HAZOP-LOPA分析在金属钝化剂反应釜的应用

倪玉峰 熊厚文 陈广流 吴子涵 杨金华

(金浦新材料股份有限公司，江苏 南京 210047)

重金属是造成催化裂化过程中催化剂中毒的重要原因，结果可能导致产品分布变差，装置效益降低，采用金属钝化剂可改善催化剂的活性和选择性，减少重金属对催化剂的污染。在某型号的金属钝化剂生产过程中，由于使用了氧化剂H2O2，反应风险较大，一旦反应失控，就会出现冲料、甚至超温超压的可能[1]。因此，对该型号金属钝化剂的生产过程进行危害识别和分析，是有效预防生产安全事故的关键环节和重要手段。文章通过采用HAZOP-LOPA分析方法，系统地识别过程中可能存在的风险，在现有保护措施的情况下，减轻事件发生的可能性和后果的严重程度，并提出合理可行的措施，从而达到保障安全平稳生产的目标。

HAZOP是一种系统化分析过程潜在危害的分析方法，广泛应用于石油、化工等过程。通过“引导词+工艺参数”分析工艺参数的变动、操作控制中可能出现的偏差及其对系统的影响、可能导致的后果，找出变动或偏差的原因，明确存在的主要危险、危害因素，并提出针对性的安全措施。但HAZOP只能定性分析主要危险、危害因素，不能对风险进行量化，已有的安全措施是否能够有效地降低风险，也是HAZOP分析所不能解决的。

LOPA是一种简化的风险评估方法，架起了定性分析和定量分析的桥梁，可以对现有保护措施的可靠性进行量化评估，确定保护层消除和减弱风险的能力[2]。因此，在HAZOP分析的基础上引入半定量的LOPA分析方法，识别现有的保护层措施能否起到预防事故的作用，明确是否需要增加新的措施，进而将过程风险减少到可接受水平。

1 生产工艺介绍

金属钝化剂生产工艺流程如图1所示，依次向金属钝化剂反应釜R-502C注入三乙醇胺、软水，开启R-502C釜搅拌，将进入釜内的原料搅拌均匀。同时，开启隔膜泵向H2O2滴加罐泵入定量的H2O2。若反应釜R-502C内液相温度小于40 ℃，则开启蒸汽对釜内物料进行略升温，直至釜内液相温度达到40 ℃后，开启H2O2进料调节阀。通过控制夹套、盘管循环水流量以及H2O2进料调节阀的开度大小，将釜内温度稳定在80～85 ℃。H2O2滴加(第一段)结束后，保温(80～85 ℃)0. 5 h，然后将釜内液相温度降至65 ℃以下，投入定量的三氧化二锑。保温15 min，再次向反应釜R-502C滴加计量的H2O2，控制釜温80～85 ℃，待H2O2滴加(第二段)结束后，保温(80～85 ℃)0.5 h左右。最后，降低反应釜液相温度至60 ℃，注入适量三乙醇胺，继续搅拌10 min，采样分析合格，关闭R-502C釜搅拌，开始灌装成品。

图1 金属钝化剂生产工艺流程

2 金属钝化剂反应釜的HAZOP-LOPA分析

2.1 金属钝化剂反应釜的HAZOP分析

利用HAZOP分析金属钝化剂生产装置中危险性较大的钝化剂反应釜，将反应釜及其进出料管线划分为一个节点。结合PID图、设备布置图、DCS逻辑图、操作规程、生产事故档案等相关资料，采用“引导词+工艺参数”的偏差分析方法逐一开展HAZOP分析，对可能出现的偏差事件、原因及后果进行了全面分析，列举现有保护措施，根据风险矩阵确定各事故的风险等级，部分结果见表1。

表1 金属钝化剂反应釜HAZOP分析结果

续表1

风险等级划分参照中石化HSE风险矩阵标准，A～E代表事故后果的严重性程度(包括人员伤害、财产损失、环境影响和声誉影响)，1～6代表事故发生的频率(即可能性)，风险区域分为低风险(广泛可接受)、中风险(允许的风险区域)、高风险和严重高风险(不可接受的风险区域)4个等级。对于高风险以上的后果，继续开展LOPA分析，评估现有保护措施的有效性，决定是否需要增加新的独立保护层。

2.2 金属钝化剂反应釜的LOPA分析

HAZOP分析得到的危险场景是LOPA分析的基础，LOPA分析一般选取最为严重的后果进行事故场景分析，确定初始事件IE及其发生频率，相应的频率可采用企业历史数据或者行业统计数据。评估独立保护层IPL的有效性，从而对事故场景发生的频率进行定量计算。

2.2.1 初始事件确认

选取放空阀未开作为事故场景1，其失效概率为1×10-1。TV1401D阀门故障作为事故场景2，其失效概率为1×10-1。温度控制回路TICAS1401故障作为事故场景3，其失效概率为1×10-1。搅拌器故障作为事故场景4，其失效概率为1×10-1。

2.2.2 独立保护层IPL评估

金属钝化剂反应釜的LOPA分析结果如下。

场景1：针对人员操作失误，未开放空阀而引起反应釜超压运行的情况，未采取独立保护层。后果发生频率为0.1×1×0.5=5×10-2。

显然，在无独立保护层的情况下，参照HSE风险矩阵标准可知，现有风险等级为D5(高风险，不可接受的风险区域)。建议在反应釜上设置爆破片，假设爆破片的失效概率PFD为1×10-3。那么，减轻事件的概率即剩余风险概率为1×10-3×5×10-2=5×10-5，风险等级可降低至D2(中风险)，是允许的风险区域。

场景2：(1)反应釜温度TI1401显示、高温报警，一旦TV1401D阀门故障全开，TI1401会显示、高温报警，提醒操作人员立即响应，因此可作为独立保护层IPL，其失效概率PFD为1×10-1；(2)反应釜温度TT1402高温联锁切断H2O2进料阀门XZV1401，并打开循环水阀XZV1402、XZV1403，及时阻止反应的继续，并快速移走反应热，使反应釜进入一个安全状态，符合IPL的基本要求，其失效概率PFD为1×10-2。因此，后果发生频率为0.1×0.1×1×0.5×0.01×0.1=5×10-5。

参照HSE风险矩阵标准可知，现有风险等级为D1(低风险)，广泛可接受。

场景3：该场景的独立保护层IPL同场景2，后果发生频率的计算结果同场景2，现有风险等级为D1(低风险)，广泛可接受。

场景4：IT1401、RA1401分别监测搅拌器电流和转速，一旦搅拌器发生故障，立即切断H2O2进料阀门XZV1401，因此可作为IPL，失效概率PFD均为1×10-2。采用上述后果发生频率公式，计算得剩余风险概率为0.5×10-6，风险等级为D1(低风险)，广泛可接受。

3 结论

(1)金属钝化剂反应过程中使用氧化剂H2O2，安全风险较大。文章将金属钝化剂反应釜及其连接管道划分为一个节点，运用HAZOP分析，辩识到该节点不可接受的风险共计4个。

(2)对不可接受的风险继续开展LOPA分析，其中3个高风险场景在现有保护措施的作用下，剩余风险降低，参照HSE风险矩阵标准可知，现有风险等级广泛可接受。

(3)对于操作失误(放空阀未开启)可能引起的反应釜超压运行，当前未设置保护措施，风险等级为D5(高风险)。建议在反应釜上设置爆破片，假设爆破片的失效概率PFD为1×10-3，则减轻事件的概率即剩余风险概率为1×10-3×5×10-2=5×10-5，风险等级可降低至D2(中风险)，是允许的风险区域。

(4)在HAZOP分析的基础上引入半定量的LOPA分析，有助于识别设计、改造或者运行中的潜在风险，采取针对性的独立保护层IPL，可将风险降低至可接受水平，保障安全生产。