Bow-tie模型分析在乙烯球罐區(qū)的應(yīng)用實(shí)踐

桑 磊,朱 磊

(中國石化燕山石化公司，北京 102500)

0 前言

1979年，Bow-tie模型首次出現(xiàn)在澳大利亞昆士蘭大學(xué)關(guān)于帝國化學(xué)工業(yè)公司危害分析的課程上，隨后殼牌公司將其應(yīng)用于阿爾法鉆井平臺爆炸災(zāi)難分析中，至今這一模型已被廣泛應(yīng)用到生產(chǎn)領(lǐng)域的安全管理和風(fēng)險識別工作中。Bow-tie是用來表示事故(頂級事件)、事故發(fā)生的原因、導(dǎo)致事故的途徑、事故的后果以及預(yù)防事故發(fā)生的措施之間的關(guān)系。具有高度可視化、允許在管理過程中進(jìn)行處理的特點(diǎn)，能夠使人們非常詳細(xì)地識別事故發(fā)生的起因和后果，可用圖形直觀表示出事故發(fā)生的全過程和相關(guān)的定性分析。本文以北京某石化企業(yè)乙烯球罐區(qū)作為分析對象，采用Bow-tie方法分析危險因素的泄漏途徑、可能發(fā)展成為的各種后果，識別球罐泄漏的預(yù)防屏障與泄漏后的減緩屏障，分析罐區(qū)的風(fēng)險狀況，制定并落實(shí)相關(guān)的風(fēng)險管控措施，預(yù)防泄漏事故發(fā)生。

1 乙烯罐區(qū)基本情況

北京某石化企業(yè)乙烯球罐區(qū)有球罐8臺，單罐容積1 500 m3，罐區(qū)總儲量約5 000 t，儲存溫度-30.1 ℃，儲存壓力1.84 MPa，屬于液態(tài)烴儲罐，罐區(qū)作為一級重大危險源。乙烯球罐區(qū)可能發(fā)生的最為嚴(yán)重的事故后果為乙烯儲罐整體破裂后的BLEVE事故，死亡半徑為782 m，重傷半徑為1 053 m，輕傷半徑為1 718 m，事故的影響范圍較大，死亡和重傷半徑集中在廠區(qū)內(nèi)部，周邊的熱電車間、循環(huán)水車間人員可能會受到輕傷影響，按中國石化安全風(fēng)險矩陣分析乙烯儲罐初始風(fēng)險等級達(dá)到F5(43),是企業(yè)重大風(fēng)險管控點(diǎn)。查閱行業(yè)事故案例,1997年6月27日，北京東方化工廠發(fā)生1 000 m3乙烯球罐爆炸事故，并引發(fā)二次爆炸，摧毀了20多個1 000～10 000 m3裝有多種化工物料的球罐及油罐群，造成9人死亡、40人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失約有1.17億元，事故后果慘痛。如何保證乙烯球罐風(fēng)險受控是企業(yè)長期重點(diǎn)關(guān)注的問題，引用Bow-tie分析方法實(shí)施風(fēng)險管控，辨識事故途徑上的各項屏障，并確保屏障處于完好狀態(tài)，以期達(dá)到消除隱患、杜絕事故的目的。

2 Bow-tie技術(shù)介紹

Bow-tie理論把事故的預(yù)防以及事故發(fā)生后的應(yīng)急響應(yīng)統(tǒng)一到一起，將故障樹和事件樹結(jié)合起來分析事故的前因后果，能夠全面了解整個事故的動態(tài)發(fā)展過程，找出每一階段風(fēng)險控制的關(guān)鍵部分。

Bow-tie分析的步驟如下：①識別被評價系統(tǒng)的危險因素；②頂上事件的確定，將系統(tǒng)最可能發(fā)生的事故作為頂上事件，確定產(chǎn)生頂上事件的原因；③找出事件導(dǎo)致的后果；④從產(chǎn)生事故的根本原因入手，采取相應(yīng)措施以預(yù)防事故發(fā)生；⑤找出可以減輕危害釋放時產(chǎn)生后果的控制措施。在進(jìn)一步的Bow-tie分析中，還會考慮若采取的這些關(guān)鍵預(yù)防或減緩措施出現(xiàn)失效，則需再次針對這些措施分析其失效產(chǎn)生的原因和后果，對這些措施的失效進(jìn)行控制，直至將潛在的風(fēng)險都考慮完全。Bow-tie分析流程見圖1。

3 Bow-tie分析的應(yīng)用實(shí)例

企業(yè)首次利用Bow-tie模型分析方法對裝置開展風(fēng)險管控，成立了6人的專業(yè)團(tuán)隊，包括：工藝、設(shè)備、電氣、儀表、消防和職業(yè)健康6個專業(yè)人員，工藝人員擔(dān)任組長，確保6個專業(yè)能夠覆蓋乙烯罐區(qū)的全部活動，融入過程安全和專業(yè)安全的理念，在Bow-tie分析過程中能夠做到分析全面和有專業(yè)支撐。

圖1 Bow-tie分析流程

3.1 識別危險因素及確定頂上事件

乙烯球罐區(qū)存在的有害物質(zhì)和可能發(fā)生的各項活動如表1所示。

表1 危險因素識別

根據(jù)表1的分析，同時結(jié)合行業(yè)事故庫，典型事故是：乙烯儲罐發(fā)生泄漏遇到點(diǎn)火源引發(fā)火災(zāi)、爆炸事故，判斷出乙烯泄漏是較高風(fēng)險、需企業(yè)重點(diǎn)關(guān)注的事件，由此確定Bow-tie分析模型中的頂上事件為乙烯球罐泄漏。

3.2 識別產(chǎn)生頂上事件的原因

6個專業(yè)人員根據(jù)工藝特點(diǎn)和設(shè)備設(shè)施類型，采用頭腦風(fēng)暴方法，確定出乙烯球罐發(fā)生泄漏的3種初始事件，分別為超壓泄漏、點(diǎn)泄漏和開裂，同時識別出13項泄漏原因，如表2所示。

3.3 識別潛在的后果

乙烯一旦出現(xiàn)泄漏，若可燃?xì)馓綔y儀沒有及時報警，遇到點(diǎn)火源就有發(fā)生火災(zāi)、爆炸的風(fēng)險。泄漏后的應(yīng)急處置過程中，人員個體防護(hù)佩戴正確，會發(fā)生凍傷的風(fēng)險。所以，泄漏后的潛在后果確定為火災(zāi)爆炸、人員傷亡2種。

表2 泄漏原因

3.4 辨識預(yù)防措施和減緩措施

根據(jù)13種泄漏原因制定13種措施，作為乙烯泄漏的預(yù)防屏障(圖2左)，在火災(zāi)爆炸和人員傷亡兩種事故路徑上設(shè)置減緩屏障(圖2右)，如圖2建立Bow-tie模型。

Bow-tie分析模型建立后，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、法律法規(guī)和規(guī)章制度的要求，組織相關(guān)專業(yè)人員制定屏障檢查表，作為驗證屏障有效性的工具。

3.5 驗證屏障的有效性

考慮乙烯球罐區(qū)屬于企業(yè)一級重大危險源和高風(fēng)險重點(diǎn)監(jiān)管區(qū)域，對屏障的有效性制定了比較嚴(yán)格的判定標(biāo)準(zhǔn)：罐區(qū)實(shí)際情況有1條不滿足屏障評價條款中的要求，即視為此屏障失效。

圖2 乙烯球罐Bow-tie分析模型

屏障檢查表對罐區(qū)實(shí)際情況開展識別，球罐采用了安全的超壓設(shè)計(球罐設(shè)計壓力2.1 MPa,實(shí)際操作壓力1.8 MPa)，BPCS(壓力、溫度、液位)監(jiān)控設(shè)施完好，操作規(guī)程明確了防止超壓和應(yīng)急處置的步驟、設(shè)置了緊急切斷系統(tǒng)，球罐頂部安全閥設(shè)置和運(yùn)行狀況符合要求，4個屏障完好，超壓泄漏事件能夠有效杜絕。

開裂初始事件中存在焊縫裂紋保護(hù)、應(yīng)力腐蝕保護(hù)、疲勞裂紋保護(hù)、脆性斷裂防護(hù)、地基沉降防護(hù)5個屏障，通過查看現(xiàn)場腐蝕情況、球罐的全面檢測報告，結(jié)合屏障評價條款進(jìn)行屏障有效性的判斷。將2004—2017年4次球罐壁厚檢驗數(shù)據(jù)繪制正態(tài)分布圖，如圖3所示，罐壁厚度均在安全使用范圍內(nèi)(>37.5 mm)，近15年罐體沒有明顯減薄。球罐腐蝕和裂紋在控制范圍內(nèi)，地基沉降已經(jīng)穩(wěn)定且符合要求，外力破壞能夠有效防護(hù)，整體運(yùn)行工況較好，開裂泄漏事件也能有效杜絕。

圖3 球罐壁厚正態(tài)分布

點(diǎn)泄漏屏障需要重點(diǎn)關(guān)注靜密封點(diǎn)、管接頭和附件設(shè)施的完好性，過程中發(fā)現(xiàn)問題如下：FB-401B罐頂管法蘭采用平面法蘭，選型不正確；球罐盲頭存在腐蝕現(xiàn)象，易造成腐蝕穿孔引起物料泄漏；球罐目前在用的是玻璃板液位計，破裂后會造成乙烯泄漏。這3項問題反映的是靜密封、腐蝕穿孔保護(hù)、附件泄漏保護(hù)的3個屏障不完好，均集中在點(diǎn)泄漏事件的發(fā)生途徑上，極易造成頂上事件——乙烯泄漏的發(fā)生，需要引起高度關(guān)注，需要裝置制定重點(diǎn)巡檢方案、防止風(fēng)險升級，同時要創(chuàng)造儲罐停車機(jī)會及時消除隱患。

依據(jù)減緩屏障評價條款，發(fā)現(xiàn)可燃?xì)鈭缶Ⅻc(diǎn)火源控制、應(yīng)急救援、消防系統(tǒng)、個人防護(hù)等屏障完好，在發(fā)生乙烯泄漏后能夠起到遏制事故擴(kuò)大的作用。

4 結(jié)論與展望

本次運(yùn)用Bow-tie分析方法，共排查出乙烯球罐區(qū)問題67項(部分屬于屏障之外的問題)，識別出點(diǎn)泄漏事故路徑上的3處隱患，對乙烯球罐區(qū)開展了全面的風(fēng)險管控把脈；此模型建立后，可以運(yùn)用在日常的風(fēng)險、隱患排查中，形成系統(tǒng)、全面的排查標(biāo)準(zhǔn)。下一步計劃發(fā)揮信息技術(shù)優(yōu)勢，建立乙烯球罐Bow-tie動態(tài)模型，將預(yù)防屏障和減緩屏障檢查表導(dǎo)入，同時將日常風(fēng)險辨識和隱患排查診斷結(jié)果導(dǎo)入模型，方便各級人員清楚乙烯球罐風(fēng)險現(xiàn)狀，第一時間采取正確有效的糾正措施，把“防風(fēng)險、除隱患、遏事故”落到實(shí)處。