化工安全儀表系統(tǒng)SIL定級(jí)中LOPA的應(yīng)用研究

楊慶超

安徽華東化工醫(yī)藥工程有限責(zé)任公司 安徽 合肥 230000

引言

根據(jù)實(shí)際調(diào)查顯示，我國(guó)許多化工企業(yè)都存在安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)、維護(hù)與安裝等階段冗余不夠科學(xué)、選擇不夠合理、質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)把控不足等問題，為了保證化工安全儀表系統(tǒng)能夠正常使用，需要將LOPA技術(shù)應(yīng)用在安全儀表系統(tǒng)的SIL定級(jí)當(dāng)中，并要求相關(guān)人員能夠認(rèn)識(shí)到系統(tǒng)本身存在的風(fēng)險(xiǎn)，明確系統(tǒng)技術(shù)要求，根據(jù)實(shí)際情況提出切實(shí)可行的優(yōu)化措施。

1 SIL定級(jí)以及LOPA的主要內(nèi)容

1.1 SIL定級(jí)

安全儀表系統(tǒng)與傳統(tǒng)的分散過程控制系統(tǒng)不同，兩者的差異性相對(duì)明顯，通常來說，安全儀表系統(tǒng)大多會(huì)處在靜止?fàn)顟B(tài)，只有在進(jìn)行化工生產(chǎn)以及關(guān)聯(lián)設(shè)備產(chǎn)生運(yùn)行故障的情況下，才會(huì)做出精準(zhǔn)反應(yīng)，并第一時(shí)間停止生產(chǎn)過程，之后將運(yùn)行設(shè)施調(diào)整到安全控制狀態(tài)。一般情況下，安全儀表的主要功能可以分為4個(gè)完全不同的等級(jí)閾值，而不同等級(jí)的安全儀表在進(jìn)行電路調(diào)試、安裝與設(shè)計(jì)、維護(hù)的過程中都需要對(duì)應(yīng)不同的技術(shù)要求，簡(jiǎn)單來說，SIL定級(jí)是由每小時(shí)發(fā)生的危險(xiǎn)失效概率進(jìn)行區(qū)分，共分為4個(gè)等級(jí)，第4級(jí)表示最高的完整性程度，而第1級(jí)表示最低，并規(guī)定了能夠減少設(shè)計(jì)錯(cuò)誤的設(shè)計(jì)規(guī)范[1]。

1.2 LOPA

LOPA又稱保護(hù)層分析，是指半定量的工藝危害分析技術(shù)，可以用于判斷危險(xiǎn)場(chǎng)景的實(shí)際危險(xiǎn)程度，利用定量計(jì)算的方法評(píng)估危害發(fā)生的概率，分析已有保護(hù)層的失效概率，若出現(xiàn)保護(hù)措施難以起到實(shí)際作用的情況，可以直接推算出所需采用的保護(hù)措施等級(jí)，其主要特點(diǎn)在于能夠分析未采取獨(dú)立保護(hù)層前的風(fēng)險(xiǎn)水平，之后借助參照風(fēng)險(xiǎn)容許準(zhǔn)則的方式，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立保護(hù)層風(fēng)險(xiǎn)降低程度的二次評(píng)估[2]。

2 LOPA在化工安全儀表系統(tǒng)SIL定級(jí)中的應(yīng)用路徑

2.1 實(shí)際案例

本文將以某地方化工公司造紙化學(xué)品、精細(xì)化工產(chǎn)品、乳化型聚乙酯項(xiàng)目作為研究對(duì)象，闡述液氯儲(chǔ)罐的SIL定級(jí)中LOPA的應(yīng)用路徑，具體的工藝流程圖如圖1所示，本次SIL定級(jí)的工作目標(biāo)是進(jìn)一步明確安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)安全功能，確保要求的安全儀表功能完整，保證與各SIF相關(guān)的所需達(dá)到的SIL等級(jí)。具體的SIL定級(jí)清單如表1所示。

表1 SIL定級(jí)分析清單

圖1 液氮儲(chǔ)罐流程圖

2.2 注意事項(xiàng)

危險(xiǎn)與可操作性分析方法的分析結(jié)果存在重大風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，則需要采用LOPA進(jìn)行分析。通常來說，對(duì)于安全儀表系統(tǒng)以及需要附加的儀表功能電路來說，所采取的風(fēng)險(xiǎn)防護(hù)措施需要以確定安全儀表功能電路SIL電平的保護(hù)作為主要目標(biāo)，并判斷是否需要額外的SIS保護(hù)，并進(jìn)一步確定附加SIS保護(hù)的安全儀表系統(tǒng)安全性能檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，LOPA本身屬于一種半定量分析方法，因此可以借助評(píng)價(jià)或者計(jì)算以此獲取最終結(jié)果，在不同的應(yīng)用場(chǎng)景下，保護(hù)層本身的失效概率以及風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)等一系列數(shù)據(jù)參數(shù)的選擇都需要保持一致性。在應(yīng)用LOPA的過程中，需要優(yōu)先確定有效的獨(dú)立保護(hù)層，用以避免場(chǎng)景發(fā)展到無法控制的程度，避免出現(xiàn)意想不到的結(jié)果，確保與場(chǎng)景設(shè)備或動(dòng)作的其余保護(hù)層不存在直接聯(lián)系，并注意由于聯(lián)鎖不會(huì)獨(dú)立于初始事件，所以聯(lián)鎖不可作為單獨(dú)保護(hù)層。

采用LOPA分析的技術(shù)人員需要注意，在實(shí)際分析過程中所產(chǎn)生的錯(cuò)誤結(jié)果要采取二次分析，但這就會(huì)造成不必要的重復(fù)工作，浪費(fèi)相關(guān)資源，若初始事件結(jié)果被評(píng)估為存在偏差，則添加的SIL保護(hù)也可能出現(xiàn)不足狀況，當(dāng)使用風(fēng)險(xiǎn)表確定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)后可利用定性分析的方法，明確后果等級(jí)，但根據(jù)實(shí)際調(diào)查顯示，除了典型頻率外，后果頻率還受到眾多因素的影響，比如火源概率危險(xiǎn)后的死亡概率等，因此在確定修正值的過程中難以避免的會(huì)對(duì)分析準(zhǔn)確性造成影響，此類數(shù)據(jù)通常來說都是來源于經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的推薦參考值，其中絕大部分都控制在一定范圍內(nèi)，所以在具體應(yīng)用時(shí)是參考值內(nèi)應(yīng)當(dāng)包含一個(gè)能夠確定以上數(shù)據(jù)的原則。

LOPA分析方法在使用時(shí)需要相關(guān)人員采用確切合理的定量數(shù)據(jù)，以此保證分析結(jié)果的合理性與準(zhǔn)確性，在使用LOPA技術(shù)時(shí)，一方面要確保保護(hù)層具有極高的獨(dú)立性以及有效性，比如當(dāng)調(diào)節(jié)閥在發(fā)生故障時(shí)對(duì)于部分初始事件來說，高連鎖開關(guān)閥需要設(shè)置在下游蒸汽閥上，若SIS保護(hù)不斷提升，則要在給水管道上設(shè)置開關(guān)閥以及控制閥，以此實(shí)現(xiàn)SIS保護(hù)效果的進(jìn)一步提高，若在下游蒸發(fā)器的液位區(qū)域設(shè)置液位連鎖，同時(shí)調(diào)節(jié)器處于關(guān)閉狀態(tài)，此時(shí)即便相關(guān)設(shè)置已經(jīng)完成，但也不可作為單獨(dú)的保護(hù)層，究其原因在于連鎖與初始事件不存在直接聯(lián)系。除此之外，還要根據(jù)LOPA的技術(shù)特征，依照相關(guān)評(píng)價(jià)方法以及計(jì)算，獲取實(shí)際結(jié)果，并注意在完成初始事件頻率選擇后，要確保場(chǎng)景數(shù)據(jù)能夠與標(biāo)準(zhǔn)高度保持一致。

2.3 不足之處

本人通過將風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)作為分析基礎(chǔ)使其與場(chǎng)景計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行對(duì)比可知，在進(jìn)行LOPA分析時(shí)，需要重視失效數(shù)據(jù)，失效數(shù)據(jù)本身是開展SIL定級(jí)以及LOPA分析的重要基礎(chǔ)支撐，但根據(jù)實(shí)際調(diào)查顯示，我國(guó)當(dāng)前對(duì)于失效數(shù)據(jù)的獲取并沒有特定的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)，同時(shí)工業(yè)化的失效數(shù)據(jù)庫也沒有得到及時(shí)建立，因此難以避免的會(huì)出現(xiàn)失效數(shù)據(jù)的分析與計(jì)算方法不夠科學(xué)與完善，通常來說，LOPA的失效數(shù)據(jù)來源主要來自以下幾方面[3]：一方面是已有的研究文獻(xiàn)以及失效數(shù)據(jù)庫；另一方面是國(guó)外研究機(jī)構(gòu)公布的數(shù)據(jù)手冊(cè)以及可靠性研究手冊(cè)。通常來說，關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫所針對(duì)的大多是國(guó)外的產(chǎn)品數(shù)據(jù)表、數(shù)據(jù)目錄等，而在實(shí)際應(yīng)用時(shí)則要充分重視相關(guān)檢測(cè)技術(shù)工藝，及時(shí)修正標(biāo)準(zhǔn)水平。至于化工設(shè)備供應(yīng)商所給出的數(shù)據(jù)參數(shù)以及認(rèn)證證書等，同樣可作為L(zhǎng)OPA失效數(shù)據(jù)的來源之一。除此之外。在進(jìn)行LOPA技術(shù)分析時(shí)所使用的性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)，需要在滿足一定標(biāo)準(zhǔn)下才可開展，對(duì)于實(shí)際條件下的失效率無法完全反應(yīng)，因此需要借助各類數(shù)據(jù)庫進(jìn)行組合分析，從而收集高質(zhì)量信息。

2.4 優(yōu)化措施

在應(yīng)用LOPA技術(shù)的過程中，技術(shù)人員不單單要切實(shí)遵守相關(guān)規(guī)范數(shù)據(jù)范圍，還要充分結(jié)合化工企業(yè)的實(shí)際發(fā)展情況，切實(shí)保障LOPA技術(shù)的分析有效性，在實(shí)現(xiàn)安全儀表系統(tǒng)SIL定級(jí)時(shí)，從業(yè)人員要充分認(rèn)識(shí)到獨(dú)立保護(hù)層的規(guī)范性，合理選擇定量數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確完成風(fēng)險(xiǎn)性分析，借助獨(dú)立的保護(hù)層，避免場(chǎng)景出現(xiàn)意外結(jié)果，使初始事件始終獨(dú)立于其他場(chǎng)景，并且技術(shù)人員還要認(rèn)識(shí)到所采取的一系列風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)方法都與初始場(chǎng)景的失敗不存在聯(lián)系。而對(duì)于依照SIL定級(jí)的安全儀表系統(tǒng)在應(yīng)用時(shí)，需要以定性風(fēng)險(xiǎn)分析的數(shù)據(jù)信息結(jié)果作為基礎(chǔ)，但這難以避免的會(huì)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)概率計(jì)算的準(zhǔn)確性造成影響，對(duì)SIL水平形成負(fù)面效果，為此相關(guān)技術(shù)人員需要做好危害分析工作，從而達(dá)到優(yōu)化SIL定級(jí)的目的。

3 結(jié)束語

綜上所述，通過對(duì)SIL定級(jí)以及LOPA的主要內(nèi)容進(jìn)行分析討論，提出LOPA在化工安全儀表系統(tǒng)SIL定級(jí)中的應(yīng)用路徑，并以實(shí)際案例作為分析對(duì)象，闡述相關(guān)注意事項(xiàng)、應(yīng)用問題以及針對(duì)性的解決措施，以此達(dá)到減少安全事故發(fā)生概率的目的，使工作人員可以更高效的完成安全儀表系統(tǒng)的驗(yàn)證以及操作，設(shè)置科學(xué)的安全等級(jí)，推動(dòng)化工產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。