基于保护层分析的液化气球罐区SIL定级

2018-05-24张星华

山东化工 2018年9期

张星华

(河北生特瑞工程设计有限公司，河北石家庄 050011)

液化气储罐的安全风险很大，国内液化气罐区的安全事故近年也时有发生，损失惨重。为了削减风险，国内新出台多个指导意见，从自动控制系统对构成一、二级重大危险源的液化气罐区作出明确规定，必须配备独立的安全仪表系统(SIS)。SIS在大型液化气罐区中的应用势在必行，对其安全完整性等级(SIF)的定级也成为工艺安全专业一项重要的研究内容。

SIF定级的方法有安全层矩阵法、校正的风险图、风险图和保护层分析(LOPA)等方法[1]。由于给定了场景频率和后果的具体数值，LOPA这种半定量分析方法提供了更具可靠性的风险判断，并且与定量分析方法相比花费的时间少，可以更快地达成风险判断。综合考虑较高的精确分析、易于操作和高效等因素，本文选择采用LOPA方法，进行了液化气罐区SIS的SIL定级。

1 LOPA简介[2-3]

LOPA即保护层分析，是一种风险评估方法，是在定性危害分析(HAZOP等)的基础上，进一步对具体的场景的风险进行相对量化(准确到数量级)的研究，其过程为分析工艺风险，评估独立保护层(IPL)的效果，确定现有保护层的总体性能。比较风险程度与可容忍标准之间的差距，确定是否需要安全仪表功能(SIF)，并确定每个SIF所需的安全完整性等级(SIL)。

LOPA基本流程图见图1。

图1 LOPA基本流程图

2 分析过程

2.1 场景识别和筛选

LOPA分析中的场景信息来源于HAZOP分析、故障假设分析、安全检查表、事故树假设分析等危害分析的结果，以及生产运行问题、变更、事故事件或安全仪表功能审查。HAZOP分析虽然需要更多的详细信息，但却能更加全面地识别出给定系统的危险和设计缺陷。HAZOP分析节点中每个偏差、原因、后果构成了一个场景，且采用定性的方法对场景后果的严重性进行了评估，后果严重性评估分级可参考文献[4]。由于HAZOP分析的节点较多，根据事故后果严重性进行筛选，筛选出严重后果4级及以上的节点作为LOPA分析的场景。

2.2 初始事件的确认

将HAZOP分析中引起偏差的原因再细分为独立的初始事件(如“冷却失效”可细分为冷却剂泵故障、电力故障或控制回路失效)，以便于识别独立保护层。并确认已辨识出所有的潜在初始事件，确保无遗漏。

2.3 独立保护层评估

HAZOP分析中的现有安全措施包含了独立的或非独立的保护层，注意独立保护层需要满足独立性、有效性和可审查性。

典型的独立保护层有固有的安全设计特征、基本过程控制系统(BPCS)、报警系统和人员响应、安全仪表系统、压力释放系统、释放后的保护设施、工厂和公众紧急响应等。作为独立保护层需要特别注意以下要求：

a)安全仪表系统在功能上独立于BPCS；

b)报警后的操作人员应有足够的时间响应，其任务具有单一性和可操作性；

c)压力释放系统起作用后避免造成其他危害，还需考虑在腐蚀、堵塞、不恰当维护等环境下使用高的PFD值；

d)释放后的保护设施应独立于场景中的其他保护层，因此可燃有毒气体检测报警系统、防中毒的正压通风系统及中和系统、与消防联动的控制系统等需要独立于BPCS系统。

2.4 场景频率的计算

单一场景、低要求模式下的后果发生频率计算如下：

式中：

PFDij—初始事件i中第j个阻止后果C发生的独立保护层IPL的失效概率PFD；

表1 安全仪表功能的安全完整性等级(低要求操作模式)[6]

初始事件的发生频率和IPL的PFD数据可采用行业统计数据或企业历史数据，低要求操作模式时安全仪表功能的失效概率按照表1确定。

2.5 风险评估与建议

根据场景频率计算结果和后果等级，与表2风险评估矩阵比较。以风险尽可能低为原则，将表2中的低风险作为可容许风险。计算风险小于场景可容许风险，继续下一场景的LOPA分析；计算风险大于场景可容许风险，应建议满足可容许风险标准所需采取的措施，并确定拟采取措施的PFD，以将风险降低到可容许风险之下。

表2 风险评估矩阵

注：风险等级说明：低：不需要采取行动；中：可选择性的采取行动；高：选择合适的时机采取行动；很高：立即采取行动。

3 液化气球罐区的保护层分析

本文以单台液化气球罐为例，球罐设有液位、压力、温度的连续监测仪表，并在DCS系统设有液位高限、高高限报警，压力高限报警和温度高限报警；球罐顶部设有2个安全阀，每个都能满足事故状态下泄放量的要求，安全阀前后分别设置1个全通径切断阀，实现安全阀定期校验时的在线备用；另外设置一个安全阀副线，作为紧急放空线。

根据HAZOP分析作为场景信息来源，筛选出后果等级5级的节点组成如表3所示LOPA场景。