)裝置中的應(yīng)用。

3.1 分析準(zhǔn)備工作

組建HAZOP與LOPA聯(lián)合分析小組；準(zhǔn)備必要資料，并發(fā)放到分析小組成員手中；確定分析過(guò)程中使用的嚴(yán)重等級(jí)、頻率等級(jí)及風(fēng)險(xiǎn)矩陣表。本次分析風(fēng)險(xiǎn)矩陣使用中國(guó)石化統(tǒng)一的5×6風(fēng)險(xiǎn)矩陣表。

3.2 循環(huán)氫脫硫塔節(jié)點(diǎn)

循環(huán)氫脫硫過(guò)程因存在高壓循環(huán)氫，脫硫壓力高、溫度控制嚴(yán)格，易發(fā)生高壓竄低壓、循環(huán)氫帶液損壞壓縮機(jī)、溶劑發(fā)泡等高風(fēng)險(xiǎn)事故。節(jié)點(diǎn)流程見圖2。

圖2 循環(huán)氫脫硫塔流程

冷高壓分離器出來(lái)的氣體經(jīng)循環(huán)氫脫硫塔入口分液罐脫除高分氣中夾帶的烴類后進(jìn)入循環(huán)氫脫硫塔脫硫，貧溶劑由貧胺液泵送入循環(huán)氫脫硫塔上部。脫硫后的冷高分氣進(jìn)入循環(huán)氫壓縮機(jī)入口分液罐分液后再進(jìn)入循環(huán)氫壓縮機(jī)升壓。

3.3 循環(huán)氫脫硫塔節(jié)點(diǎn)HAZOP和LOPA聯(lián)合分析

分析步驟如下：①選擇分析參數(shù)，包括循環(huán)氫脫硫塔液位、脫硫溫度、組分等；②對(duì)循環(huán)氫脫硫塔系統(tǒng)可能出現(xiàn)的偏差事件、偏差原因及后果進(jìn)行全面分析，根據(jù)偏差發(fā)生的原因確定初始事件頻率，并通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)矩陣確定初始事故風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)；③按照LOPA分析要求分別列出各獨(dú)立的保護(hù)層，并確定其失效概率；④根據(jù)起始事件頻率及保護(hù)層失效概率，計(jì)算潛在事故消減后的發(fā)生頻率及頻率等級(jí)；⑤確定不包含安全儀表系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)；⑥根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)矩陣確定當(dāng)前保護(hù)措施下的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)不在可承受范圍內(nèi)的，需要增加其他保護(hù)措施，并計(jì)算消減后的事故發(fā)生頻率(如增設(shè)安全儀表系統(tǒng)或提高SIL等級(jí))，直至風(fēng)險(xiǎn)在可接受的范圍內(nèi)。

簡(jiǎn)要分析記錄見表1。

表1 HALOPA分析記錄

3.4 結(jié)果與討論

由循環(huán)氫脫硫塔節(jié)點(diǎn)HAZOP與LOPA聯(lián)合分析結(jié)果可知：循環(huán)氫脫硫塔液位高的偏差會(huì)導(dǎo)致循環(huán)氫帶液，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致循環(huán)氫壓縮機(jī)損壞(嚴(yán)重高風(fēng)險(xiǎn)D6)，已有安全措施包括液位高報(bào)警及聯(lián)鎖保護(hù)等，消減后的風(fēng)險(xiǎn)在可接受范圍內(nèi)(中風(fēng)險(xiǎn)D2)，不需增加額外保護(hù)措施；循環(huán)氫脫硫塔液位低的偏差會(huì)導(dǎo)致高壓竄低壓，引發(fā)火災(zāi)爆炸事故(嚴(yán)重高風(fēng)險(xiǎn)D6)，根據(jù)現(xiàn)有保護(hù)措施，消減后的風(fēng)險(xiǎn)不能接受(高風(fēng)險(xiǎn)D5)，建議增加相應(yīng)安全措施，比如增加液位低低聯(lián)鎖保護(hù)等；胺液組分變化的偏差會(huì)使胺液發(fā)泡，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致循環(huán)氫壓縮機(jī)損壞(嚴(yán)重高風(fēng)險(xiǎn)D6)，根據(jù)現(xiàn)有保護(hù)措施消減后的風(fēng)險(xiǎn)在可接受范圍內(nèi)(中風(fēng)險(xiǎn)D2)，建議循環(huán)氫脫硫塔增設(shè)差壓顯示及報(bào)警；循環(huán)氫溫度高的偏差會(huì)導(dǎo)致溫差過(guò)大、胺液發(fā)泡(高風(fēng)險(xiǎn)C6)，根據(jù)現(xiàn)有保護(hù)措施，消減后的風(fēng)險(xiǎn)(中風(fēng)險(xiǎn)C5)，建議增加相應(yīng)安全措施，比如重新核算高壓空冷負(fù)荷或更換高效葉片等。

4 結(jié)語(yǔ)

a)通過(guò)HAZOP與LOPA聯(lián)合分析，解決了HAZOP分析中不能評(píng)定現(xiàn)有安全措施的有效性和剩余風(fēng)險(xiǎn)不能量化的問(wèn)題。應(yīng)用LOPA分析的定量特性，可以確認(rèn)現(xiàn)有的保護(hù)措施是否足夠，剩余風(fēng)險(xiǎn)是否達(dá)到可接受范圍，是否需要增加新的保護(hù)措施，從而進(jìn)一步識(shí)別HAZOP風(fēng)險(xiǎn)被控制的程度，提高了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的科學(xué)性。

b)HAZOP與LOPA方法可對(duì)工藝裝置進(jìn)行全面、系統(tǒng)的分析研究，能夠有效識(shí)別事故場(chǎng)景的始發(fā)事件、中間事件、安全保護(hù)層和事故后果，并提出切實(shí)可行的建議與措施，分析結(jié)果更具有客觀性和準(zhǔn)確性。

c)HAZOP與LOPA分析的結(jié)論可以為裝置新增安全措施的選擇提供依據(jù)和幫助。例如當(dāng)裝置需要增加新的安全儀表系統(tǒng)(SIS)時(shí)，通過(guò)HAZOP與LOPA分析確定風(fēng)險(xiǎn)降低要求，可以確定安全儀表系統(tǒng)的SIL等級(jí)，為安全儀表系統(tǒng)提供合理、經(jīng)濟(jì)的選擇方案。

d)目前煉化裝置應(yīng)用HAZOP與LOPA方法進(jìn)行危險(xiǎn)分析已經(jīng)逐步得到推廣，本文通過(guò)典型煉油裝置的分析實(shí)例，對(duì)HAZOP與LOPA方法的聯(lián)合應(yīng)用過(guò)程進(jìn)行了研究。該方法在HAZOP分析基礎(chǔ)之上融合了LOPA分析，通過(guò)編寫的HALOPA軟件進(jìn)行統(tǒng)一分析，一次性地對(duì)安全措施、安全儀表系統(tǒng)進(jìn)行定量、定級(jí)，提高了裝置工藝危險(xiǎn)分析過(guò)程的客觀性、準(zhǔn)確性和科學(xué)性，避免了HAZOP分析中對(duì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過(guò)低或過(guò)高的情況，并可提出合理、有效的安全建議與措施，為企業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)管理提供依據(jù)。

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HAZOPandLOPAJointAnalysisintheHydroCrackingUnit

Lv Ping1, Wang Jianwei1,2, Xu Jing1,2, Lu Rongbo1,2, Wang Jiajian1,2

(1.SINOPEC Research Institute of Safety Engineering, Shandong, Qingdao, 266071 2.State Key Laboratory of Safety and Control for Chemicals, Shandong, Qingdao, 266071)

This paper describes the hazards and operability analysis (HAZOP) and Layer of Protection Analysis (LOPA) and the relationship between HAZOP and LOPA joint analysis method step; take 200 × 104t / a hydro cracking unit as the research object, select wherein circulating hydrogen desulfurization tower unit as an example node, application software HALOPA analysis of potential risks for qualitative and semi-quantitative analysis, and the corresponding risk control programs; the combining of HAZOP and LOPA evaluation methods for the information and data sharing is the effective way to improve the objectivity and accuracy of chemical safety assessment.

HAZOP; LOPA; hydro cracking; safety assessment

2016-07-20

呂品，高級(jí)工程師，1983年畢業(yè)于黑龍江商學(xué)院石油儲(chǔ)存自動(dòng)化專業(yè)?，F(xiàn)主要從事石油化工和油品銷售企業(yè)安全監(jiān)管工作。