基于Bow-tie模型的甲醇污水净化站风险分析

李冰毅

(中国石化华北油气分公司，河南郑州 450006)

针对天然气净化处理过程中的危险有害因素，许多学者开展了相关分析研究。许述剑等[1]通过相关事件案例分析，明确高含硫天然气净化过程中硫冷凝器实际存在的腐蚀机理，并提出了相关措施和建议；李根生[2]通过划分作业评价单元，运用事故树定量分析法(FTA)与作业条件危险性评价法(LEC)对甲醇泄漏时可能引发的火灾、爆炸事故进行了定量对比评价，并提出了针对性的对策措施；周宁等[3]通过层次分析法(AHP)和模糊综合评价法建立了完整性评价模型，为降低潜在风险提出了措施；张贺等[4]通过总结天然气净化厂安全监管过程中的经验，提出了基于情景构建的安全监管模式。

Bow-tie分析法能够直观地显示“危害因素→事故→事故后果”的全过程，清楚地展现引起事故的各种途径；分析人员可以有效利用屏障设置获得预防事故发生的措施，以及如何加强控制措施来降低风险或杜绝事故。本论文选取某气田甲醇污水净化站为研究对象，采用Bow-tie分析法，开展危害识别与风险评估，通过制定相应的管控措施，降低甲醇、凝析油等危险物质的火灾、爆炸风险，以保证天然气净化安全平稳运行。

1 研究背景

1.1 生产现状介绍

某气田甲醇污水净化站承担该气田集气站的甲醇污水处理、凝析油回收等工作。主要工艺单元有甲醇污水储运、水质预处理、甲醇再生、凝析油和甲醇储运、污水回注、污泥处理等。其工艺流程如图1所示。

1.2 Bow-tie介绍[5]

Bow-tie，即风险管控措施与行动模型，又称领结图。主要原理是：以领结图的方式将危险源、危险有害因素、预防措施、顶上事件、减缓措施和事件后果关联在一起，如图2所示。领结图左边表示事件树，表明了可能导致顶级事件发生的可能性和预防措施；领结图右边表示事故树，表明了顶上事件失效发生事故后果的严重性和减缓措施。

图1 甲醇污水净化站工艺流程

图2 Bow-tie分析示意

2 Bow-tie分析

以危险源为核心，以甲醇污水处理工艺流程为主线，按照“危险源辨识、工艺流程梳理、风险点排查、风险评估、控制措施制定”5个步骤开展Bow-tie分析。

2.1 危险源辨识

甲醇污水净化站主要危险、有害物质有甲醇、凝析油、天然气、含油污水、废水、含油污泥、化学试剂等。根据GB18218-2018《危险化学品重大危险源辨识》[5]进行重大危险源辨识，得出甲醇构成重大危险源。

甲醇，无色澄清液体，有刺激性味，具有易燃、易爆、有毒的特性。根据GB50183-2004《石油天然气工程设计防火规范》，其火灾危险性属于甲B类。

2.2 工艺流程梳理及风险点排查

根据甲醇的危险特性和甲醇输送工艺流程，对甲醇输送过程风险点进行排查，排查结果如表1所示。

表1 甲醇处理过程风险点排查一览

2.3 风险分析及管控措施

根据甲醇处理过程排查出的风险点，参照《中国石化安全风险评估指导意见》(中国石化安风[2018]38号)，选取风险程序较高的精馏塔腐蚀导致甲醇泄漏和储罐腐蚀或误操作冒罐导致甲醇泄漏两个事件，采用Bow-tie分析法开展风险评估，确定事件发生的概率和风险等级，最后提出相应的风险管控措施。

2.3.1精馏塔甲醇泄漏分析

按照Bow-tie分析步骤，选取甲醇为危险源，精馏塔甲醇泄漏为顶上事件，甲醇爆炸为事故后果，预防屏障2道，减缓屏障4道，分析结果如图3所示。

对6道安全屏障进行评估，发现：①未按照TSG 21-2016《固定式压力容器安全技术监察规程》相关要求，定期对精馏塔进行检测，导致“安全评估”屏障失效；②消防设施未进行防冻保温、消防系统未经检测验收，导致“应急处置”屏障失效。

图3 精馏塔甲醇泄漏Bow-tie分析

通过对屏障的有效性评估，提出以下控制措施：①定期对压力容器等重要设备进行定期检测、维修，保障设备的本质安全；②开展应急能力评估，根据应急预案、应急设施等方面存在的问题逐一进行完善，保障在顶级事件突发时，应急处置得当。

2.3.2储罐甲醇泄漏分析

按照Bow-tie分析步骤，同样选取甲醇为危险源，储罐甲醇泄漏为顶上事件，甲醇爆炸为事故后果，预防屏障6道，减缓屏障9道，分析结果如图4所示。

对15道安全屏障进行评估，发现：①液位超限没设置报警后的联锁处置，导致“联锁切断”屏障失效；②消防系统未经检测，未通过消防验收导致“应急处置”屏障失效。

图4 储罐甲醇泄漏Bow-tie分析

通过对屏障的有效性评估，提出以下控制措施：①定期检测液位计和高液位报警系统，并设置联锁功能；②按计划开展消防检测，取得消防验收手续。

3 风险对比分析

依据中国石化安全风险矩阵[7，8](如图5所示)，将各类风险的严重性分为A、B、C、D、E、F、G共7级，工作中A级最轻，G级最重；将各类风险的可能性分为1～8级，其中1级最小，8级最大；风险矩阵中每一个具体数字代表该风险指数值，最小为1，最大为200。

图5 中国石化最新版安全风险矩阵

为了降低精馏塔甲醇泄漏和储罐甲醇泄漏的风险，针对失效的两项屏障措施，采用保护层分析方法(LOPA，如图6所示)。结合有效性评估结果，对落实相关控制措施后，风险的变化情况进行分析对比。结果分别如表2和表3所示。

通过风险对比分析，可以看出：采取相应的风险管控措施后，精馏塔甲醇泄漏引发爆炸的风险等级由D5(25)降低到D3(12)，储罐甲醇泄漏引发爆炸的风险等级由E4(22)降低到E3(15)。

图6 保护层分析方法示意

控制措施顶级事件初始概率修正系数保护层点火概率事故概率事故后果风险等级措施落实前精馏塔爆炸1×10-20.11×10-31～2人死亡D5,25较大风险措施落实后精馏塔爆炸1×10-21×10-20.11×10-51～2人死亡D3,12一般风险

表3 控制措施落实前后风险对照(甲醇储罐爆炸)

4 结论

a)以危险源为核心，以工艺流程为主线，按照“危险源辨识、工艺流程梳理、风险点排查、风险评估、控制措施制定”5个步骤开展Bow-tie分析，能够本质安全层面识别风险，明确关键行动和任务。

b)Bow-tie模型是集故障树、事件树和圆葱图理论相结合的系统风险分析及量化技术，与传统的风险识别方法相比，具有较高的应用价值。

c)Bow-Tie模型用图形的方式清晰地表示问题，更加直观、便于理解，能够全面的识别风险、制定措施，真正从源头管控重大风险，消除重大隐患。