基于HAZOP-LOPA的煉化裝置風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

周波

摘要：為了實(shí)現(xiàn)煉化裝置的定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。首先介紹了 HAZOP 和 LOPA 分析方法，以及兩者之間的互補(bǔ)性和結(jié)合機(jī)理。然后將HAZOP風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)應(yīng)用到聚乙烯裝置中，找出了偏差產(chǎn)生的原因和可能導(dǎo)致的后果，評(píng)估了風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，并提出相應(yīng)的控制措施。最后針對(duì)較高風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)景開(kāi)展了進(jìn)一步的LOPA定量分析，利用 LOPA方法的半定性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估識(shí)別危險(xiǎn)源和保護(hù)層并進(jìn)行量化，得出固有風(fēng)險(xiǎn)和剩余風(fēng)險(xiǎn)，并提出更全面的風(fēng)險(xiǎn)控制方案。結(jié)果表明，HAZOP-LOPA 分析應(yīng)用于煉化裝置能有效地實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)定量評(píng)估，可以為煉化裝置的操作可靠性和安全環(huán)保經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供保障。

關(guān)鍵詞：煉化裝置;HAZOP;LOPA;風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估;定量分析

0 引言

煉化企業(yè)中，煉化設(shè)備是風(fēng)險(xiǎn)的主要載體。煉化設(shè)備的失效不僅對(duì)于企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，而且會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的人員傷亡和環(huán)境危害[1]。就煉化行業(yè)本身來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)易燃易爆等安全事故頻發(fā)的行業(yè)，如何能夠保證煉化設(shè)備的持續(xù)、安全高效的運(yùn)行，避免煉化設(shè)備的非計(jì)劃性停產(chǎn)，對(duì)煉化企業(yè)來(lái)說(shuō)是十分重要的。對(duì)煉化設(shè)備進(jìn)行定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估可以保證煉化設(shè)備的安全、高效運(yùn)行，能夠從很大層面上改善煉化企業(yè)面臨的這些問(wèn)題。因此，煉化設(shè)備的定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估對(duì)于煉化設(shè)備發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)事故做到提前預(yù)防，制定合理的檢維修計(jì)劃，提高企業(yè)的效益有著重大意義。隨著科技的進(jìn)步，石油煉化裝置日趨大型化、自動(dòng)化和復(fù)雜化，隨著生產(chǎn)技術(shù)不斷發(fā)展，安全問(wèn)題也日益突出，生產(chǎn)過(guò)程中很小的失誤就有可能造成極其嚴(yán)重的事故，造成不可估量的損失[2]。因此，針對(duì)煉化裝置開(kāi)展風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，并提出有效的建議措施對(duì)于識(shí)別裝置潛在風(fēng)險(xiǎn)、降低過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)具有重要意義。汪洋[3]采用HAZOP對(duì)煉化在役裝置進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，并對(duì)在役裝置開(kāi)展HAZOP的前景做出了展望;常慶濤[4]從過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)控制和過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估兩個(gè)方面建立了煉化裝置過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模型;孔令峰[5]在煉化企業(yè)設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)的基礎(chǔ)上，開(kāi)展了設(shè)備完整性管理體系研究;靳江紅[6]為指導(dǎo)保護(hù)層分析方法的應(yīng)用，分析了LOPA 定量中存在的問(wèn)題;白永忠[7]將HAZOP分析方法和風(fēng)險(xiǎn)矩陣結(jié)合，構(gòu)建了HAZOP+風(fēng)險(xiǎn)矩陣的組合方法。

HAZOP方法（Hazard and Operability Study，HAZOP）是目前危險(xiǎn)識(shí)別方面應(yīng)用最廣泛的分析方法之一，但單一的HAZOP分析存在一定的不足。而在HAZOP方法的基礎(chǔ)之上引入LOPA方法（Layer of Protection Analysis，LOPA），可以彌補(bǔ)HAZOP分析方法存在的不足，使HAZOP分析更加全面、系統(tǒng)、科學(xué)。將HAZOP方法與LOPA方法相結(jié)合，這種定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法應(yīng)用在煉化裝置風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中對(duì)于煉化裝置的風(fēng)險(xiǎn)管理、提高風(fēng)險(xiǎn)分析的準(zhǔn)確度具有現(xiàn)實(shí)的意義。

1 HAZOP和LOPA的結(jié)合機(jī)理

1.1 HAZOP和LOPA

HAZOP方法是由英國(guó)帝國(guó)化學(xué)公司（ICI）于20世紀(jì)60年代提出的以引導(dǎo)詞（Guide Words）為核心的系統(tǒng)危險(xiǎn)分析方法之一[8]。HAZOP分析的本質(zhì)是通過(guò)一系列的會(huì)議對(duì)工藝圖紙和操作規(guī)程進(jìn)行分析，在分析過(guò)程中評(píng)價(jià)小組成員系統(tǒng)的對(duì)每一個(gè)評(píng)價(jià)單元研究，利用引導(dǎo)詞來(lái)建立有意義的偏差，分析偏差所導(dǎo)致的危險(xiǎn)和可操作性問(wèn)題，以及它們的原因和可能引發(fā)的后果及保護(hù)措施，據(jù)此提出相應(yīng)的建議措施。

LOPA分析方法是一種特殊事件樹(shù)形式的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，通過(guò)評(píng)估現(xiàn)有的保護(hù)層的可靠性，確定其消除或降低風(fēng)險(xiǎn)的能力[9]。LOPA方法是以“事故場(chǎng)景”為風(fēng)險(xiǎn)分析的對(duì)象，在進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估時(shí)，要先辨識(shí)工藝過(guò)程中所有可能的事故場(chǎng)景，揭示事故場(chǎng)景的觸發(fā)事件、事故發(fā)生的后果和可能性，其中事故場(chǎng)景是發(fā)生事故的事件鏈。LOPA分析方法的內(nèi)容包括：

（1）描述所選擇的事故場(chǎng)景，分析事故發(fā)生后果;

（2）確定事故場(chǎng)景的嚴(yán)重程度;

（3）識(shí)別現(xiàn)有的獨(dú)立保護(hù)層，評(píng)估其失效概率，確定事故場(chǎng)景的剩余風(fēng)險(xiǎn);

（4）評(píng)估事故場(chǎng)景風(fēng)險(xiǎn)的可接受性。

HZAOP 分析作為一種定量分析方法，無(wú)法在場(chǎng)景風(fēng)險(xiǎn)量化方面起作用，而 LOPA 分析方法作為一種半定量評(píng)估方法，是定性分析結(jié)果的延續(xù)，大大地提高分析結(jié)果的完整性和系統(tǒng)性。LOPA 方法后續(xù)分析選取 HAZOP 分析結(jié)果中風(fēng)險(xiǎn)較高場(chǎng)景，HAZOP 分析中產(chǎn)生偏差的原因及發(fā)生的概率、偏差導(dǎo)致后果及嚴(yán)重程度，以及現(xiàn)有的安全保護(hù)措施等為 LOPA 分析提供數(shù)據(jù)和信息，兩者具體對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表1。

1.2 HAZOP和LOPA的聯(lián)系

HAZOP方法是目前應(yīng)用最為廣泛的過(guò)程危險(xiǎn)分析方法之一，該方法系統(tǒng)、全面，但是也存在以下不足：①主觀性較強(qiáng);②無(wú)法確認(rèn)現(xiàn)有的獨(dú)立保護(hù)層的有效性，不能解決剩余風(fēng)險(xiǎn)不能量化的問(wèn)題[10]。

而LOPA方法作為一種半定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，不僅能夠評(píng)估事故場(chǎng)景的風(fēng)險(xiǎn)，還能夠識(shí)別保護(hù)層的有效性，從而確定事故場(chǎng)景的剩余風(fēng)險(xiǎn)[11]。因此，有必要在HAZOP分析的基礎(chǔ)上引入LOPA分析，這樣可以提高HAZOP分析過(guò)程的準(zhǔn)確性和客觀性，從而確認(rèn)現(xiàn)有的保護(hù)措施是否足夠、剩余風(fēng)險(xiǎn)是否達(dá)到可接受范圍之內(nèi)?？梢?jiàn)，LOPA分析是HAZOP分析的繼續(xù)和優(yōu)化。是在 HAZOP 基礎(chǔ)上進(jìn)一步提出和核實(shí)安全措施的有效性和重要性，能提高HAZOP分析的準(zhǔn)確性、客觀性。因此，有必要在HAZOP分析的基礎(chǔ)上引入LOPA分析

2 HAZOP-LOPA組合模型

通過(guò)HAZOP分析辨識(shí)出生產(chǎn)單元的危險(xiǎn)，從管理的角度來(lái)說(shuō)還需要通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估理論來(lái)確定這些危險(xiǎn)對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)程度大小。對(duì)不同程度的危險(xiǎn)采取不同的應(yīng)對(duì)措施對(duì)其進(jìn)行管理，以保證不會(huì)發(fā)生重大的工藝安全事故。在此，提出了“HAZOP-LOPA”的組合定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法。在HAZOP分析的基礎(chǔ)上，將LOPA應(yīng)用于風(fēng)險(xiǎn)定量分析，并形成一種組合的分析方法“HAZOP-LOPA”風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型。HAZOP分析結(jié)果利用事故后果嚴(yán)重等級(jí)和事故發(fā)生可能性計(jì)算事故的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，按照風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)采取相對(duì)應(yīng)的對(duì)策措施，將風(fēng)險(xiǎn)控制在可接受的范圍之內(nèi)，對(duì)重大工藝安全事故的預(yù)防和生產(chǎn)起到重要的作用，為安全決策提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

HAZOP分析和LOPA分析的關(guān)系體現(xiàn)在：由HAZOP分析所初步篩選出的風(fēng)險(xiǎn)較大的事故場(chǎng)景，是LOPA分析的基礎(chǔ);HAZOP分析中偏差產(chǎn)生的原因以及原因發(fā)生的可能概率，則成為L(zhǎng)OPA的始發(fā)事件及其概率估算的直接信息;HAZOP分析中偏差的后果危險(xiǎn)程度，為L(zhǎng)OPA分析中事故場(chǎng)景的后果及其嚴(yán)重程度提供了判斷依據(jù);HAZOP分析中提列出的現(xiàn)有安全措施，是LOPA分析中識(shí)別現(xiàn)有獨(dú)立保護(hù)層及其保護(hù)效果的基礎(chǔ)依據(jù)，見(jiàn)圖1。HAZOP分析是LOPA分析的基礎(chǔ)和依據(jù)，應(yīng)用LOPA分析的定量特征可以進(jìn)一步識(shí)別現(xiàn)有HAZOP風(fēng)險(xiǎn)被控制的程度。

3 HAZOP-LOPA組合模型的應(yīng)用

以某聚乙烯裝置為研究對(duì)象，該裝置采用德國(guó)HOECHST公司的技術(shù)，利用漿液聚合生產(chǎn)高密度的聚乙烯，包括聚合、回收、造粒、成品四個(gè)工段。由于生產(chǎn)工程中的原料大多具有易燃易爆的性質(zhì)，因此該裝置屬于甲類火災(zāi)危險(xiǎn)裝置，火災(zāi)、爆炸是裝置的重大隱患。

針對(duì)該裝置采用HAZOP-LOPA組合方法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。本次風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估共劃分了42個(gè)節(jié)點(diǎn)，將發(fā)生事故的可能性L與事故發(fā)生的嚴(yán)重性S結(jié)合，計(jì)算出R的值，在風(fēng)險(xiǎn)矩陣中界定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，根據(jù)等級(jí)辨識(shí)現(xiàn)有的安全措施能否避免不良后果的產(chǎn)生，并對(duì)不足的措施提出相應(yīng)的建議，如實(shí)分析全過(guò)程，共討論、分析問(wèn)題905項(xiàng)，提出了28條建議，分析討論了25個(gè)重要事故場(chǎng)景，并有針對(duì)性地提出建議措施21條。由于聚乙烯裝置分析節(jié)點(diǎn)較多，現(xiàn)僅選取節(jié)點(diǎn)10來(lái)討論，分析結(jié)果見(jiàn)表2。該節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)意圖為污水處理，稀釋劑回收。主要流程工藝為：聚合A、B線裝置內(nèi)的污水、落地粉末及稀釋劑等物料進(jìn)入地溝，流入回收污水池，經(jīng)污水泵15001A/B進(jìn)入污水收集罐15002，水、粉末、稀釋劑在15002內(nèi)分離，水通過(guò)鵝頸流入DB8號(hào)井，頂部稀釋劑間歇導(dǎo)入15004搪瓷釜內(nèi)，蒸餾回收。

通過(guò)HAZOP分析，裝置主要存在以下幾個(gè)方面問(wèn)題：部分工藝控制不合理;可操作性不強(qiáng);安全保護(hù)措施不完善;報(bào)警設(shè)置不足;對(duì)泵的保護(hù)措施不足等。保護(hù)層分析（Layer of Protection Analysis，LOPA）是在定性危害分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步評(píng)估保護(hù)層的有效性，并進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)決策的系統(tǒng)方法。其主要目的是確定是否有足夠的保護(hù)層使風(fēng)險(xiǎn)滿足企業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)。LOPA分析是近年來(lái)應(yīng)用廣泛且行之有效的一種安全防護(hù)措施設(shè)計(jì)的系統(tǒng)科學(xué)方法。根據(jù) HAZOP 風(fēng)險(xiǎn)矩陣定級(jí)，該風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅲ級(jí)，為不可接受風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，所以必須立即采取安全防護(hù)措施。根據(jù)表 2選取事故場(chǎng)景為：PIC71403故障，氮?dú)夂坎▌?dòng)，導(dǎo)致罐15002超壓，油氣泄漏，遇點(diǎn)火源著火爆炸;15004溫度過(guò)高，F(xiàn)171202故障，導(dǎo)致罐15004超壓，油氣泄漏，遇點(diǎn)火源爆炸。從該節(jié)點(diǎn)HAZOP分析結(jié)果中選取15002氮?dú)饬髁亢?5004溫度檢測(cè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行LOPA分析，具體分析結(jié)果見(jiàn)表 3。

由表3可以得知，LOPA對(duì)事故場(chǎng)景的分析考慮了初始事件、使能事件和獨(dú)立保護(hù)層得出裝置未削減概率為0.05，超過(guò)了風(fēng)險(xiǎn)可接受標(biāo)準(zhǔn) 0.02。在考慮獨(dú)立保護(hù)層后風(fēng)險(xiǎn)降為 0.025。剩余風(fēng)險(xiǎn)雖已接近可接受風(fēng)險(xiǎn)，但是仍在可接受風(fēng)險(xiǎn)之外，故應(yīng)提出其他建議措施，具體建議措施見(jiàn)表3。

運(yùn)用HAZOP-LOPA結(jié)合的分析方法對(duì)某聚乙烯裝置危險(xiǎn)和可操作性問(wèn)題進(jìn)行分析，分析了現(xiàn)有措施的有效性和充分性，基于HAZOP-LOPA的組合模型系統(tǒng)總結(jié)了聚乙烯裝置的典型重大風(fēng)險(xiǎn)，并根據(jù)事故風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)提出了可行的建議措施。分析結(jié)果表明聚乙烯裝置的重大火災(zāi)爆炸風(fēng)險(xiǎn)需要引起高度重視，需要進(jìn)一步完善安全監(jiān)控檢測(cè)措施，提高裝置自控水平，加強(qiáng)安全管理，對(duì)溫度、氣體流量等開(kāi)展專項(xiàng)評(píng)估和論證，進(jìn)一步降低裝置安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)論

（1）對(duì)某煉化企業(yè)的聚乙烯裝置開(kāi)展HAZOP風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，全面地辨識(shí)裝置初步設(shè)計(jì)、技術(shù)改造等各個(gè)階段存在的風(fēng)險(xiǎn)，查找各類生產(chǎn)安全事故事件產(chǎn)生的原因，共劃分42個(gè)節(jié)點(diǎn)，分析問(wèn)題905項(xiàng)，提出28條建議，分析討論25個(gè)重要事故場(chǎng)景，并針對(duì)重要事故場(chǎng)景提出建議措施21條，依此制定了防范措施，并在此基礎(chǔ)上適時(shí)地修訂裝置應(yīng)急預(yù)案，可以有效地預(yù)防事故的發(fā)生，提高裝置的安全管理水平。

（2）提出了基于HAZOP-LOPA的煉化裝置定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法。通過(guò)對(duì)聚乙烯裝置節(jié)點(diǎn)10采用HAZOP-LOPA組合模型進(jìn)行分析，從系統(tǒng)的角度對(duì)聚乙烯裝置節(jié)點(diǎn)10危險(xiǎn)與可操作性問(wèn)題進(jìn)行了全面分析，識(shí)別出了存在的工藝安全問(wèn)題，定量地識(shí)別出安全風(fēng)險(xiǎn)并提出建議措施，對(duì)整個(gè)裝置重大工藝安全事故的預(yù)防和安全平穩(wěn)運(yùn)行將起到非常重要的作用。

（3）通過(guò)對(duì)典型煉化裝置的實(shí)例分析，對(duì)HAZOP和LOPA方法的具體應(yīng)用過(guò)程進(jìn)行了研究。在HAZOP分析的基礎(chǔ)上結(jié)合了LOPA分析，HAZOP-LOPA組合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法既利用了HAZOP方法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，也應(yīng)用LOPA方法進(jìn)行剩余風(fēng)險(xiǎn)分析以及對(duì)現(xiàn)有保護(hù)措施的有效性進(jìn)行了量化，從而提高了裝置工藝危險(xiǎn)分析過(guò)程的客觀性、準(zhǔn)確性和科學(xué)性，避免了傳統(tǒng)HAZOP分析中對(duì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過(guò)低或過(guò)高的情況，并可提出合理、有效的安全建議與措施，以為企業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)管理提供依據(jù)。

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