陳 華，丁萬(wàn)豐

（中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300222）

引 言

根據(jù)安監(jiān)總管三〔2014〕116號(hào)文《關(guān)于加強(qiáng)化工安全儀表系統(tǒng)管理的指導(dǎo)意見(jiàn)》的要求，自2018年1月1日起，各地的安監(jiān)局要求對(duì)于“兩重點(diǎn)一重大項(xiàng)目”應(yīng)進(jìn)行SIL定級(jí)與驗(yàn)證。安全儀表系統(tǒng)管理也將與《安全生產(chǎn)許可證》相掛鉤，這將進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)企業(yè)的安全生產(chǎn)的管理和要求。

1 工程概況

某港區(qū)工程包括1個(gè)25萬(wàn)t級(jí)原油泊位及總罐容為54萬(wàn)m3的庫(kù)區(qū)等配套設(shè)施。根據(jù)庫(kù)區(qū)周轉(zhuǎn)量要求并經(jīng)設(shè)計(jì)選型，共設(shè)置6座5萬(wàn)m3儲(chǔ)罐和8座3萬(wàn)m3儲(chǔ)罐。根據(jù)集疏運(yùn)要求，本工程考慮管道外輸和汽車(chē)外運(yùn)兩種原油中轉(zhuǎn)方式。[1]

1.1 工藝流程

1）原油卸船流程

油船→船泵→裝卸臂→碼頭至儲(chǔ)罐卸船管線→儲(chǔ)罐。

2）原油管道外輸流程

儲(chǔ)罐→給油泵→外輸泵→管道外輸。

3）原油公路裝車(chē)流程

儲(chǔ)罐→公路裝車(chē)泵→至公路作業(yè)區(qū)管線→裝車(chē)鶴管→公路槽車(chē)。

4）倒罐流程

儲(chǔ)罐→倒罐泵→同一油品另一個(gè)儲(chǔ)罐。

5）裝卸臂排空流程

裝卸臂內(nèi)存油→泄空泵→至后方卸船管線，或利用氮?dú)獯祾哐b卸臂存油進(jìn)入船艙。

6）裝車(chē)鶴管排空流程

利用氮?dú)獯祾啁Q管存油進(jìn)入槽車(chē)。

7）罐底油和管道排空流程

罐底油→抽殘泵→另一個(gè)儲(chǔ)罐；

管道殘油→抽殘泵→儲(chǔ)罐。

8）管道發(fā)球流程

管道發(fā)球筒→下游管道。

1.2 控制系統(tǒng)及安全保護(hù)措施

本工程原油工藝系統(tǒng)的公路裝車(chē)泵機(jī)組、抽罐底油泵機(jī)組、倒罐泵機(jī)組及電動(dòng)閥可在庫(kù)區(qū)中央控制室遠(yuǎn)程操作，也可就地操作和手動(dòng)操作；儲(chǔ)罐的液位、溫度信號(hào)、電動(dòng)閥狀態(tài)檢測(cè)和遠(yuǎn)程控制信號(hào)均進(jìn)入中央控制室控制系統(tǒng)主機(jī)；儲(chǔ)罐具有高、低液位報(bào)警及高、低油溫報(bào)警；輸油泵的出口壓力具有超高報(bào)警；裝車(chē)鶴管具有高液位和溢油報(bào)警；裝卸臂具有超限報(bào)警；報(bào)警與閥門(mén)、機(jī)泵具有關(guān)聯(lián)連鎖控制；緊急切斷閥事故時(shí)緊急切斷；卸船管道超高報(bào)警及時(shí)通知船方停泵。原油碼頭、庫(kù)區(qū)、外輸設(shè)施系統(tǒng)工藝儀表檢測(cè)參數(shù)見(jiàn)表1所示。

表1 原油系統(tǒng)工藝自控儀表檢測(cè)參數(shù)

為確保罐區(qū)和重要工藝設(shè)備及生產(chǎn)人員的安全，本工程在中央控制室設(shè)置一套高可靠性的安全儀表系統(tǒng)，實(shí)施裝置和重要設(shè)備的緊急停車(chē)和安全聯(lián)鎖保護(hù)。安全儀表系統(tǒng)獨(dú)立于過(guò)程控制系統(tǒng)，獨(dú)立完成安全保護(hù)功能。安全儀表系統(tǒng)包括傳感器、邏輯單元和最終執(zhí)行元件；當(dāng)過(guò)程達(dá)到預(yù)定條件時(shí)，安全儀表系統(tǒng)動(dòng)作，將過(guò)程切入安全狀態(tài)，并在系統(tǒng)操作站上進(jìn)行報(bào)警。

為保證庫(kù)區(qū)控制室操作人員能全面、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地掌握庫(kù)區(qū)、辦公樓、變電所、輸油泵房、汽車(chē)裝車(chē)區(qū)、工藝管線等區(qū)域的作業(yè)情況，本工程設(shè)置一套工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)，配置67臺(tái)攝像機(jī)監(jiān)視上述區(qū)域的作業(yè)情況，其中40臺(tái)為一體化防爆攝像機(jī)。工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)的控制操作、監(jiān)視設(shè)備等設(shè)置在庫(kù)區(qū)控制室。油碼頭工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)共設(shè)6套工業(yè)電視前端監(jiān)控設(shè)備，分別在碼頭消防炮塔、碼頭控制室屋頂及管廊沿線設(shè)置一體化防爆攝像機(jī)，工業(yè)電視前端的監(jiān)控信號(hào)傳送到碼頭控制室的視頻監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)等后端設(shè)備。

1.3 主要工藝設(shè)備及相關(guān)參數(shù)

1）輸油泵

本工程給油泵和外輸泵采用離心泵，給油泵為并聯(lián)設(shè)置，二用一備；外輸泵為串聯(lián)設(shè)置，二用一備。抽底油泵和裝車(chē)泵為雙螺桿泵。

2）原油儲(chǔ)罐

原油儲(chǔ)罐區(qū)分為2個(gè)罐組，罐組一為6個(gè)5萬(wàn)m3，罐組二為8座3萬(wàn)m3儲(chǔ)罐。儲(chǔ)罐均為雙盤(pán)式外浮頂鋼制儲(chǔ)罐。

3）裝卸臂

本工程裝卸設(shè)施為4臺(tái)DN400電液驅(qū)動(dòng)裝卸臂，配置絕緣法蘭、快速連接器、超限報(bào)警和緊急脫離裝置。

4）調(diào)壓系統(tǒng)

庫(kù)區(qū)設(shè)置出站調(diào)壓閥，調(diào)節(jié)管道出站壓力。

1.4 消防系統(tǒng)

陸域消防可依托西側(cè)規(guī)劃擬建的消防站，距離本工程比較近，消防車(chē)可以在5 min內(nèi)到達(dá)。

碼頭及儲(chǔ)罐消防采用的滅火介質(zhì)為水成膜泡沫液，輔建區(qū)消防采用的滅火介質(zhì)為淡水。碼頭采用固定式泡沫滅火及固定式水冷卻方式；罐區(qū)采用固定式泡沫滅火及固定式水冷卻方式；輔建區(qū)主要消防設(shè)施為室內(nèi)外消火栓。

庫(kù)區(qū)設(shè)置消防泵房1座，庫(kù)區(qū)消防控制室設(shè)于消防泵房，消防控制系統(tǒng)用于罐區(qū)消防工藝系統(tǒng)設(shè)備的控制。

碼頭消防系統(tǒng)利用設(shè)于罐區(qū)的消防泵房實(shí)現(xiàn)對(duì)碼頭作業(yè)區(qū)域的消防。碼頭設(shè)消防水炮和泡沫炮，由設(shè)于碼頭控制室的消防炮及消防電動(dòng)閥門(mén)操作臺(tái)完成對(duì)碼頭消防炮和消防炮電動(dòng)閥門(mén)的控制。

為滿足消防要求，輔助船舶作業(yè)時(shí)應(yīng)有不少于1條消拖船進(jìn)行監(jiān)護(hù)。為撲救初期火災(zāi)，應(yīng)在具有火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)的場(chǎng)所設(shè)置移動(dòng)式滅火器材。

1.5 電氣系統(tǒng)

鑒于首站和油泵房供電負(fù)荷為一級(jí)負(fù)荷，本工程進(jìn)線采用雙回路一級(jí)供電，兩路電源分別引自新建110 kV變電站。本工程設(shè)置UPS電源，滿足控制系統(tǒng)、安全儀表系統(tǒng)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)等供電需求。

2 SIL定級(jí)目的及范圍

2.1 SIL定級(jí)的目的

SIL（Safety Instrument Function，SIF）定級(jí)的主要目的是分析每個(gè)儀表安全功能達(dá)到必要的風(fēng)險(xiǎn)降低所需要的安全完整性等級(jí)。通過(guò)應(yīng)用可靠的SIS系統(tǒng)及SIF回路來(lái)降低危害事件發(fā)生的概率或后果，合理降低庫(kù)區(qū)的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。[1]

本次SIL定級(jí)評(píng)估會(huì)議由項(xiàng)目公司管理人員、建設(shè)方管理人員、運(yùn)行方管理人員、安全咨詢團(tuán)隊(duì)、設(shè)計(jì)單位相關(guān)專(zhuān)業(yè)人員等參加。

會(huì)議首先由SIL定級(jí)主席介紹SIL定級(jí)方法，對(duì)本次SIL定級(jí)采用的LOPA分析方法進(jìn)行了介紹，然后由儀表專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員對(duì)工藝及儀表控制流程圖、因果圖進(jìn)行了介紹。此后，與會(huì)專(zhuān)家及代表針對(duì)典型SIF回路進(jìn)行了SIL定級(jí)。

2.2 SIL定級(jí)的范圍

本工程SIL定級(jí)報(bào)告主要研究范圍包括原油碼頭、庫(kù)區(qū)、外輸設(shè)施，主要包括以下6個(gè)SIF回路：

1）給油泵入口壓力超低保護(hù)功能；

2）給油泵出口壓力超高保護(hù)功能；

3）外輸泵入口匯管壓力超低保護(hù)功能；

4）外輸泵出口壓力超高保護(hù)功能；

5）儲(chǔ)儲(chǔ)罐液位超低保護(hù)功能；

6）儲(chǔ)儲(chǔ)罐液位超高保護(hù)功能。

3 SIL定級(jí)方法及流程

3.1 LOPA分析方法

LOPA作為一種形式簡(jiǎn)便的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工具，根據(jù)起始事件概率，后果嚴(yán)重性等級(jí)和獨(dú)立保護(hù)層失效概率來(lái)評(píng)估某一事故場(chǎng)景的風(fēng)險(xiǎn)，如圖1。

圖1 LOPA概念示意

圖2 SIL分析中LOPA與HAZOP的關(guān)系

LOPA小組根據(jù)HAZOP的結(jié)果，找出初始事件，按照時(shí)間順序發(fā)揮作用的各個(gè)獨(dú)立保護(hù)層以及后果，包括觸發(fā)事件或條件、以及后果條件修正。[2]

3.2 SIL定級(jí)工作流程

SIL定級(jí)工作第一步基于HAZOP分析成果，包括HAZOP工作識(shí)別出的潛在風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)以及用于防止或減輕危險(xiǎn)項(xiàng)的功能要求。

隨后SIL定級(jí)會(huì)對(duì)安全儀表功能所要達(dá)到的失效概率進(jìn)行評(píng)估。評(píng)估中要求的失效概率越低或要求的風(fēng)險(xiǎn)減低程度越大，則安全完整性等級(jí)越高。SIL定級(jí)會(huì)議流程見(jiàn)圖3。

圖3 SIL定級(jí)會(huì)議流程

1）準(zhǔn)備階段

進(jìn)行SIL定級(jí)策劃；組建SIL定級(jí)小組，確定參會(huì)人員；各相關(guān)專(zhuān)業(yè)準(zhǔn)備資料，SIL定級(jí)常用的資料有：工藝流程圖、工藝及儀表控制流程圖、因果圖、操作原理、HAZOP報(bào)告、其它資料（根據(jù)需要）。

2）召開(kāi)會(huì)議

由SIL定級(jí)主席主持會(huì)議，介紹SIL定級(jí)方法；研究小組對(duì)采用的評(píng)估方法進(jìn)行討論并達(dá)成一致意見(jiàn)；評(píng)估小組識(shí)別系統(tǒng)的儀表安全功能；選定儀表安全功能，工藝專(zhuān)業(yè)負(fù)責(zé)人介紹儀表安全功能的設(shè)計(jì)意圖；針對(duì)特定的儀表安全功能，評(píng)估小組進(jìn)行危險(xiǎn)分析，確定危險(xiǎn)事件、危險(xiǎn)事件導(dǎo)致的后果、危險(xiǎn)事件發(fā)生的可能性等風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)以及已有的安全保護(hù)措施；應(yīng)用評(píng)估方法，確定降低風(fēng)險(xiǎn)所需要儀表安全功能的安全完整性等級(jí)；對(duì)各個(gè)儀表安全功能分別進(jìn)行研究，直到所有儀表安全功能都被全面評(píng)估后，會(huì)議完成；記錄員根據(jù)分析討論過(guò)程提煉出結(jié)果，對(duì)所有重要意見(jiàn)進(jìn)行記錄，并將記錄內(nèi)容及時(shí)與分析組人員溝通，以免遺漏和理解偏差。

3）編制報(bào)告

記錄員根據(jù)討論意見(jiàn)，整理SIL定級(jí)報(bào)告。

3.3 分析原則

本次SIL分析工作遵循以下規(guī)則：

1）獨(dú)立保護(hù)層（IPL）失效不作為起始事件。

2）獨(dú)立保護(hù)層是指能夠阻止場(chǎng)景向不期望后果發(fā)展，并且獨(dú)立于場(chǎng)景的初始事件或其它保護(hù)層設(shè)備、系統(tǒng)或行動(dòng)。

3）比如A和B，當(dāng)且僅當(dāng)A的失效頻率不受B的改變而改變，則A獨(dú)立于B。

4）如果A和B同時(shí)失效的概率P(A and B)=P(A)×P(B)，則A不獨(dú)立于B。

5）壓力安全閥只能認(rèn)為保護(hù)完全有效或完全無(wú)效，不考慮部分有效的情況。

3.4 分析假設(shè)

SIL分析假設(shè)條件如表2～表6。

表2 起始事件（IE) 典型頻率值

表3 被動(dòng)獨(dú)立保護(hù)層的失效率

表4 人員安全分析修正系數(shù)

表5 主動(dòng)保護(hù)層的平均失效概率

表6 SIL等級(jí)劃分

3.5 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)矩陣

本次HAZOP分析借助風(fēng)險(xiǎn)矩陣，利用事故的后果嚴(yán)重級(jí)和事故性可能性在風(fēng)險(xiǎn)矩陣中判定事故的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，對(duì)各項(xiàng)事故后果的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行排序，給出各項(xiàng)安全措施執(zhí)行的優(yōu)先順序。[3]

風(fēng)險(xiǎn)是事故后果嚴(yán)重程度與發(fā)生頻率的結(jié)合。事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估不僅考慮被動(dòng)安全防護(hù)的潛在風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)考慮被動(dòng)安全防護(hù)和保護(hù)措施的剩余風(fēng)險(xiǎn)。

3.6 參考圖紙及文獻(xiàn)資料

評(píng)估主要依據(jù)的圖紙和文獻(xiàn)資料見(jiàn)表7。

表7 SIL定級(jí)資料

4 SIL定級(jí)結(jié)果

通過(guò)SIL定級(jí)會(huì)議，對(duì)辨識(shí)出的6個(gè)SIF回路的風(fēng)險(xiǎn)狀況等進(jìn)行了逐項(xiàng)分析和討論記錄。SIS系統(tǒng)各安全功能回路需求SIL等級(jí)確定清單見(jiàn)表8。

表8 各安全功能回路需求SIL等級(jí)

5 結(jié) 語(yǔ)

本次油庫(kù)及碼頭工程SIL定級(jí)工作，首先是由設(shè)計(jì)方結(jié)合圖紙介紹了油庫(kù)及碼頭工藝流程、管線、應(yīng)急關(guān)斷措施等，隨后SIL定級(jí)會(huì)議主持人使用引導(dǎo)詞進(jìn)行HAZOP分析，從高/低壓力、高/低溫、高/低液位等方面分析產(chǎn)生的原因、后果、已有的保護(hù)措施與建議措施，與會(huì)人員以頭腦風(fēng)暴的方法發(fā)現(xiàn)與設(shè)計(jì)發(fā)生的偏差、分析偏差的原因，確定是否會(huì)發(fā)生不可接受的后果。根據(jù)HAZOP分析結(jié)果，采用SIL定級(jí)分析保護(hù)層法（LOPA）從人員傷害、環(huán)境危害、財(cái)產(chǎn)損失后果及可能性進(jìn)行詳細(xì)的定量分析。

通過(guò)HAZOP分析和SIL定級(jí)，在設(shè)計(jì)階段合理配置安全儀表系統(tǒng)，提高安全儀表系統(tǒng)的可靠性和可用性，保證安全聯(lián)鎖高可靠性的同時(shí)，保障油庫(kù)投運(yùn)后的安全、可靠、長(zhǎng)周期運(yùn)行。