基于LOPA方法的原油储罐风险评估技术

陶富云

摘 要：保护层分析（LOPA）是一种半定量的风险评估方法，它可以分析原油储罐事故的后果与频率，帮助决定是否需要增加或改变独立保护层，以降低原油储罐的安全风险。本文通过LOPA方法对原油储罐的安全风险分析，为有效落实安全措施提供依据。

关键词：原油储罐;保护层分析;初始事件;独立保护层;安全仪表系统

中图分类号：TE88文献标识码：A

1 原油储罐安全风险

原油储罐在油气储运过程中用于原油存储，在此过程中存在着油品泄漏、人员中毒、火灾爆炸等事故。原油储罐的生产工艺和设备操作条件下物料的危险性情况如下：

1.1 原油泄漏

因罐体腐蚀、人员物操作的冒油，管线膨胀变形等原因造成的原油泄漏。

1.2 火灾爆炸

（1）若原油发生泄漏、外溢、可能形成油气可燃性混合物，遇点火源可能引起火灾爆炸事故。

（2）在工艺流程中，如果设备损坏、控制系统故障或者操作不当，可引起流程中高压串低压，导致低压系统设备超压，可引起火灾爆炸事故。压力容器超压可能引起物理爆炸，并导致火灾爆炸。

（3）引起火灾、爆炸事故的点火能主要包括明火源、化学能、摩擦与撞击、高温物体、电气火花、雷击放电、静电、热辐射等。

1.3 中毒

原油中含有硫化氢，硫化氢是强烈的神经毒物，对黏膜也有明显的刺激作用。在较低浓度下，即可引起呼吸道以及眼黏膜的局部刺激作用;浓度越高，全身性作用越明显，表现为中枢神经系统紊乱和窒息症状。长期低浓度接触硫化氢会引起结膜炎和角膜损害。

1.4 工艺操作中造成的储罐损坏

将原油从储罐输出过程中，因呼吸阀损坏或阻火器堵塞造成储罐被外输泵抽负压造成损坏。将原油原油转入储罐的过程中，因呼吸阀损坏或阻火器堵塞造成的储罐超压。

因此，选用LOPA方法有助于了解现有的安全措施是否足以将储罐的安全风险降低到可接受的水平，以及增加新的安全措施后，能够将风险降低到什么水平，对原油储罐的安全运行和维护管理具有重要的意义。

2 基于LOPA方法的风险分析技术

2.1 LOPA方法介绍

LOPA是建立在定性风险评估（例如HAZOP分析）的基础上的半定量分析方法，它可以通过分析事故的后果与频率，决定是否需要增加或改变独立保护层，以降低事故风险[1-6]，并可以确定是否有足够的保护层以防止意外事故发生，可对一个或多个场景的风险进行分析和评估。

在进行LOPA分析前需要建立风险矩阵（内容包括：安全、环境、财产风险容许度标准）、确立初始事件及其失效概率、独立保护层失效概率、使能条件、修正因子（点燃概率、爆炸概率、人员伤亡概率等）[7]、联锁逻辑图、工艺管道和仪表流程图、因果矩阵、工艺危害分析等资料。

LOPA的分析过程（图1）能反映出整体安全目标、初始风险水平、保护层的安全性能，以便于对设备设施腐蚀风险进行有效分析。

2.2 独立保护层

独立保护层（IPLs）是能够阻止场景向不良后果继续发展的一种设备、系统或行动，并且独立于初始事件或场景中其他保护层。IPLs包括：

2.2.1 本质安全设计

本质安全设计是指通过设计等手段使生产设备或生产系统本身具有安全性，即使在误操作或发生故障的情况下也不会造成事故的功能。

2.2.2 基本过程控制系统（BPCS）

BPCS包括自动控制和手动控制，可以使生产流程的操作参数处于安全的工作范围内。

2.2.3 报警及人员响应

将工艺参数设置报警值，当报警被触发时可以提示工艺人员进对工艺流程的偏差进行处理。

2.2.4 安全仪表系统（SIS）

SIS系统由传感器、逻辑解算器和执行元件组成，当工艺参数达到联锁值时触发联锁，SIS系统可达到预防事故或减轻事故后果的目的。如设备发生腐蚀泄漏事故时，SIS系统可触发联锁，使工艺流程处于安全状态。SIS系统具有一定的安全完整性水平，安全完整性等级（SIL）选取的模式分为要求操作模式（表1）和连续操作模式（表2），LOPA分析时应根据实际情况选取。

2.2.5 物理保护

物理保护属于释放措施，为提供容器超压保护，如安全阀、爆破片等。

2.2.6 释放后的保护

释放后的保护属于被动的保护措施，可用于事故的危害后果，如围堰，当罐体发生腐蚀泄漏时，围堰可用于防止物料扩散。

IPLs应具有专一性（IPL专门设计用于防止或减轻某一潜在危险事件）、独立性（独立于初始事件和其他保护层）、可靠性（按照设计意图可靠地完成相关保护功能）、可审查性（便于对保护功能进行定期确认，能够对其进行必要的检验测试或日常维护）[8]。

3 LOPA方法在腐蚀风险分析技术应用

基于LOPA方法的原油储罐腐蚀风险分析应用情况如下：

简化P&ID图示例（图2）。来自上游工艺单元的原油进入原油储罐T-103，原油供料管道总是带压。原油储罐受液位控制回路（LIC-80）控制，LIC-80檢测储罐液位，通过液位调节液位阀（LV-80）控制液位。原油输往下游工艺使用。LIC回路包括提醒操作人员的高液位报警（LAH-80）和低液位报警（LAL-80）。

3.1 针对腐蚀情况的场景识别与筛选

通过前期进行的定性风险分析或直接对风险进行识别，作为场景信息的来源。选定的事故场景为原油储罐出口管道腐蚀造成原油泄漏，遇点火源发生火灾爆炸，造成人员伤亡，后果等级为5级，风险容许度频率为1×10-6/y。