小型机场撬装加油设备风险分析

彭尧 陈宇

摘要：某小型机场年消耗航空油料在3000吨内，供应小型飞机航空汽油与航空煤油。综合考虑安全性与便利性，决定在机场内部建设航空油料撬装加油站。国内机场建设与使用撬装加油设备的经验十分匮乏，为确保安全生产，本文在该小型机场撬装加油设备实施危险与可操作性（HAZOP）分析的基础上，进行了安全完整性（SIL）定级以全面系统地对可能出现的过程故障因素、可能导致的严重后果和现有的保护措施进行评估，确定风险的等级大小，并提出降低重大风险的关键控制措施。从系统、从源头遏制事故的发生，提升安全管理水平。

关键词：撬装加油站;航空油料;HAZOP分析;风险控制

Risk Analysis of Skid-Mounted Refueling Equipment in Small Airports

PENG Yao  CHEN Yu

（Mianyang Flight Coleege of the Civil Aviation Flight University of China， Mianyang， Sichuan Province， 621000 China）

Abstract： A small airport consumes 3000 tons of aviation oil per year， supplying aviation gasoline and aviation kerosene for small aircraft. Considering the safety and convenience， it is decided to build skid-mounted aviation fuel station inside the airport. Domestic airport construction and the use of ski-mounted refueling equipment experience is very scarce. In order to ensure safe production， on the basis of HAZOP analysis of the implementation of skid-mounted refueling equipment in this small airport， SIL is graded to evaluate the possible process failure factors， possible serious consequences and existing protective measures in a comprehensive and systematic manner. Then determine the level of risk， and propose key control measures to reduce major risks. Prevent the occurrence of accidents systematically and from the source， and improve the safety management level.

Key Words： Skid-mounted refueling equipment; Aviation fuel; HAZOP analysis; Risk control

引言

针对燃油储存设备的风险分析，陈巍[1]结合燃油储运的特点，分析各种安全评价的常用方法在燃油重点部位适用后的结果，以及在实际应用中存在的不足。黄坤等[2]采用模糊综合评价时采用了“改进的层次分析法”确定权重，避免对判断矩阵的一致性检验和调整，评价方法更为简便，操作更为方便，评价结果更加准确与客观。梁桂平[3]采用九级标度法确定燃油储存安全评价指标权重，对矩阵进行一致性检验，以消除评价过程中的主观性和片面性。邓宗竹等[4]采用层次分析法得出评价指标权重，运用灰色关联分析得出参评数据序列与标准数据序列之间的关联度，将关联度最大值作为标准安全等级。苗青等[5]将可靠性的极限状态方法适用于原油管道的流动安全性评价上，建立了相应的评价体系，分析各参数变化耦合效应对管流安全的影响。姜峰等[6]针对海洋平台原油储罐采用三标度AHP法对其进行安全评价，采用二级模糊综合评价模型确定安全分级。王占顶等[7]和徐志杰等[8]采用HAZOP-LOPA分析了化工流程，且徐志杰等[8]对评价方法进行了过程危害分析的图形可视化。陶冶等[9]考虑非独立保护层，改进评价方法避免了传统方法过于保守的结果。Yazdi和Mohammad[10]分析了硫化氢气体泄露风险，计算得到了安全完整性水平与失效概率，在此基础上提出提高SIL安全性能的解决方案。陈硕等[11]对石脑油吸附分离装置的SIL等级进行了系统性分析，闫放等[12]为了实现定量化的保护层分析采用了开发集对-保护层分析（SPA-LOPA）分析法，保证了评价质量。对于安全评价的方法与结果，学者们都进行了较为全面的研究，但撬装加油设备的研究与使用尚不广泛，因此本文针对某小型机场的航空油料撬装加油站，进行了关键过程的风险评估。

1 撬装加油站简介

该撬装加油站主要包含2个50m3航空汽油卧式罐、1个50m3航空煤油卧式罐，以及相应的装卸油撬装设备。航空汽油和航空煤油通过公路运输至橇装加油装置处，通过橇装加油装置内油泵分别将接卸至储罐内储存，质量合格的航空油料通过橇装加油装置内的油泵为罐式加油车进行灌油，再通过罐式加油车给通用飞机进行加油作业。橇装加油装置必须具有防火、防爆性能，因此设置有自动监测、高低液位自动声光报警、自动控制儲油罐最高位最低位、自动关断保护与自动消防灭火功能。在此基础上通过安全分析确定系统的风险水平，分析风险控制措施的有效性。

2 HAZOP分析

HAZOP（Hazard and Operability Studies的英文缩写）是对危险与可操作性分析的简称。HAZOP系统地分析复杂工艺过程和操作，以确定和评估由于错误操作、错误执行或偏离设计目的而引起的潜在危险和后果，以便将这些危险排除或进行有效控制。本文采用经验法将实际设计和成熟的设计规范进行比较，并有选择性地使用引导词;根据引导词系统地针对工艺过程中的每一个节点，将每一个引导词应用在工艺变量上，如此重复，直到整个工艺过程分析完毕。分析得到该撬装加油设备工艺流程中的7个主要风险因素，以及消除采取的相应措施。

（1）流量过低

因为输油管线阀门未打开或开错，流量计卡死或过滤器堵塞导致输油作业中断和管线憋压严重等情况，导致油品从阀门或管线连接处泄漏引起流量过低。消除风险的采取措施为：使用进油储罐液位指示、中控设置急停按钮，关闭油泵阀门、定期清理过滤器、过滤器出口管线设置压力表、作业人员监护作业，压力低时清理过滤器、按操作手册规定过滤器清理要求和作业流程，卸油前检测核对流程等。

（2）流量过高

航油流量过高有两种主要原因，一是由于进油管道流速过高导致输油压力过大，可能导致储罐进油时液位低;液面和浮盘存在气相空间时，进油流速过快造成静电积聚，可导致燃爆事故;二是由于计量错误，输油量超过储罐剩余容量，管输至储罐累计流量过多，可能流速过快导致造成静电积聚;储罐液位上升过快导致浮盘卡涩，储罐液位过高导致油品溢流至现场，遇热源或明火发生燃烧爆炸事故。

目前安全措施为：严格控制流速在4m/s以内、流量超过限定值终止进料、设置管线及储罐了静电跨接和接地、储罐液位指示报警联锁、液位低报警和液位低低联锁关闭出口切断阀，停输油泵等。

（3）流量逆

因为操作流程错误，阀门开启顺序错误或输油泵故障停，来油压力低导致油品逆流，可能引起泵体设备损坏，罐车液位升高，油品泄漏至现场。采取措施为进油管道与罐车设置止回阀，现场设置可燃气体检测报警，操作人员及时关闭储罐进口阀门，停卸油作业等。

（4）温度过高

由于夏季机场温度过高或进料油品温度过高，导致油品蒸发量大、物料损失、泵体损坏;油品蒸汽泄露扩散到周围环境，可能发生闪爆事故，对作业人员造成伤害。主要安全措施为罐区设置温度指示报警;卸车作业用石棉被盖好槽车口，减少油气扩散，并控制卸油流速。

（5）压力过高

管线压力过高的主要原因有三点：一是由于上游分输来油压力过高或外界温度过高，管线内油品受热;二是人员误操作，管线阀门未打开过开错，导致输送泵出口憋压;三是储罐进料时通气口堵塞、浮盘卡涩、进料流速过快，浮盘上升速度可导致慢储罐压力过高。管线压力过高后输油流速过快，静电积聚，储罐液位上升过快，浮盘卡涩损坏，输油泵后憋压，造成输送泵故障损坏，管线超压可能造成物料从阀门或管线连接处泄漏，遇热源或明火发生燃爆事故。

管线压力安全措施主要包括：安装进油管线压力与储罐远传指示报警;管道、储罐设置有静电跨接;油品进料流速根据收油储罐液位上涨速度确定，流速严格控制在4m/s以内;冬季每次作业前检查是否冻堵呼吸阀;呼吸阀设置阻火器，定期检维修呼吸阀和阻火器;设置可燃气体报警、消防灭火系统和储罐压力指示报警系统，设置罐区现场温度指示。

（6）泄露

管道/阀门老化损坏，错误操作导致的泵体长时间憋压损坏或设备老化可导致油品泄漏至现场，遇热源或明火可能发生燃爆事故，对附近作业人员造成伤害。防止泄露的安全措施有：输油过程发现管线/阀门泄漏时操作人员关闭输油管线阀门，关闭储罐进口阀门;设置可燃气体检测报警;操作人员打开油阀室排风扇并定期检维修。

在此基础上建议设置可燃气体浓度高高联锁开启排风扇，设置远程启动排风扇的功能。由于现场可燃气体浓度声光报警时，外部作业或巡检人员可能无法接受到报警信号，建议在墙体外部也设置声光报警便于附近人员能及时接收到报警信号。

（7）液位过高

槽车液位过高可能由于发油过程定量装车系统故障，发油量过多;或人员操作失误，发油量设置过多。收油时储罐液位高可能由于计量错误，或液位计指示错误，未及时切换进料储罐或停止进料，导致部分油品从槽车呼吸口或储罐呼吸阀泄漏至现场，遇热源或明火发生闪爆事故;槽车满液位后油品进入油气回收装置还会造成设备损坏。液位控制措施主要有：设置油气回收装置入口气液分离器液位高高联锁停机;设置发油储罐液位指示与高液位报警，以及液位高高连锁关闭进口切断阀;围堰收容，防止油品泄漏范围扩散;设置急停按钮，异常工况下一键停卸油作业;收油后人工测量储罐油位，核对液位计与测量液位偏差，并比对现场远传液位。

3 SIL定级

HAZOP分析全面地列举了撬装加油设备工艺流程中存在的风险情况，为了进一步确定SIL（安全完整性等级），即确定安全仪表系统中的安全仪表系统的安全完整性要求的等级（离散的分级表示，从等级1至等级4，SIL级别越高，安全等级越高），以确定各风险点引起事故的严重性。考虑撬装加油设备事故发生频率，一般采用低需求模式来进行分析，划分结果见表1。

此次安全仪表系统评估SIL定级分析在HAZOP的分析的基础上，采用符合IEC61511-3 2003（过程工业安全仪表系统的功能安全标准）附录F中保护层分析（LOPA）法确定安全仪表功能的完整性等级。

LOPA风险分析前，首先建立风险容许度标准如表2所示，以保护人员安全，防止环境和财产/生产损失，建立用于此研究的假设和失效数据，根据逻辑图、P&IDs或因果矩阵确认SIF（安全仪表功能）。

然后对导致需进行LOPA后果的危险事件进行识别，并对危险事件的各项原因确定初始事件的频率与结果评估（即危险物料泄漏致死的可能性、财产损失、生产中断及环境污染）;识别独立保护层（IPLs）和風险降低因数（RRF）;根据已建立的风险容许度标准，确定SIF所需SIL。本文分析得到4个SIF回路，结果表3所示。

结果分析可以确定出航空汽油储罐两个SIL1级回路，建议针对编号1风险点设置独立保护措施包括：在储罐根部增设切断阀，高液位开关联锁罐根切断阀，设置独立的液位开关，高高限联锁并设置防火围堰，建议针对编号2风险点设置独立保护措施包括：低液位报警与低液位开关联锁停同品种发油泵。LOPA分析得到采取针对性安全措施后可大大减少事故发生频率。

4 结论

（1）通过HAZOP分析了该小型机场撬装加油设备存在的7种主要风险因素，以及相应的保护措施。可以有效地确定风险位置，并预防事故的发生。

（2）在HAZOP分析的基础上采用LOPA风险分析确定SIL定级，以确定各风险点的严重性，分析结果为航空汽油储罐存在两个SIL1级回路，针对这两个回路设置相应的独立保护措施，可以大大减少事故发生频率。

参考文献：

[1] 陈巍. 油库项目安全评价研究与实践[D].天津大学，2012.

[2] 黄坤， 刘苏， 林辉，等. 模糊综合评价法在油库安全评价中的应用[J]. 油气储运， 2006（05）：7+61-65+73.

[3] 梁桂平. 基于层次分析法的油气储运安全评价[J]. 化工管理， 2017（9）.

[4] 邓宗竹， 刘德俊， 姜东方. 灰色关联和层次分析法在加油站安全评价中的应用[J]. 油气储运， 2011， 30（011）：811-815.

[5] 苗青，张劲军，徐波，闫锋，李鸿英.原油管道流动安全评价方法及体系[J].油气储运，2018，37（11）：1218-1223.

[6] 姜峰， 曹康， 陈晨，等. 三标度AHP在海洋平台原油储罐安全评价中的应用[J]. 兰州理工大学学报， 2016， 42（005）：68-72.

[7] 王占顶，牛春林，张元元. HAZOP-LOPA分析方法在硫磺回收装置的应用[J]. 炼油技术与工程， 2020， v.50;No.421（11）：64-68.

[8] 徐志杰，李邦，宋占兵，高華宙. 统一危害评估——一种PHA数据重组和优化方法[J]. 石油化工自动化， 2020， v.56;No.298（06）：40-45.

[9] 陶冶， 姚安林， 徐涛龙，等. 考虑非独立保护层影响的LOPA改进策略研究[J]. 中国安全生产科学技术， 2019（8）.

[10] Yazdi， Mohammad. The Application of Bow-Tie Method in Hydrogen Sulfide Risk Management Using Layer of Protection Analysis （LOPA）[J]. Journal of Failure Analysis & Prevention， 2017， 17（2）：291-303.

[11] 陈硕， 胡苏. 典型化工装置安全完整性评估验证[J]. 现代化工， 2020， v.40;No.403（05）：16-19.

[12] 闫放，张舒，许开立.化工危险源定量保护层分析[J].中国安全科学学报，2019，29（01）：100-105.

作者简介：彭尧，1994年生，男，硕士研究生，助理工程师，研究方向为油气井工程。