結(jié)合LOPA的HAZOP分析在油田火筒式加熱爐中的應(yīng)用_劉國(guó)強(qiáng)

1、摘 要:介紹了 HAZOP 分析及 LOPA 分析方 法, 闡述了結(jié)合 LOPA 的 HAZOP 分析方法的步 驟, 并用該分析方法對(duì)某油田火筒式加熱爐進(jìn)行 了分析, 辨識(shí)出設(shè)施存在的危害因素以及需要增 加的安全措施, 評(píng)估了增加措施前后的風(fēng)險(xiǎn)。 關(guān)鍵詞:HAZOP LOPA 加熱爐 危害因素通過安全分析的方法對(duì)工藝裝置或設(shè)施進(jìn)行 危害辨識(shí)與分析, 可以比較系統(tǒng)地識(shí)別出各種潛 在危險(xiǎn)和危害, 并提出針對(duì)性的防護(hù)措施, 達(dá)到避 免事故發(fā)生或減輕事故后果的目的。常用的安全 分析方法中, HAZOP 分析因其系統(tǒng)、 全面、 有效等 特點(diǎn), 得到了日益廣泛的應(yīng)用與推廣 1。國(guó)家有關(guān) 主管部門也高度重視

2、 HAZOP 分析的作用, 陸續(xù)出 臺(tái)了相關(guān)文件對(duì) HAZOP 分析的應(yīng)用提出了明確 要求和指導(dǎo)性意見。因此, 掌握 HAZOP 分析方法, 并用于實(shí)際工 作已成為必然趨勢(shì)。但是, HAZOP 分析方法也存 在著自身的局限性:一是, 該方法主要注重于危險(xiǎn) 危害因素的識(shí)別:二是該方法屬于定性分析法, 無 法給出量化的危害因素危險(xiǎn)性; 三是該方法對(duì)于 現(xiàn)有的安全措施是否能夠?qū)⑽ｋU(xiǎn)性降低至可接受 的水平, 是否有必要再增加安全措施沒有展開分 析。鑒于這種情況, 人們開始注意到結(jié)合 LOPA 的 HAZOP 分析法, 并展開了相應(yīng)的研究。本文將結(jié) 合相關(guān)研究成果, 簡(jiǎn)述 LOPA 與 HAZOP 結(jié)合

3、的機(jī) 理, 探討具體步驟和方法, 然后通過該方法對(duì)油田 應(yīng)用較多的火筒式加熱爐進(jìn)行分析, 展示了結(jié)合 LOPA 的 HAZOP 分析方法的有效性。1HAZOP 及 LOPA 分析方法簡(jiǎn)介HAZOP 分析主要是通過對(duì)生產(chǎn)工藝系統(tǒng)的每 個(gè)節(jié)點(diǎn)展開分析, 利用引導(dǎo)詞的方法對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行 中可能出現(xiàn)的偏差逐一進(jìn)行分析, 找出有實(shí)際意 義的偏差, 接著分析出現(xiàn)偏差的原因, 判斷這些偏 差對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)可能產(chǎn)生的影響及導(dǎo)致的后果, 從 而辨識(shí)出生產(chǎn)工藝系統(tǒng)存在的主要危險(xiǎn)、 危害因 素, 并提出有針對(duì)性的建議措施。要成功地進(jìn)行 HAZOP 分析, 需要工藝設(shè)計(jì)、 生結(jié)合 LOPA 的 HAZOP 分析 在油田火筒式

4、加熱爐中的應(yīng)用劉國(guó)強(qiáng)(中國(guó)石化海上石油工程技術(shù)檢驗(yàn)中心, 山東東營(yíng) 257000SAFETY HEALTH &ENVIRONMENT 產(chǎn)工藝技術(shù)管理、 儀表控制、 生產(chǎn)操作等各方面的 人員共同參加, 這可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與實(shí)際操作要求 的結(jié)合, 保證分析結(jié)果深入、 全面, 并使提出的安 全措施具有可操作性 2。1.2LOPA 分析(保護(hù)層分析, Layers of Protection Analysis對(duì)于各種生產(chǎn)工藝過程, 不可避免地存在著 風(fēng)險(xiǎn)。為降低風(fēng)險(xiǎn), 需要設(shè)置很多的安全措施。 當(dāng)生產(chǎn)過程中出現(xiàn)危險(xiǎn)事件后, 通過所設(shè)置的保 護(hù)措施, 能夠大大降低危險(xiǎn)事件繼續(xù)發(fā)展的概率, 以致阻止危

5、險(xiǎn)事件發(fā)展為事故, 或即使無法阻止 事故發(fā)生, 也將降低事故的后果, 從而使風(fēng)險(xiǎn)降低 到可接受水平。具體作用過程見圖 1。事故圖 1獨(dú)立保護(hù)層作用安全措施的設(shè)置存在 2種可能:一是措施不 足, 導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)控制不夠, 風(fēng)險(xiǎn)過高; 二是措施過多, 設(shè)置了沒有必要的保護(hù)措施, 導(dǎo)致投資增大, 維修 運(yùn)行成本提高, 措施的故障還可能導(dǎo)致生產(chǎn)的停 運(yùn)。據(jù) Source 公司, 針對(duì)煉油廠制氫裝置的統(tǒng)計(jì), 有 49%的安全儀表安全保護(hù)系統(tǒng)是過保護(hù)的, 有 4%是不足的。因此, 需要有一種方法能夠?qū)υO(shè)施 的安全措施進(jìn)行分析, 以避免上述問題的發(fā)生, LOPA 分析便是為滿足上述需要而進(jìn)行的。 安全措施, 也可

6、稱保護(hù)層, 有些是多個(gè)共同作 用后才能對(duì)風(fēng)險(xiǎn)起到削減作用, 若單獨(dú)作用時(shí)效 果減弱, 甚至不起作用, 而有些則可以獨(dú)立地完成 其保護(hù)功能。對(duì)于 LOPA 分析而言, 所分析評(píng)估的 對(duì)象是能夠獨(dú)立完成保護(hù)功能的保護(hù)層獨(dú)立 保護(hù)層。在 IEC-61511 安全儀表系統(tǒng) 標(biāo)準(zhǔn)中, 對(duì) 獨(dú)立保護(hù)層進(jìn)行了界定, 即必須滿足專一性、 獨(dú)立 性、 可靠性和可審核性 4方面要求的保護(hù)層。 LOPA 分析需針對(duì)每一個(gè)假定事故情形的每 一個(gè)獨(dú)立保護(hù)層進(jìn)行分析, 包括:防止事故發(fā)生的 各獨(dú)立保護(hù)層是否有效及有效程度、 所有獨(dú)立保 護(hù)層綜合運(yùn)用后的風(fēng)險(xiǎn)能否接受、 是否需要增加 獨(dú)立保護(hù)層、 增加的獨(dú)立保護(hù)層是否能有效

7、削減 風(fēng)險(xiǎn)、 增加后保護(hù)層后的剩余風(fēng)險(xiǎn)有多大。LOPA 分析的最終結(jié)果包括初始事件頻率與 獨(dú)立保護(hù)層(IPL故障可能性的數(shù)量級(jí) (即有效程 度 、 后果嚴(yán)重度以及可容忍風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)保護(hù)層作用原理圖, 事故場(chǎng)景初始事件 發(fā)生后, 只有在第 1個(gè)保護(hù)層失效的情況下才能繼 續(xù)向下發(fā)展, 以此類推, 在第 2、 第 3 i 個(gè)保護(hù)層失 效的情況下, 事故發(fā)生的頻率逐漸變小, 風(fēng)險(xiǎn)便不 斷降低。如果事故場(chǎng)景初始事件發(fā)生的頻率為 F I , 第 1、 第 2, , 第 i 個(gè)保護(hù)層失效頻率分別為 PFD 1、 PFD 2, , PFD i , 則事故發(fā)生的頻率 可以使 用以下公式來近似計(jì)算:=F I *

8、PFD 1*PFD 2*PFD i (1 因此, LOPA 分析是一種半定量的分析方法, 利用比較簡(jiǎn)單的乘法運(yùn)算, 近似估算事故發(fā)生的 頻率, 得到了迅速的、 廣泛的應(yīng)用。1.3HAZOP 分析與 LOPA 分析結(jié)合的機(jī)理HAZOP 分析進(jìn)行的是定性分析, 分析后并未 解決這樣的疑問:采取的措施是否對(duì)降低風(fēng)險(xiǎn)有 作用?采取措施后風(fēng)險(xiǎn)水平降低了多少?是否已 降至可以接受的水平? LOPA 分析方法則可以解 決上述問題。LOPA 分析方法的基本特點(diǎn)是基于事故場(chǎng)景 進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)研究。事故場(chǎng)景是發(fā)生事故的事件鏈, 包括起始事件、 一系列中間事件和后果事件。一 般情況下, 后果嚴(yán)重的事件作為事故場(chǎng)景進(jìn)行分

9、析。每個(gè)不同的生產(chǎn)工藝系統(tǒng)都會(huì)有不同的事故 場(chǎng)景, 這可以通過 HAZOP 分析獲得。由此可見, HAZOP 分析與 LOPA 分析之間有 著很好的互補(bǔ)作用。1.4結(jié)合 LOPA 的 HAZOP 分析方法的具體步驟 HAZOP 與 LOPA 結(jié)合的分析方法見圖 2。 a 按照 HAZOP 的正常分析步驟進(jìn)行節(jié)點(diǎn)分 析, 找出工藝系統(tǒng)可能發(fā)生的各種工藝偏差事件、 形成原因及后果。b 根據(jù)現(xiàn)有措施對(duì)事件后果嚴(yán)重程度進(jìn)行初 步判斷, 找出可能發(fā)生嚴(yán)重后果的事件, 作為進(jìn)行 LOPA 分析的事故場(chǎng)景事件。c 確定事故場(chǎng)景事件的始發(fā)事件的頻率、 保 護(hù)層失效的頻率及事件的后果, 利用風(fēng)險(xiǎn)矩陣法 計(jì)算事故

10、場(chǎng)景事件的風(fēng)險(xiǎn), 根據(jù)工藝設(shè)施所在企 業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)承受標(biāo)準(zhǔn)判斷該風(fēng)險(xiǎn)能否接受。d 對(duì)于無法接受的事故場(chǎng)景事件, 提出應(yīng)增設(shè) 的保護(hù)措施, 并對(duì)其失效頻率進(jìn)行分析, 重新計(jì)算該 SAFETY HEALTH &ENVIRONMENT 40事故場(chǎng)景事件的風(fēng)險(xiǎn), 判斷增設(shè)的保護(hù)措施是否有 效降低了該事件的風(fēng)險(xiǎn), 以及風(fēng)險(xiǎn)水平能否接受。e 對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)仍無法接受的, 應(yīng)考慮增設(shè)其他 措施或改用其他工藝方法。 圖 2HAZOP 與 LOPA 結(jié)合分析過程2HAZOP 與 LOPA 結(jié)合對(duì)火筒式加熱爐進(jìn)行分析某灘海陸岸平臺(tái)有 3口油井, 油井產(chǎn)油輸入火 筒式加熱爐, 經(jīng)加熱把油氣初步分離后, 通過汽車 運(yùn)走

11、?；鹜彩郊訜釥t分離出來的氣經(jīng)分液罐后分 為 2路, 一路作為加熱爐的燃料氣, 一路排入放空 管排空?；鹜彩郊訜釥t配備有安全閥、 壓力表、 液 位計(jì)等安全附件, 該裝置采用無人值守方式生 產(chǎn)。具體流程如圖 3。圖 3火筒式加熱爐工藝以加熱爐及分液罐作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行 HAZOP 及 LOPA 分析。 2.1HAZOP 分析對(duì)該節(jié)點(diǎn)進(jìn)行 HAZOP 分析, 結(jié)果如表1。表 1結(jié)合 LOPA 的 HAZOP 分析 SAFETY HEALTH &ENVIRONMENT2.2LOPA 分析a 確定事故發(fā)生頻率等級(jí):根據(jù)挪威 SINTEF 發(fā)行的 OREDA(OFFSHOREReliability

12、Data Hand-book (第 5版 , 2009、 美 國(guó) 石 油 學(xué) 會(huì) 發(fā) 布 的 API RP581基于風(fēng)險(xiǎn)的檢測(cè)技術(shù) 等資料或根據(jù)專家 經(jīng)驗(yàn)確定事故場(chǎng)景初始事件的發(fā)生頻率、 保護(hù)措 施失效頻率后, 利用公式 (1 計(jì)算出事故發(fā)生頻 率, 并確定事故頻率等級(jí)。b 確定事故后果級(jí)別:根據(jù)事故發(fā)生后的影 響大小確定事故后果級(jí)別。c 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估:通過確定的事故發(fā)生頻率及后 果等級(jí), 構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)矩陣, 根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)所在區(qū)域確定出 風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別。根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別, 將風(fēng)險(xiǎn)分為 3類:一般風(fēng)險(xiǎn)、 中 度風(fēng)險(xiǎn)及重大風(fēng)險(xiǎn)。具體見表 2。表 2 風(fēng)險(xiǎn)分類表依據(jù) HAZOP 分析的結(jié)果, 利用 LOPA 分析對(duì) 加熱

13、爐目前風(fēng)險(xiǎn)及采取措施后的剩余風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng) 估, 得到的結(jié)果見表 1。由表 1與表 2可知, 加熱爐液位高、 液位低屬 于重大風(fēng)險(xiǎn), 目前的安全措施不足, 需要增設(shè)安全 措施。在增加液位進(jìn)油聯(lián)鎖切斷閥及爐膛滅火切 斷進(jìn)氣保護(hù)等措施后, 剩余風(fēng)險(xiǎn)達(dá)到可接受的程 度。壓力超高對(duì)加熱爐及分液罐的風(fēng)險(xiǎn)屬于一般 風(fēng)險(xiǎn)。分液罐雖未安裝安全閥, 但由于燃?xì)庖?加熱爐, 且分液罐的設(shè)計(jì)壓力要高于加熱爐的設(shè) 計(jì)壓力, 在加熱爐安全閥可靠的情況下, 不會(huì)出現(xiàn) 壓力超高情況, 不需增設(shè)安全閥。3結(jié)語通過 HAZOP 分析與 LOPA 分析相結(jié)合對(duì)火筒 式加熱爐的安全分析, 識(shí)別出某淺海油田火筒式 加熱爐存在的 2個(gè)重

14、大安全隱患, 增設(shè)安全措施后 可將設(shè)施風(fēng)險(xiǎn)降低至可接受水平。通過分析及實(shí)例應(yīng)用可知, HAZOP 分析與 LOPA 分析作為生產(chǎn)工藝系統(tǒng)的安全分析方法具 有很強(qiáng)的互補(bǔ)性。HAZOP 分析辨識(shí)出了系統(tǒng)存在 的危害因素及風(fēng)險(xiǎn), 提供了可能發(fā)生的事故場(chǎng)景 事件; LOPA 分析對(duì)事故場(chǎng)景事件的風(fēng)險(xiǎn)及采取措 施后的剩余風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)估, 解決了現(xiàn)有設(shè)施的 安全措施是否足夠, 以及增設(shè)措施后的風(fēng)險(xiǎn)是否 能夠接受等疑問, 能夠有效避免防護(hù)不足或過防 護(hù)等問題。HAZOP 分析與 LOPA 分析相結(jié)合的分 析方法, 能夠提高安全分析的深度, 量化分析結(jié) 果, 保證設(shè)施的安全性與經(jīng)濟(jì)性, 值得進(jìn)行深入的 研究并

15、推廣應(yīng)用。4參考文獻(xiàn)1吳重光主編.危險(xiǎn)與可操作性分析(HAZOP應(yīng)用指南M.北京:中國(guó)石化出版社,20122盧衛(wèi),王延平.保護(hù)層分析方法J.安全、 健康和環(huán)境,2006,6(4 3李奇,白永忠,萬古軍,等. 基于 HAZOP 的保護(hù)層分析技術(shù)研究 J.安全、 健康和環(huán)境,2010,10(9The Application of HAZOP of LOPA in Oil Field Fired Tube HeaterLiu Guoqiang (SINOPECOffshore Petroleum Engineering Technol-ogy Inspection Center, Shandong, Dongying, 257000 Abstract:the HAZOP and LOPA analytical methods are briefly introduced and the steps of HAZOP of LO-PA are elaborated. The fired tube heater of certain oil field