陳正南(江蘇省安全生產(chǎn)科學研究院，江蘇 南京 210042)

0 引言

市場上化工企業(yè)對于安全控制系統(tǒng)的推廣應用促使人們加強了對安全控制系統(tǒng)中一系列關鍵環(huán)節(jié)質量性能的重視。目前我國化工企業(yè)普遍存在對于安全儀表系統(tǒng)的安裝、設計、維護等不同階段的質量風險控制欠缺、冗余不合理、選擇不恰當?shù)痊F(xiàn)象。近年來，我國政府部門頒發(fā)了安全儀表系統(tǒng)管理規(guī)章制度，對安全儀表系統(tǒng)的風險控制措施及HAZOP安全儀表系統(tǒng)的技術指標進行了相關明確，以便在化工生產(chǎn)中有效降低風險事故。

1 安全儀表系統(tǒng)SIL等級、保護層內容分析

1.1 安全儀表系統(tǒng)SIL等級

相對于分散控制為核心的過程控制系統(tǒng)，安全儀表系統(tǒng)具備較為明顯的差異性，在一般情況下，安全儀表系統(tǒng)往往處于休眠或者靜止情形，只有在化工生產(chǎn)設備及關聯(lián)設施出現(xiàn)運行故障時，安全儀表系統(tǒng)才會在瞬間做出精準反應，并且及時停止運行中的生產(chǎn)過程或者將運行設備導入安全控制狀態(tài)。安全儀表的功能可以劃分為四個安全完整性等級(從低到高分別是SIL4、SIL3、SIL2、SIL1)，且主要是以安全儀表系統(tǒng)在喪失其質量性能的情況下出現(xiàn)的安全風險事故為依據(jù)，在儀表回路的設計安裝調試等不同階段，不同的安全完整性等級也有著不同的技術標準要求。

1.2 保護層技術

保護層關聯(lián)內容在化工生產(chǎn)階段類型較多，除了常見的BPCS和本質安全設計之外，還需要考慮化工設備安全閥等物理性保護和報警干預等，保護層的設置和安全風險事故的規(guī)避密切相關，保護層分析過程中主要采取定性危害識別，繼而進行保護層是否有效的精確性判斷，為后續(xù)的風險控制提供重要基礎。LOPA分析技術是常見的半定量化風險評估技術，該技術的實施主要在假定場景事故當中對不同類型的保護措施可能性故障進行賦值，并且采取數(shù)理方式進行計算，對其中可降低安全風險的控制措施進行準確掌握，防止出現(xiàn)保護過當或者保護欠缺等狀況[1]。

2 保護層技術在化工儀表安全度等級評定中的應用

2.1 案例介紹

文章結合實際案例進行化工安全度等級評定中LOPA技術的應用，在采取HAZOP進行某化工企業(yè)硅烷生產(chǎn)裝置儲罐工藝流程分析中的結果如表1、2所示。首先對其中合格硅烷出料容量進行統(tǒng)計，F(xiàn)V176001閥門產(chǎn)生故障時誘發(fā)的下游蒸發(fā)器液位超過限制標準，造成的氣相管線出現(xiàn)破壞，且蒸發(fā)器液位超過標準時出發(fā)高液位報警提示，此時，技術人員需要結合警示信息進行關閥操作，在氣相管線相應位置處進行泄壓閥并排火炬的設置。在HAZOP分析的基礎上，采取LOPA分析技術，本文將FV176001閥門故障事件設定為初始事件，其失效頻率和發(fā)生頻率為10-1，獨立保護層則設定為技術人員響應和報警提示，后果發(fā)生頻率經(jīng)條件修正設定為2.5×10-3，經(jīng)過分析可以得知故障產(chǎn)生的危險事故除了液位超過限制引起氣相管線出現(xiàn)液擊損害外，還包括硅烷泄漏引發(fā)的爆炸火災。經(jīng)過LOPA技術應用計算，點火概率危1，現(xiàn)場人員致死概率危0.5，IPL可以包括以下兩個內容，即PFD2.5×10-5的安全泄放措施和安全儀表功能的增加，在經(jīng)過安全泄放措施后殘留的風險頻率為2.5×10-5，該頻率也超過了10-5，在不可接受風險程度范圍中，而增加安全儀表功能后的失效概率則小于0.4，為此，增加安全儀表功能為SIL1[1]。LOPA具體應用流程示意圖如圖1所示。

表1 HAZOP分析結論

表2 LOPA分析結論

圖1 具體應用流程示意圖

2.2 注意事項

獨立保護層有效性的確立在LOPA技術應用中是極其重要的，該案例的調節(jié)閥故障為初始事件，SIS保護設置在下游蒸發(fā)器中為液位高高聯(lián)鎖管開關閥HV176004，蒸發(fā)器進料管道中則需要設置開關閥、調節(jié)閥，這種情況下的SIS保護體現(xiàn)出獨立保護層特性，當設置下游蒸發(fā)器液位高高聯(lián)鎖關閉調節(jié)閥，考慮到該連鎖不獨立與初始事件，就不能夠形成獨立保護層。除此之外，合理的賦值、數(shù)學計算方式才能夠獲取良好的LOPA技術分析結果，初始事件發(fā)生頻率和基礎數(shù)據(jù)及風險標準的選取階段，需要保證不同類型場景數(shù)據(jù)標準的一致性，數(shù)據(jù)來源可靠性也需要引起技術人員重視，儀表安全度等級評定階段，在風險評估矩陣的分析或者IE頻率值的確定時需要明確數(shù)據(jù)確定原則，一般在基礎數(shù)據(jù)的分析確定時，需要采取一定區(qū)間范圍中間值來確保結果的可靠性[2]。

3 LOPA技術分析中遇見的問題

基于風險標準和場景計算風險的對比進行LOPA的分析中需要重視失效數(shù)據(jù)，失效數(shù)據(jù)是開展SIL、LOPA分析的重要支撐，我國對于失效數(shù)據(jù)的采集分析并沒有相關標準化系統(tǒng)，且工業(yè)化失效數(shù)據(jù)庫也沒有及時得以建立，對于失效數(shù)據(jù)的計算分析等應用手段也不完善，LOPA失效數(shù)據(jù)的來源主要分為以下幾個方面，首先是工業(yè)失效數(shù)據(jù)庫和既有研究文獻，如OREDA數(shù)據(jù)庫；其次是安全設備可靠性研究手冊和國外發(fā)達機構頒布的相關數(shù)據(jù)手冊、檢測技術、數(shù)據(jù)表、數(shù)據(jù)目錄等，值得重視的是，這些關聯(lián)數(shù)據(jù)庫針對的往往是國外的安全產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息，在具體應用中，需要重視技術工藝、標準水平的修正；另外，則是化工設備供應商提供的相關數(shù)據(jù)信息、第三方認證證書、產(chǎn)品測試報告等，性能測試試驗的開展具備一定的標準條件，對于實際情況下的失效率則不能夠完全反應，往往需要工業(yè)數(shù)據(jù)庫、FMEDA數(shù)據(jù)等進行組合分析來獲取高質量的數(shù)據(jù)信息；再者則是現(xiàn)場失效數(shù)據(jù)的采集，該數(shù)據(jù)主要和現(xiàn)場記錄的完整性、樣品數(shù)量等密切相關[3]。

風險決策作為保護層數(shù)量、類型及SIL等級確定的依據(jù)，實際中對風險可接受程度的精準化確定是極難實現(xiàn)的，技術人員主要采取風險矩陣方式進行風險決策，m×n階風險矩陣主要由后果嚴重程度S、風險事件發(fā)生可能性L構成，風險等級確定為行列交叉點數(shù)，風險矩陣的應用需要明確后果風險的嚴重程度劃分規(guī)則，風險等級確定規(guī)則、事故發(fā)生可能性規(guī)則等，上述三項分析規(guī)則的確定主要以技術人員的主觀判斷為主，為此，人為的主觀隨意性及容易造成風險控制措施的欠缺或者過度[3]。

4 LOPA技術相關優(yōu)化控制措施分析

在LOPA的實際應用里，技術人員不僅要遵循規(guī)范基礎數(shù)據(jù)范圍，同時還要結合到化工企業(yè)的實際情況，這樣才可以確保LOPA分析的規(guī)范性以及有效性。在使用LOPA對化學安全儀表系統(tǒng)進行SIL分級的時候，技術人員一定要需要注意到獨立保護層的有效性、定量數(shù)據(jù)的合理選擇和危險性分析的準確性。在LOPA分析的過程里面，我們要合理設置獨立的保護層，這樣可以有效防止場景發(fā)展成一個意外的結果，保證初始事件獨立于其他場景、設備和操作。技術人員采取的風險應對措施與初始事件的失敗無關，可作為獨立的保護層。對于按SIL分類的化學安全儀表系統(tǒng)，名稱的應用是基于定性風險分析的結果，會導致名稱問題分析影響風險概率數(shù)據(jù)計算的準確性，導致技術人員返工，對SIL水平產(chǎn)生負面影響。所以，技術人員需要確保危害分析的準確性，這樣才可以提高到SIL分類的合理性以及準確性[4]。

5 結語

總而言之，安全儀表系統(tǒng)的建立對于化工企業(yè)的生產(chǎn)安全化具有至關重要的作用，為此，安全儀表系統(tǒng)設計階段，技術人員需要對安全等級進行有效明確，對安全儀表系統(tǒng)進行驗證，控制安全事故的發(fā)生，技術人員需要充分發(fā)揮LOPA技術作用，降低安全生產(chǎn)風險，最終促進整個化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。