周朋燕

(山西國(guó)控環(huán)球工程有限公司，山西 太原 030006)

石油化工行業(yè)是我國(guó)重要的支柱產(chǎn)業(yè)之一，由于近年來石化行業(yè)安全形勢(shì)日益嚴(yán)峻，因此國(guó)家也越來越重視石化行業(yè)的安全分析工作。危險(xiǎn)與可操作性(HAZOP)分析方法是一種用于辨識(shí)工藝設(shè)計(jì)缺陷、工藝過程危險(xiǎn)及操作性問題的定性分析方法[1]。在HAZOP分析的基礎(chǔ)上，引入保護(hù)層分析(LOPA)技術(shù)，可以解決HAZOP分析中存在的安全保護(hù)措施引起的風(fēng)險(xiǎn)降低和殘余風(fēng)險(xiǎn)不能定量化等不足。SIL分析是對(duì)LOPA分析結(jié)果的驗(yàn)證，HAZOP分析、LOPA分析是SIL分析的前期準(zhǔn)備工作[2]。

1 HAZOP分析

1.1 HAZOP分析概述

化工企業(yè)生產(chǎn)具有易燃、易爆、超溫、超壓等危險(xiǎn)，隨著化工裝置的大型化和復(fù)雜化，管道泄漏、爆炸等產(chǎn)生的安全問題日益突出。HAZOP分析被認(rèn)為是在危險(xiǎn)識(shí)別方面最有效的安全評(píng)價(jià)方法，它以引導(dǎo)詞來尋找偏差，找出裝置及過程中存在的危險(xiǎn)、所產(chǎn)生的后果及現(xiàn)有的安全措施[3]。

1.2 HAZOP分析的目的

HAZOP分析的目的是根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及相關(guān)技術(shù)資料等對(duì)各裝置的危險(xiǎn)性和可操作性進(jìn)行詳細(xì)的審核，通過系統(tǒng)性地分析過程危險(xiǎn)源的方法，識(shí)別可能存在的偏差，以及由此導(dǎo)致的危險(xiǎn)和操作性問題及其后果，同時(shí)，識(shí)別現(xiàn)有防護(hù)措施，必要時(shí)提出補(bǔ)充建議措施，以進(jìn)一步提高裝置的安全性和可操作性。

1.3 HAZOP分析程序

HAZOP分析程序主要步驟包括劃分節(jié)點(diǎn)，解釋節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)意圖，確定有意義的偏差，辨識(shí)導(dǎo)致偏差的所有可信原因(原則局限在本節(jié)點(diǎn)內(nèi))，分析偏差可能導(dǎo)致的所有后果，列出現(xiàn)有保護(hù)措施，提出建議措施，明確責(zé)任響應(yīng)方，記錄所有分析結(jié)果，編制文稿。

1.4 甲醇罐區(qū)HAZOP分析結(jié)果(見第147頁(yè)表1)

2 SIL定級(jí)

2.1 SIL定級(jí)概述

為加強(qiáng)化工安全儀表系統(tǒng)管理，防止和減少危險(xiǎn)化學(xué)品事故發(fā)生，提高化工在役裝置本質(zhì)安全性，對(duì)安全聯(lián)鎖回路安全完整性等級(jí)(SIL)進(jìn)行分析定級(jí)。安全儀表系統(tǒng)獨(dú)立于過程控制系統(tǒng)，生產(chǎn)正常時(shí)處于休眠或靜止?fàn)顟B(tài)，一旦生產(chǎn)裝置或設(shè)施出現(xiàn)可能導(dǎo)致安全事故的工況時(shí)，能夠瞬間準(zhǔn)確動(dòng)作，使生產(chǎn)過程安全停止運(yùn)行或自動(dòng)導(dǎo)入預(yù)定的安全狀態(tài)，因此，必須有很高的可靠性(即功能安全)和規(guī)范的維護(hù)管理，如果安全儀表系統(tǒng)失效，往往會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的安全事故，根據(jù)安全儀表功能失效產(chǎn)生的后果和風(fēng)險(xiǎn)，將安全儀表功能劃分為不同的完整性等級(jí)(1級(jí)～4級(jí)，最高為4級(jí))。安全完整性等級(jí)(SIL)定級(jí)是根據(jù)HAZOP分析結(jié)果，利用保護(hù)層分析法(LOPA)對(duì)每個(gè)安全儀表功能回路進(jìn)行分析，得出需要的SIL級(jí)別。

2.2 SIL定級(jí)的目的

保護(hù)層分析(LOPA)是一種簡(jiǎn)單的半定量的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，它主要是確定比較危險(xiǎn)的事故情景，通過確定事件發(fā)生概率、后果嚴(yán)重程度和獨(dú)立保護(hù)層(IPL)失效概率，來估算事故情景的風(fēng)險(xiǎn)。SIL定級(jí)的目的是對(duì)每個(gè)安全儀表回路進(jìn)行以下分析：

表1 甲醇罐區(qū)HAZOP分析結(jié)果表

1) 需求的原因和頻率；

2) 所有保護(hù)層均失效的情況下后果的嚴(yán)重性；

3) 為滿足風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)的要求，安全儀表功能所需達(dá)到的風(fēng)險(xiǎn)降低因數(shù)。

2.3 SIL定級(jí)方法

將計(jì)算出的事故場(chǎng)景風(fēng)險(xiǎn)與可接受風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，以決定風(fēng)險(xiǎn)是否在容許的范圍內(nèi)。

如果計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)低于風(fēng)險(xiǎn)可接受標(biāo)準(zhǔn)，則事故場(chǎng)景已有足夠的保護(hù)層，不需再增加任何保護(hù)層。

需求模式下，如果計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)高于風(fēng)險(xiǎn)可接受標(biāo)準(zhǔn)，則剩余的風(fēng)險(xiǎn)降低就由SIF來承擔(dān)，SIF需要降低的風(fēng)險(xiǎn)水平就決定了SIF所需達(dá)到的SIL等級(jí)，SIF的PFD由式(1)決定。

(1)

風(fēng)險(xiǎn)降低因數(shù)RRF由式(2)計(jì)算。

(2)

式中：PFDSIF為SIF功能需求時(shí)的失效概率；RRFSIF為SIF功能的風(fēng)險(xiǎn)降低因數(shù)；TMF為削減后的風(fēng)險(xiǎn)頻率；TF為事故的可接受頻率。

確定了SIF的PFDSIF或RRFSIF之后，依據(jù)表2確定SIL等級(jí)。

表2 需求模式下RRF、PFD與SIL關(guān)系表

連續(xù)模式下，安全儀表功能的失效率以單位時(shí)間內(nèi)的失效頻率PFH來計(jì)算，依據(jù)風(fēng)險(xiǎn)分析計(jì)算出SIF的PFH后，依據(jù)表3確定SIL等級(jí)。

表3 連續(xù)模式下PFH與SIL關(guān)系表

若確定的SIL等級(jí)為0，則安全儀表功能SIF可在SIS系統(tǒng)或DCS系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，若確定的SIL等級(jí)為1、2或3，則此安全儀表功能必須在SIS系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。同一個(gè)安全儀表功能，從人員傷害、財(cái)產(chǎn)損失、環(huán)境危害3個(gè)方面可能得到不同的SIL等級(jí)，此時(shí)，取其中最高的等級(jí)作為所需要的SIL等級(jí)。

2.4 甲醇罐區(qū)SIL定級(jí)結(jié)果(見表4)

表4 甲醇罐區(qū)SIL定級(jí)結(jié)果表

3 結(jié)論

1) HAZOP分析方法是一種用于辨識(shí)工藝設(shè)計(jì)缺陷、工藝過程危險(xiǎn)及操作性問題的定性分析方法，不能對(duì)偏差產(chǎn)生的事故風(fēng)險(xiǎn)、現(xiàn)有安全措施的風(fēng)險(xiǎn)降低水平和剩余風(fēng)險(xiǎn)水平進(jìn)行量化。

2) HAZOP報(bào)告作為L(zhǎng)OPA的輸入，在HAZOP報(bào)告中的危害場(chǎng)景、可能性和嚴(yán)重程度可作為L(zhǎng)OPA的指導(dǎo)，對(duì)于某一危害程度較大的場(chǎng)景，如果HAZOP報(bào)告中沒有提及，LOPA分析對(duì)此進(jìn)行合適的評(píng)估。

3) 保護(hù)層分析(LOPA)是一種簡(jiǎn)化的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工具，它通過對(duì)初始事件頻率、后果嚴(yán)重程度、獨(dú)立保護(hù)層失效的可能性的分類來近似表征一個(gè)特定場(chǎng)景的風(fēng)險(xiǎn)，可用于安全儀表功能的SIL定級(jí)。

4) 進(jìn)行LOPA分析的目的主要是為了確認(rèn)對(duì)于事故后果非常嚴(yán)重的風(fēng)險(xiǎn)，現(xiàn)有保護(hù)層是否足夠，是否有必要增加額外的SIS保護(hù)，以確定增加的SIS系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)降低目標(biāo)是多少，為增加的SIS系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。