化工在役裝置HAZOP分析與SIL定級的應(yīng)用研究

周朋燕

(山西國控環(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)安全形勢日益嚴峻，因此國家也越來越重視石化行業(yè)的安全分析工作。危險與可操作性(HAZOP)分析方法是一種用于辨識工藝設(shè)計缺陷、工藝過程危險及操作性問題的定性分析方法[1]。在HAZOP分析的基礎(chǔ)上，引入保護層分析(LOPA)技術(shù)，可以解決HAZOP分析中存在的安全保護措施引起的風(fēng)險降低和殘余風(fēng)險不能定量化等不足。SIL分析是對LOPA分析結(jié)果的驗證，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，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分析被認為是在危險識別方面最有效的安全評價方法，它以引導(dǎo)詞來尋找偏差，找出裝置及過程中存在的危險、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)計圖紙及相關(guān)技術(shù)資料等對各裝置的危險性和可操作性進行詳細的審核，通過系統(tǒng)性地分析過程危險源的方法，識別可能存在的偏差，以及由此導(dǎo)致的危險和操作性問題及其后果，同時，識別現(xiàn)有防護措施，必要時提出補充建議措施，以進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，解釋節(jié)點設(shè)計意圖，確定有意義的偏差，辨識導(dǎo)致偏差的所有可信原因(原則局限在本節(jié)點內(nèi))，分析偏差可能導(dǎo)致的所有后果，列出現(xiàn)有保護措施，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頁表1)

2 SIL定級

2.1 SIL定級概述

為加強化工安全儀表系統(tǒng)管理，防止和減少危險化學(xué)品事故發(fā)生，提高化工在役裝置本質(zhì)安全性，對安全聯(lián)鎖回路安全完整性等級(SIL)進行分析定級。安全儀表系統(tǒng)獨立于過程控制系統(tǒng)，生產(chǎn)正常時處于休眠或靜止?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，能夠瞬間準(zhǔn)確動作，使生產(chǎn)過程安全停止運行或自動導(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)范的維護管理，如果安全儀表系統(tǒng)失效，往往會導(dǎo)致嚴重的安全事故，根據(jù)安全儀表功能失效產(chǎn)生的后果和風(fēng)險，將安全儀表功能劃分為不同的完整性等級(1級～4級，最高為4級)。安全完整性等級(SIL)定級是根據(jù)HAZOP分析結(jié)果，利用保護層分析法(LOPA)對每個安全儀表功能回路進行分析，得出需要的SIL級別。

2.2 SIL定級的目的

保護層分析(LOPA)是一種簡單的半定量的風(fēng)險評價方法，它主要是確定比較危險的事故情景，通過確定事件發(fā)生概率、后果嚴重程度和獨立保護層(IPL)失效概率，來估算事故情景的風(fēng)險。SIL定級的目的是對每個安全儀表回路進行以下分析：

表1 甲醇罐區(qū)HAZOP分析結(jié)果表

1) 需求的原因和頻率；

2) 所有保護層均失效的情況下后果的嚴重性；

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

2.3 SIL定級方法

將計算出的事故場景風(fēng)險與可接受風(fēng)險標(biāo)準(zhǔn)進行對比，以決定風(fēng)險是否在容許的范圍內(nèi)。

如果計算風(fēng)險低于風(fēng)險可接受標(biāo)準(zhǔn)，則事故場景已有足夠的保護層，不需再增加任何保護層。

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

(1)

風(fēng)險降低因數(shù)RRF由式(2)計算。

(2)

式中：PFDSIF為SIF功能需求時的失效概率；RRFSIF為SIF功能的風(fēng)險降低因數(shù)；TMF為削減后的風(fēng)險頻率；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。

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間內(nèi)的失效頻率PFH來計算，依據(jù)風(fēng)險分析計算出SIF的PFH后，依據(jù)表3確定SIL等級。

表3 連續(xù)模式下PFH與SIL關(guān)系表

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

2.4 甲醇罐區(qū)SIL定級結(jié)果(見表4)

表4 甲醇罐區(qū)SIL定級結(jié)果表

3 結(jié)論

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

2) HAZOP報告作為LOPA的輸入，在HAZOP報告中的危害場景、可能性和嚴重程度可作為LOPA的指導(dǎo)，對于某一危害程度較大的場景，如果HAZOP報告中沒有提及，LOPA分析對此進行合適的評估。

3) 保護層分析(LOPA)是一種簡化的風(fēng)險評估工具，它通過對初始事件頻率、后果嚴重程度、獨立保護層失效的可能性的分類來近似表征一個特定場景的風(fēng)險，可用于安全儀表功能的SIL定級。

4) 進行LOPA分析的目的主要是為了確認對于事故后果非常嚴重的風(fēng)險，現(xiàn)有保護層是否足夠，是否有必要增加額外的SIS保護，以確定增加的SIS系統(tǒng)的風(fēng)險降低目標(biāo)是多少，為增加的SIS系統(tǒng)設(shè)計提供依據(jù)。