LOPA分析在输气场站SIL定级中的应用分析

曹旭 王惠新 刘玉杰 赵传奇

摘    要：安全仪表系统的SIL定级能够识别输气场站存在的风险隐患，并通过设置相应等级的控制系统来预防风险的发生【1】。本文从LOPA分析法入手，对输气场站的进行SIL定级分析，以此来验证输气场站现有SIL等级是否符合安全生产条件。

关键词：输气场站，HAZOP，安全

0引言

本文输气场站LOPA分析基于HAZOP分析以及安全等级评估模拟事故场景，评估事故等级，将后果失效频率降低，最终通过对所需降低失效概率的计算来确定SIL等级。本文旨在通过LOPA分析确定现有设备SIL等级，对输气场站现有SIL等级进行验证以及对后续设备升级改造提供初步设计参考。

1  LOPA分析法

LOPA分析法是一种辨识和评估风险的半定量工具。LOPA耗费的时间比定量分析少，能够集中研究后果严重或高频率事件，善于识别、揭示事故场景的始发事件及深层次原因，用于较复杂事故场景效果甚佳【2】。在工业实践中一般在定性的危害分析如 HAZOP完成之后，对得到的结果中过于复杂的、过于危险的以及提出了SIS要求的部分进行LOPA分析。

1.1  SIL等级评估实施步骤

1、根据HAZOP分析将偏差作为事件背景，将造成偏差的原因当成初始事件;

2、辨识除了安全仪表系统外的初始事件独立保护层;

3、通过安全等级评估确定等级，通过参考HSE风险矩阵标准设置可接受的频率标准，并判断是否需要SIS及确定SIL等级，确定完安全等级后，一般仅对等级C/D/E等较严重的进行SIL等级确定;

4、通过计算验证安全仪表控制系统所需要提供风险降低程度;

5、对比安全仪表系统提供的风险降低程度确定其SIL等级。

1.2  设置可接受风险标准

对事故进行风险矩阵分析。通过确定其发生的可能性，后果的严重性进而确定风险等级，SIL分级对象一般为C/D/E等较严重的事故。

a） 对于 E 等级的后果，如果需要将剩余风险 降低到低风险，应使危害事件发生频率小于次/a。

b） 对于 D 等级的后果，如果需要将剩余风险降低到低风险，应使危害事件发生频率小于次/a。

c） 对于 C 等级的后果，如果需要将剩余风险降低到低风险，应使危害事件发生频率小于次/a。【3】

2    LOPA 分析法确定SIL等级

安全完整性等级的确定受初始事件频率、初始事件频率修正因子、事故发展场景，以及有效的独立防护保护层等因素影响。

2.1  IPL分析

独立保护层能阻止事故场景向不期望后果的方向发展，并且独立于相关初始事件或其它保护层的设备、系统或行动。

目前输气场站生产过程中常见的保护层有： 基本过程控制系统 、报警与人员干预、安全仪表功能、物理保护（ 安全阀等） 、释放后保护设施、应急响应等。

这些保护层是否能够有效降低事故发生频率，起到实际作用，需要根据实际情况进行分析判断。

初始事件导致后果的频率可按以下公式进行计算：

2.2   确定SIS系统所需降低频率

在进行完IPL分析后，需要进行SIL 等级确定，主要包括： 确定初始事件的发生频率，确定各独立保护层的失效概率，确定可接受的风险等级。

SIS系统需要提供的风险降低频率用以下公式计算：

2.3  确定SIL等级

根据计算得到的SIS系统的失效概率，通过查找安全仪表系统 SIL 与失效概率的对应关系表，即可确定安全仪表等级（ SIL）。

通过以上内容可以看出运用LOPA分析确定SIL的关键点有：

1、已进行HAZOP分析，并基于HAZOP分析选取场景;

2、根据风险等级设置可接受的风险标准;

3、确定初始事件发生频率及保护层失效频率;

4、计算安全仪表控制系统所需降低的频率;

5、根据4中计算频率进行安全仪表控制系统SIL分级;

6、初始事件的发生频率，保护层失效频率等数据可通过CCPS（化工过程安全中心）数据库进行查找，本文不再一一列举。

3    输气场站SIL定级实例分析

本部分内容从我公司现有HAZOP分析中选取某个具体偏差及其导致的后果来模拟LOPA分析的事故发生场景，进行具体个例分析，通过个例分析展示SIL定级的全过程。随后结合实际情况对该输气场站现有的全部SIS系统进行SIL等级确定进行验证。常用的安全仪表控制系统及其对应的SIL等级、失效概率见下表：

3.1  某事故场景个例分析

事故场景：我公司某天然气长输管线中一天然气分输场站内过滤器超压发生天然气泄漏，引起了火灾爆炸和员工伤亡。

场站现有SIL等级（安全阀超压泄放）为3。事故等级D5，初始事件发生频率为。最终控制结果应该将其降至D1，即发生频率小于/a。可燃气体泄漏报警失效 取值，人员报警响应失效取值 。则：

通过计算结果，对应的安全仪表等级为SIL 2。现有SIL等级为3，显然满足要求。

本文主要讨论了基于的LOPA分析的SIL等级确定。分析过程中存在部分数据或数据库难以查找的情况。在后续分析中，将尽可能完善相关资料。以便于验证各场站现有保护层是否满足要求以及为后续改造提供相关参考。

3.2  某输气场站全站SIL等级分析及验证

参考文献：

【1】陈天一.LOPA在化工安全仪表系统SIL定级中的应用分析.《中国化工贸易·中旬刊》2019年第04期.

【2】张轶.黄雪梅.浅析LOPA分析法.《仪器仪表标准化与计量》2019年000期003卷.

【3】中石油《HSE風险矩阵标准》（QSH 0560-2013）.

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