基于HAZOP和QRA的综合风险分析技术*

2016-11-23吴恢庆周斌斌李笑笑

安全 2016年10期

关键词：氯化氯气后果

徐欣　吴恢庆　周斌斌　李笑笑

浙江省安全生产科学研究院

基于HAZOP和QRA的综合风险分析技术*

徐欣吴恢庆周斌斌李笑笑

浙江省安全生产科学研究院

本文创新性地提出基于HAZOP和QRA的综合风险分析方法，并应用于氯苯生产装置的风险分析。结果表明：该综合风险分析方法不仅能更全面、更合理、更有效地找出可能导致事故发生的不安全因素，而且能计算出不安全因素导致事故发生的严重程度和概率，使得系统的危险性分析更科学、完整和全面，为有效预防和减少事故的发生提供了理论支撑。

综合风险分析；HAZOP； QRA；风险矩阵

目前对石油化工企业进行风险分析的方法达几十种，定性方法中HAZOP分析方法、定量方法中QRA分析方法近年来在国内得到了广泛应用。在氯苯装置的风险分析中，将HAZOP和QRA综合应用，取得了预期的效果。

1 HAZOP和QRA的综合应用

1.1HAZOP和QRA方法简介

HAZOP（HazardandOperabilityStudy，危险与可操作性研究[1]）于1974年由ICI英国帝国化学工业公司提出。HAZOP技术是高度专业化的作业程序，是一种定性的风险分析技术，目的是确定工艺过程针对原设计意图而言可能发生的偏差，确定项目工艺过程和生产操作中潜在的危害。HAZOP的分析流程，如图1。

QRA（Quantitative Risk Assessment，定量风险分析），也称概率风险分析方法，采用定量化的概率风险值对系统的危险性进行描述的风险分析方法。QRA分析是对事故的原因、过程、后果等进行定性分析，并对事故发生的频率和后果进行定量计算，将计算出的风险与风险标准相比较，判可接受性，提出降低风险的建议措施[2]。QRA的分析流程，如图2[3]。

1.2基于HAZOP和QRA的综合风险分析

HAZOP分析通过分析工艺过程中各种偏差产生的原因及后果，提出建议措施来进一步降低风险。针对HAZOP分析辨识出来的重大风险，结合LOPA分析，可以确定重大风险导致的事故情景，是否已经控制在可接受范围内[4]。HAZOP和LOPA分析的结合，可以提出较为有效可行的建议措施，但对于偏差产生的事故后果，需要一种定量的评价方法作为补充。

而风险分析项目中往往存在很多危险源，危险源辨识是进行定量风险评价（QRA）的关键步骤，如何选取项目中的关键危险源，不仅影响QRA结果的准确性，也影响项目进程[5]。

基于HAZOP和QRA的综合风险分析的主要思路：使用 HAZOP方法分析潜在风险；HAZOP分析小组成员根据经验估计风险的基础上，筛选出潜在危险中的主要危险；基于QRA进行进一步的定量风险分析，量化主要危险带来的风险。基于HAZOP和QRA的综合风险分析，不仅可以发挥HAZOP定性风险分析全面、系统、细致等优势，分析潜在危险，筛选主要危险，而且增加QRA定量风险计算环节，量化事故后果，为提出降低风险的建议措施提供理论依据。

图1　HAZOP分析流程图

图2　QRA分析流程图

2 基于HAZOP和QRA的综合风险分析在氯苯生产过程中的应用

2.1氯苯生产工艺

氯苯装置主要有原料预处理、氯化、氯化尾气吸收、氯苯精馏等生产工艺过程。其中，氯化为关键装置，工艺流程如下：用干苯泵将干苯罐中的干苯输送至苯高位槽，从苯高位槽底部流出的干苯经流量计计量后连续加入氯化反应器，来自上游离子膜装置的合格氯气先经过氯气缓冲罐缓冲，然后经氯气分配台调节从氯化器底部通入，与苯同向顺流而上，氯气首先溶于苯中，与铁触媒反应生成三氯化铁，产生的活化氯离子与苯反应，生成氯化苯、氯化氢气体，控制反应温度在80℃附近，反应生成物氯化液从氯化器上部出料口经液封管进入汽提塔原料槽。氯化器顶部出来的含苯氯化氢气体经一段冷凝器、二段冷凝器冷凝冷却，冷凝下来的酸性液体进入酸苯分离器，经酸苯分离器分离出来的酸苯返回氯化反应器，酸苯分离器底部排出的废酸去粗氯化液储罐。

氯化反应器设有温度和压力报警，同时设有反应器温度与氯气、新鲜苯进料流量连锁。当氯化反应器温度高于设定值时，调节减小氯气进料，调节加大新鲜苯进料，以控制反应温度。

2.2HAZOP分析

表1为氯化反应器HAZOP分析结果，分析得出：氯化反应器可能发生的问题包括氯气进料和苯进料流量偏小或无流量、氯苯反应器尾气系统憋压、氯化反应失控，以及由此引发的物料炭化、防腐瓷板炸裂、氯气泄漏中毒、氯苯反应器爆炸等严重事故后果。

HAZOP分析完成后，分析小组根据经验认为：由氯化反应器爆炸引起的氯气泄漏中毒为主要危险，使用QRA计算事故后果。

表1　氯化反应器HAZOP分析

2.3QRA分析

在大多数事故泄漏情形下，危险化学品泄漏形成的气云是重气云[2]。事故后果的计算采用SLAB模型[2]模拟各浓度氯气随时间扩散范围。

由QRA计算结果可知，当氯化反应器爆炸引起氯气泄漏中毒事故时，氯气泄漏的影响区无论是重伤区或死亡区都呈不断扩大，而当泄漏源切断后，虽然泄漏影响区仍在扩大，但致死区面积迅速减小。当泄漏源被切断后，此时氯气实际上形成了重气烟团，沿风流向下游扩散，不断被空气稀释。氯气云团在气流作用下可以持续很长时间，虽然已经被稀释，但依然会对人体造成损害。

氯气的危险浓度取值，见表2。

表2　氯气危险浓度

氯化反应器爆炸引起氯气泄漏中毒所造成的危害区域和严重程度随时间分布是：

图3　氯气泄漏中毒事故后果图

泄漏0.5分钟后，在半径30m范围内吸入，可致人立即死亡；在半径60m范围内吸入0.5h以上，可致人死亡；在半径70m范围内吸入0.5h以上，可致人重伤。

泄漏1分钟后，在半径100m范围内吸入0.5h以上，可致人死亡；在半径120m范围内吸入0.5h以上，可致人重伤。

泄漏5分钟后，在半径220m范围内吸入0.5h以上，可致人死亡，在半径250m范围内吸入0.5h以上，可致人重伤。

泄漏10分钟后，在半径500m范围内吸入0.5h以上，可致人重伤。

2.4HAZOP和QRA综合风险分析与决策

在上述计算结果涉及区域内，有企业的中控室、办公楼等人员密集场所，结合HAZOP分析的后果等级（见表3）可知，氯化反应器爆炸引起氯气泄漏中毒事故的后果等级是灾难性的。引起反应器爆炸的主要原因是酸苯循环泵故障，根据文献[7]，泵故障的失效频率为1×10-1，根据独立保护层有效性、独立性和可审查性的判定原则，酸苯循环泵设置备用泵（完全相同的冗余设备）的保护层可靠率为1×10-1，基本工艺控制系统（BPCS）的保护层可靠率为1×10-2，后果发生的概率为1×10-4，结合风险矩阵（见表4），该氯化装置由于氯化反应器爆炸引起的氯气泄漏中毒的风险等级为C。

表3　后果等级

分析小组决定设置独立的安全仪表功能，当反应器温度高时，连锁停进料。根据企业具体风险控制要求，确定该安全仪表功能的安全完整性等级。当该安全仪表功能的保护层可靠率为1×10-2（SIL1）时，后果发生的概率由1×10-4降为1×10-6，该氯化装置由于氯化反应器爆炸引起的氯气泄漏中毒的风险等级为为E，风险可接受。