HAZOP与LOPA联合分析在加氢裂化装置上的应用

吕 品，王建伟，许 晶，路荣博，王家见

(1.中国石化集团公司安全监管局，北京 1000002.中国石化安全工程研究院，山东青岛 2660713.化学品安全控制国家重点实验室，山东青岛 266071)

HAZOP与LOPA联合分析在加氢裂化装置上的应用

吕 品1，王建伟2，3，许 晶2，3，路荣博2，3，王家见2，3

(1.中国石化集团公司安全监管局，北京1000002.中国石化安全工程研究院，山东青岛2660713.化学品安全控制国家重点实验室，山东青岛266071)

介绍了危险及可操作性分析(HAZOP)和保护层分析(LOPA)以及两者之间的关系、HAZOP与LOPA方法联合分析步骤；以200×104t/a 加氢裂化装置为研究对象，选择其中循环氢脱硫塔单元为示例节点，应用HALOPA分析软件对潜在风险进行定性和半定量分析，并提出相应的风险控制方案；HAZOP和LOPA两种安全评价方法相结合，实现信息和数据共享，是提高化工企业安全评价客观性和准确性的有效途径。

危险及可操作性分析 保护层分析 加氢裂化 安全评价

危险与可操作性分析(HAZOP)在过程行业得到了广泛的应用，并已经显示了很强的影响力和生命力。但HAZOP分析也存在不足，由于是定性的分析，没有量化，人为主观因素对后果判断的影响较大。而保护层分析(LOPA)方法是20世纪90年代新兴的风险评估方法，是一种半定量的方法，简便易用，是建立在HAZOP分析基础上的方法。通过将HAZOP与LOPA结合可以弥补单独HAZOP、LOPA分析中存在的不足。目前对石化装置同时进行HAZOP和LOPA联合分析已逐渐得到推广。

1 HAZOP与LOPA方法及关系

HAZOP主要分析工艺过程、操作过程中各种偏差发生的原因以及所产生的后果，判断发生的原因、后果的风险等级，以及针对偏差、后果的现有安全保护措施，并提出建议措施来进一步降低风险[1-3]。

LOPA主要分析安全保护层(独立保护层)。正确识别和选取独立保护层是完成LOPA分析的重点内容之一。典型化工装置的独立保护层呈“洋葱”形分布，从内到外一般设计为：过程设计、基本过程控制系统、警报与人员干预、安全仪表系统、物理防护、释放后物理防护、工厂紧急响应以及社区应急响应等[4-5]。

针对HAZOP分析识别出来的重大工艺安全事故，需要进一步采取半定量的LOPA分析，以确定风险等级是否可以接受，其结果可以返回给未完成的HAZOP分析，实现HAZOP与LOPA信息的传输与共享[6]。

目前的评估方法中，HAZOP和LOPA的评估是独立的两个过程，许多企业通常只在确定SIS系统的SIL等级时，才进行LOPA评估，LOPA也是IEC61511标准中确定SIS系统的SIL等级推荐做法之一[7]。如果将HAZOP与LOPA结合在一起进行评估，除可以确定SIS系统的SIL等级外，还将有助于HAZOP评估人员认识过程危险与必须实行的安全行为之间直接的联系，将使安全系统的分配或应该采取的对应措施更有针对性；同时在定性危险分析中产生的争论和分歧通过LOPA可以达成一致。

2 HAZOP和LOPA联合分析步骤

HAZOP是LOPA工作开展的基础，LOPA是HAZOP分析结果的延伸与量化，利用编写的HALOPA软件进行联合分析，主要步骤如下：①分析前的准备工作，包括各种资料的收集及人员的组织工作；②利用HAZOP进行节点分析，识别工艺系统内的偏差事件、原因及结果；③判断事件后果严重程度，确定事故场景起始事件频率、保护层失效频率及后果；④判断事故场景事件(有SIS及无SIS)的剩余风险，根据企业的风险承受标准判断该风险能否接受；⑤对风险无法接受的场景事件，提出应增设的独立保护措施，并重新计算该事故场景事件的风险，判断增设保护措施后风险水平能否接受；⑥对于风险仍无法接受的，应考虑增设其他措施或改用其他工艺方法，并判断SIL等级是够足够以及是否需要增设SIF回路[8-9]。HALOPA分析过程见图1。

图1 HA LOPA分析过程

3 HAZOP与LOPA联合分析的应用

以某企业200×104t /a加氢裂化装置为研究对象，应用HAZOP和LOPA联合分析[5-7]对该装置进行风险评价，共划分28个节点，分析各种偏差问题540项，提出相关安全建议措施76条。以加氢裂化装置循环氢脱硫塔单元作为示例，阐述HAZOP和LOPA联合分析在加氢裂化生产装置中的应用。

3.1 分析准备工作

组建HAZOP与LOPA联合分析小组；准备必要资料，并发放到分析小组成员手中；确定分析过程中使用的严重等级、频率等级及风险矩阵表。本次分析风险矩阵使用中国石化统一的5×6风险矩阵表。

3.2 循环氢脱硫塔节点

循环氢脱硫过程因存在高压循环氢，脱硫压力高、温度控制严格，易发生高压窜低压、循环氢带液损坏压缩机、溶剂发泡等高风险事故。节点流程见图2。

图2 循环氢脱硫塔流程

冷高压分离器出来的气体经循环氢脱硫塔入口分液罐脱除高分气中夹带的烃类后进入循环氢脱硫塔脱硫，贫溶剂由贫胺液泵送入循环氢脱硫塔上部。脱硫后的冷高分气进入循环氢压缩机入口分液罐分液后再进入循环氢压缩机升压。

3.3 循环氢脱硫塔节点HAZOP和LOPA联合分析

分析步骤如下：①选择分析参数，包括循环氢脱硫塔液位、脱硫温度、组分等；②对循环氢脱硫塔系统可能出现的偏差事件、偏差原因及后果进行全面分析，根据偏差发生的原因确定初始事件频率，并通过风险矩阵确定初始事故风险等级；③按照LOPA分析要求分别列出各独立的保护层，并确定其失效概率；④根据起始事件频率及保护层失效概率，计算潜在事故消减后的发生频率及频率等级；⑤确定不包含安全仪表系统的风险等级；⑥根据风险矩阵确定当前保护措施下的风险等级，对风险不在可承受范围内的，需要增加其他保护措施，并计算消减后的事故发生频率(如增设安全仪表系统或提高SIL等级)，直至风险在可接受的范围内。

简要分析记录见表1。

表1 HALOPA分析记录

3.4 结果与讨论

由循环氢脱硫塔节点HAZOP与LOPA联合分析结果可知：循环氢脱硫塔液位高的偏差会导致循环氢带液，严重时会导致循环氢压缩机损坏(严重高风险D6)，已有安全措施包括液位高报警及联锁保护等，消减后的风险在可接受范围内(中风险D2)，不需增加额外保护措施；循环氢脱硫塔液位低的偏差会导致高压窜低压，引发火灾爆炸事故(严重高风险D6)，根据现有保护措施，消减后的风险不能接受(高风险D5)，建议增加相应安全措施，比如增加液位低低联锁保护等；胺液组分变化的偏差会使胺液发泡，严重时会导致循环氢压缩机损坏(严重高风险D6)，根据现有保护措施消减后的风险在可接受范围内(中风险D2)，建议循环氢脱硫塔增设差压显示及报警；循环氢温度高的偏差会导致温差过大、胺液发泡(高风险C6)，根据现有保护措施，消减后的风险(中风险C5)，建议增加相应安全措施，比如重新核算高压空冷负荷或更换高效叶片等。

4 结语

a)通过HAZOP与LOPA联合分析，解决了HAZOP分析中不能评定现有安全措施的有效性和剩余风险不能量化的问题。应用LOPA分析的定量特性，可以确认现有的保护措施是否足够，剩余风险是否达到可接受范围，是否需要增加新的保护措施，从而进一步识别HAZOP风险被控制的程度，提高了风险评估的科学性。

b)HAZOP与LOPA方法可对工艺装置进行全面、系统的分析研究，能够有效识别事故场景的始发事件、中间事件、安全保护层和事故后果，并提出切实可行的建议与措施，分析结果更具有客观性和准确性。

c)HAZOP与LOPA分析的结论可以为装置新增安全措施的选择提供依据和帮助。例如当装置需要增加新的安全仪表系统(SIS)时，通过HAZOP与LOPA分析确定风险降低要求，可以确定安全仪表系统的SIL等级，为安全仪表系统提供合理、经济的选择方案。

d)目前炼化装置应用HAZOP与LOPA方法进行危险分析已经逐步得到推广，本文通过典型炼油装置的分析实例，对HAZOP与LOPA方法的联合应用过程进行了研究。该方法在HAZOP分析基础之上融合了LOPA分析，通过编写的HALOPA软件进行统一分析，一次性地对安全措施、安全仪表系统进行定量、定级，提高了装置工艺危险分析过程的客观性、准确性和科学性，避免了HAZOP分析中对风险评估过低或过高的情况，并可提出合理、有效的安全建议与措施，为企业安全风险管理提供依据。

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[5] CCPS. Layer of Protection Analysis—Simplified ProcessRisk Assessment[M].New York: American Institute of Chemical Engineers, Center for Chemical Process Safety,2001.

[6] 李娜，孙文勇，宁信道．HAZOP、LOPA和SIL方法的应用分析[J].中国安全生产科学技术，2012，8(5)：101-106.

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[8] 白永忠，张广文，蒋军成.复合型工艺危害分析与控制技术的应用研究[J].中国安全生产科学技术，2013，9(1)：85-91.

[9] 许芝瑞,孙文勇,赵东风.HAZOP 和LOPA 两种安全评价方法的集成研究[J].安全与环境工程，2011，18(5):65-68.

HAZOPandLOPAJointAnalysisintheHydroCrackingUnit

Lv Ping1, Wang Jianwei1,2, Xu Jing1,2, Lu Rongbo1,2, Wang Jiajian1,2

(1.SINOPEC Research Institute of Safety Engineering, Shandong, Qingdao, 266071 2.State Key Laboratory of Safety and Control for Chemicals, Shandong, Qingdao, 266071)

This paper describes the hazards and operability analysis (HAZOP) and Layer of Protection Analysis (LOPA) and the relationship between HAZOP and LOPA joint analysis method step; take 200 × 104t / a hydro cracking unit as the research object, select wherein circulating hydrogen desulfurization tower unit as an example node, application software HALOPA analysis of potential risks for qualitative and semi-quantitative analysis, and the corresponding risk control programs; the combining of HAZOP and LOPA evaluation methods for the information and data sharing is the effective way to improve the objectivity and accuracy of chemical safety assessment.

HAZOP; LOPA; hydro cracking; safety assessment

2016-07-20

吕品，高级工程师，1983年毕业于黑龙江商学院石油储存自动化专业。现主要从事石油化工和油品销售企业安全监管工作。