王利勇，李興建，夏克勤，沈康文，李青澤

(武漢科林化工集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430223)

HAZOP/LOPA(SIL定級)分析目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種化工裝置。HAZOP作為一種形式結(jié)構(gòu)化的方法，可全面、系統(tǒng)的對裝置中每一個(gè)元件進(jìn)行分析，找出其中重要的參數(shù)偏離了指定的設(shè)計(jì)條件所導(dǎo)致的危險(xiǎn)和可操作性問題，并提出切實(shí)可操作性的意見。LOPA主要分析工藝系統(tǒng)是否需要SIF安全回路作為保護(hù)層，如果需要，則提出相應(yīng)SIF回路的SIL等級要求。

近年來各地石油化工行業(yè)時(shí)常有事故發(fā)生，因此各地政府均紛紛出臺了更為嚴(yán)厲的安全管理制度及政策，例如江蘇省應(yīng)急管理廳即出臺文件《省應(yīng)急管理廳關(guān)于印發(fā)<本質(zhì)安全診斷治理基本要求>的通知》(蘇應(yīng)急〔2019〕53號)中就明確要求：在2020年9月底前，經(jīng)診斷治理核查未達(dá)到《基本要求》的企業(yè)應(yīng)停止生產(chǎn)或停止相關(guān)生產(chǎn)裝置、設(shè)備設(shè)施使用，2020年12月底前，經(jīng)診斷治理核查仍然未達(dá)到《基本要求》的企業(yè)應(yīng)關(guān)閉退出。涉及到兩重點(diǎn)一重大的項(xiàng)目或裝置均需進(jìn)行HAZOP分析，包括設(shè)計(jì)階段和在役裝置。

管式加熱爐是煉油廠和石油化工廠的重要設(shè)備之一，被加熱物質(zhì)在管內(nèi)流動介質(zhì)為氣體或液體，并且都是易燃易爆的物質(zhì)，操作條件苛刻，同時(shí)長周期運(yùn)轉(zhuǎn)不間斷操作，加熱方式直接受火，一旦控制不當(dāng)，極易發(fā)生火災(zāi)、爆炸事故。

本次主要以廢潤滑油加氫裝置中加氫加熱爐為分析目標(biāo)，介紹HAZOP及LOPA分析在廢潤滑油加氫加熱爐中的應(yīng)用。

1 某廢潤滑油加氫裝置加熱爐單元簡介

某廠廢潤滑油加氫裝置是以廢潤滑油為原料，經(jīng)過預(yù)處理脫瀝青脫輕之后，分餾出潤滑油基礎(chǔ)油餾分，然后再去加氫精制，提升潤滑油基礎(chǔ)油品質(zhì)。

圖1 燃?xì)饧訜釥t工藝流程圖

經(jīng)預(yù)處理之后的潤滑油基礎(chǔ)油經(jīng)原料泵增壓后與氫氣混合，經(jīng)過換熱器換熱升溫至300℃左右，然后進(jìn)入加熱爐F-401加熱至320℃后去往加氫反應(yīng)器。加熱爐F-401燃料來自燃料氣管網(wǎng)，主要為瓦斯氣并有少量裝置排放的輕烴。加熱爐出口物料溫度(TIC40605)與加熱爐燃料氣流量(FIC40601)串接控制來控制加熱爐出口物料溫度。燃料氣進(jìn)燃燒器前設(shè)置有同時(shí)加熱爐出口爐管設(shè)置溫度監(jiān)控TIAS40606A/B/C 三取二(2OO3),當(dāng)出現(xiàn)超溫情況時(shí)，將會聯(lián)鎖關(guān)閉燃料氣主線、副線上開關(guān)閥XV40601(XV40604)、XV40603(XV40606),使加熱爐熄火，同時(shí)打開進(jìn)氣線放空線上的開關(guān)閥XV40602(XV40605) ，以排空管線上殘留的瓦斯氣，避免其帶來安全隱患。加熱爐煙道風(fēng)門擋板與爐膛壓力聯(lián)鎖，控制爐膛內(nèi)壓力。加熱爐工藝流程見圖1。

2 HAZOP及LOPA分析

2.1 節(jié)點(diǎn)劃分

由于加熱爐僅作為廢潤滑油加氫裝置其中一個(gè)加熱單元，因此本次分析將加熱爐作為一個(gè)整體進(jìn)行分析，包括廢潤滑油進(jìn)、出料線，燃料氣線及爐體本身。

2.2 引導(dǎo)詞及偏差

通常在進(jìn)行HAZOP分析前會由HAZOP分析小組主席提前告知分析中所用的引導(dǎo)詞及偏差。這是因?yàn)楫?dāng)裝置工藝流程的主要狀態(tài)參數(shù)(如溫度、壓力、流量等)一旦與設(shè)計(jì)規(guī)定的基準(zhǔn)狀態(tài)發(fā)生偏離，就有可能發(fā)生問題或出現(xiàn)危險(xiǎn)，即出現(xiàn)偏差。這種偏離的狀態(tài)參數(shù)通常與引導(dǎo)詞“無、過小、過大、過高、過低”等組合在一起，例如“溫度過低”、“壓力過高”、“流量無”等等，且一般對一種狀態(tài)參數(shù)的兩種極端狀態(tài)都要同時(shí)進(jìn)行分析，例如分析某一狀態(tài)偏差“溫度過低”，對應(yīng)的另一種 狀態(tài)偏差“溫度過高”也需要進(jìn)行分析。從表1中可看出本次加熱爐HAZOP分析常用的引導(dǎo)詞和偏差。

為了幫助定性HAZOP分析中對每個(gè)偏差所導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)程度，并由此確定分析結(jié)論中每項(xiàng)建議措施的優(yōu)先級別。我們根據(jù)項(xiàng)目裝置情況定義了一套風(fēng)險(xiǎn)矩陣，用以辨別后果的嚴(yán)重性。

表1 HAZOP風(fēng)險(xiǎn)矩陣

2.3 HAZOP分析

表2 加熱爐HAZOP分析記錄結(jié)果

通常一個(gè)項(xiàng)目HAZOP分析是經(jīng)與各專業(yè)工程師討論分析，所有的分析結(jié)果由業(yè)主單位、設(shè)計(jì)院、設(shè)備供應(yīng)商等幾方共同討論并確認(rèn)。HAZOP會議結(jié)束后，業(yè)主與設(shè)計(jì)單位需對建議措施進(jìn)行了回復(fù)并需要進(jìn)行持續(xù)的跟蹤并落實(shí)，加熱爐HAZOP分析記錄結(jié)果見2。

2.4 LOPA(SIL定級)分析

本加熱爐安全儀表系統(tǒng)評估SIL定級分析是基于加熱爐的HAZOP 分析基礎(chǔ)上，采用保護(hù)層分析方法(LOPA)(符合IEC61511-3 2016附錄F)對裝置各個(gè)重要回路逐一討論，并確定每個(gè)回路安全儀表功能的完整性等級。

IEC61508將安全完整性等級(SIL)劃分為4個(gè)等級，即SIL1～SIL4,安全相關(guān)系統(tǒng)的SIL級別是通過風(fēng)險(xiǎn)分析得來，SIL級別越高，要求其危險(xiǎn)失效概率越低，即安全等級越高。

本次加熱爐采用的SIL等級表見表3。

表3 SIL等級表

由于篇幅限制，本次僅列出一個(gè)場景進(jìn)行分析。

選取場景為：反應(yīng)進(jìn)料加熱爐主燃料氣管線壓力低造成加熱爐熄火，爐內(nèi)燃料氣積聚導(dǎo)致遇明火爆炸。

初始事件：PCV40601開度過小或誤關(guān)

主燃料氣管線上的SIF回路為：反應(yīng)進(jìn)料加熱爐主燃料氣管線壓力低低聯(lián)鎖PALL40605A/B/C(2oo3)，觸發(fā)機(jī)構(gòu)為PT40605A/B/C，執(zhí)行機(jī)構(gòu)為XV40604，XV40605，XV40606，該SIF回路動作為反應(yīng)進(jìn)料加熱爐主燃料氣管線壓力低低PALL40605A/B/C(2oo3)聯(lián)鎖關(guān)閉XV40604，XV40606，開XV40605。

場景中人員暴露概率按操作人員巡檢每2小時(shí)1次，每次單體設(shè)備停留5min，機(jī)電儀人員每班巡檢一次，每次停留5min計(jì)算為0.073，經(jīng)過分析對比，該事件可以作為IPL(獨(dú)立保護(hù)層)的為：反應(yīng)進(jìn)料加熱爐設(shè)有火檢報(bào)警BAL40601A/B/C/D。

該事件LOPA分析記錄表見表4。

表4 LOPA分析記錄表

從表中可以看出，該SIF的SIL定級為SIL1。

該加熱爐的SIL定級分析清單見表5。

3 結(jié)束語

HAZOP及LOPA分析由一組多專業(yè)背景的人員，以會議的形式，將廢潤滑油加氫裝置加氫進(jìn)料加熱爐單元作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)，通過構(gòu)建偏差對加熱爐工藝過程中危險(xiǎn)和可操作性的問題進(jìn)行分析研究，再通過SIL分析定級驗(yàn)證安全儀表系統(tǒng)安全性。通過一次系統(tǒng)的評估，可以找出加熱爐工藝潛在的設(shè)計(jì)失誤或風(fēng)險(xiǎn)，辨別其對整個(gè)裝置運(yùn)行的影響，從而達(dá)到在加熱爐事故發(fā)生初始階段就可以進(jìn)行有效的干預(yù)和控制的目的。