基于LOPA的混合重油罐溢油風(fēng)險(xiǎn)評估與管理

謝小莉(中石油云南有限公司儲運(yùn)部,云南 安寧 650399)

基于LOPA的混合重油罐溢油風(fēng)險(xiǎn)評估與管理

謝小莉(中石油云南有限公司儲運(yùn)部,云南 安寧 650399)

為了評估混合重油罐的安全水平，通過危險(xiǎn)與可操作性分析（HAZOP）辨識混合重油罐的溢油風(fēng)險(xiǎn)，并在此基礎(chǔ)上運(yùn)用保護(hù)層分析（LOPA）方法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估。分析結(jié)果表明，通過液位聯(lián)鎖控制、溫度聯(lián)鎖控制、報(bào)警及人員干預(yù)、防火堤等保護(hù)層對溢油風(fēng)險(xiǎn)的減緩作用，該油罐的風(fēng)險(xiǎn)處于可接受水平。進(jìn)一步針對該油罐區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)水平和安全管理的現(xiàn)狀，提出“HAZOP+LO?PA+安全標(biāo)準(zhǔn)化”的工藝安全管理新模式，提出基于安全標(biāo)準(zhǔn)化的保護(hù)層維護(hù)建議，為混合重油罐區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)管理提供指導(dǎo)。

保護(hù)層分析（LOPA）；風(fēng)險(xiǎn)評估；混合重油罐；安全標(biāo)準(zhǔn)化管理

油品儲運(yùn)是煉油企業(yè)的核心環(huán)節(jié)，由于其危險(xiǎn)物質(zhì)數(shù)量大，因?yàn)槲ｋU(xiǎn)性高。混合重油罐作為油品存儲的重要措施，其安全性至關(guān)重要，安全保障措施不足或損壞輕則影響正常工作運(yùn)行，重則導(dǎo)致火災(zāi)等重大事故。因此，對混合重油罐進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估和管理具有重要意義。

目前，危險(xiǎn)與可操作性分析（HAZOP）已經(jīng)覆蓋了全廠的工藝流程，針對流程分析了各個(gè)環(huán)節(jié)的偏差，并制定了相應(yīng)的防護(hù)措施；但HAZOP分析對保護(hù)措施的描述較為籠統(tǒng)，缺少對風(fēng)險(xiǎn)的量化計(jì)算，而且對是否應(yīng)當(dāng)增添新的保護(hù)措施不能作出明確結(jié)論。本文在HAZOP分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合LOPA分析法，對混合重油罐的保護(hù)層進(jìn)行半定量的分析，確定其風(fēng)險(xiǎn)水平，并進(jìn)一步根據(jù)安全標(biāo)準(zhǔn)化理念提出保護(hù)層維護(hù)措施，確保保護(hù)層的安全性和可靠性。

1 保護(hù)層分析法（LOPA）

1.1 方法簡介

保護(hù)層分析法（Layer of Protection Analysis，簡寫為LOPA）起源于化工領(lǐng)域，經(jīng)過多年的發(fā)展和完善，目前已成為一種常用的風(fēng)險(xiǎn)評估方法。保護(hù)層分析是一種半定量的工藝風(fēng)險(xiǎn)分析方法，其對風(fēng)險(xiǎn)的描述是通過在初始事件的風(fēng)險(xiǎn)演化路徑上構(gòu)建保護(hù)層，評估保護(hù)層的失效頻率，最終確定后果的嚴(yán)重程度[1]。保護(hù)層分析可以看作是事件樹分析的一種變體,如圖1所示[2]。與事件樹一樣，初始事件是整個(gè)分析過程的開始，在保護(hù)層分析中處于中心的位置，在工藝風(fēng)險(xiǎn)分析過程中通常是表示參數(shù)的偏離；從初始事件往右側(cè)依次展開成樹狀結(jié)構(gòu)，表示該事件發(fā)生后可能會引起的一系列保護(hù)層響應(yīng)；樹的末端表明初始事件可能導(dǎo)致的不期望后果。為了降低初始事件造成嚴(yán)重后果的可能性，保護(hù)層應(yīng)當(dāng)具有一定的可靠性，防止事件朝著事故的方向發(fā)生發(fā)展。通常情況下，保護(hù)層越多，整個(gè)系統(tǒng)的安全性越高，但同時(shí)會帶來經(jīng)濟(jì)上的壓力。因此目前采用的做法是設(shè)定風(fēng)險(xiǎn)可接受范圍，只需通過保護(hù)層將風(fēng)險(xiǎn)降低到可接受范圍內(nèi)，便可認(rèn)為此保護(hù)層是可靠的。

圖1 典型的保護(hù)層分析圖

1.2 保護(hù)層

保護(hù)層顧名思義就是用來提供保護(hù)的層次，它可以是保護(hù)措施、人工干預(yù)、規(guī)章制度等等。通常用一個(gè)“洋蔥”來形象地描述保護(hù)層，如圖2所示[3]。

圖2 保護(hù)層的洋蔥模型

圖3 工藝流程示意圖

圖中為標(biāo)準(zhǔn)的保護(hù)層七個(gè)層次，在實(shí)際運(yùn)用中可能只利用其中某幾個(gè)。在保護(hù)層模型中，事件的發(fā)生由里向外依次進(jìn)行。在每層保護(hù)的作用下，事件每經(jīng)過一層，其風(fēng)險(xiǎn)便會降低一次，通過多重保護(hù)層的作用可達(dá)到降低事故風(fēng)險(xiǎn)的目的。

2 混合重油罐溢油的保護(hù)層分析

2.1 流程分析

混合重油罐的工藝流程圖如圖3所示。從圖中可以看出，幾種油品通過管道分別從裝置過來進(jìn)入混合重油罐內(nèi)儲存，因所儲存油品為重質(zhì)油，罐內(nèi)設(shè)置了加熱器，防止油品凍凝。罐內(nèi)油品由物料傳輸泵經(jīng)外管網(wǎng)送至下游裝置，同時(shí)在罐區(qū)內(nèi)設(shè)置了罐與罐的倒油流程。此外，圖中列出了一系列的安全聯(lián)鎖系統(tǒng)，可為后續(xù)的保護(hù)層分析提供依據(jù)。

2.2 混合重石腦油罐的HAZOP分析

在進(jìn)行保護(hù)層分析之前，首先需要通過HAZOP分析確定初始偏離事件，定性地分析其安全保護(hù)措施。本文主要針對混合重油罐的液位偏差進(jìn)行分析，討論其液位高的原因和可能導(dǎo)致的后果，提出該油罐液位高所采取安全措施?；旌现赜凸抟缬偷腍AZOP分析結(jié)果見表1。

2.3 基于HAZOP的保護(hù)層分析

根據(jù)上述的HAZOP分析結(jié)果，可確定現(xiàn)有的安全措施。但其對于安全措施的描述較為籠統(tǒng)，從中并不能得知安全措施的效果如何，安全措施作用的先后順序，以及這些安全措施是否能夠滿足安全需求。因此，需要在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步對安全措施的可靠性情況進(jìn)行分析，本文采用LOPA方法對該儲罐現(xiàn)有的安全措施進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估。

2.3.1事故場景及發(fā)生概率計(jì)算

混合重油儲罐運(yùn)行異常時(shí)會出現(xiàn)冒罐現(xiàn)象，混合重油揮發(fā)可燃蒸汽與空氣形成爆炸混合物，擴(kuò)散遇明火、高熱發(fā)生火災(zāi)甚至爆炸，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)境污染[4]。（重油的自然點(diǎn)為220℃左右）。根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)矩陣和相關(guān)文獻(xiàn)調(diào)研，假設(shè)該油罐溢油事故導(dǎo)致的后果的嚴(yán)重程度為3級，其對應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)允許值為1.0×10-5。本文主要考慮液位聯(lián)鎖和溫度聯(lián)鎖控制，因此考慮以下兩種情況：當(dāng)有物料進(jìn)入儲罐時(shí)，儲罐上設(shè)置的高液位聯(lián)鎖報(bào)警裝置故障，未能指示其進(jìn)料導(dǎo)致指示低，在已經(jīng)達(dá)到儲罐的容量時(shí)，進(jìn)料并未停止，導(dǎo)致混合重油儲罐發(fā)生冒罐，其失效概率為0.1次/a；再則，上游送料帶水，儲罐溫度已經(jīng)達(dá)到溫控值，因?yàn)榭刂破魇?，使加熱器繼續(xù)加熱，油品溫度升高，引起油品突沸冒罐，其失效概率為0.1次/a。

依據(jù)風(fēng)險(xiǎn)矩陣表可知，事故發(fā)生頻率定為2級。事故導(dǎo)致后果的嚴(yán)重程度為3級，則事故場景的風(fēng)險(xiǎn)確定為2級風(fēng)險(xiǎn)。

2.3.2 獨(dú)立保護(hù)層分析該罐區(qū)保護(hù)層辨識結(jié)果為四級保護(hù)層：液位聯(lián)鎖控制、溫度聯(lián)鎖控制、報(bào)警及人員干預(yù)、防火堤，其計(jì)算過程如下：（1）液位聯(lián)鎖控制。當(dāng)油罐液位達(dá)到高高也液位聯(lián)鎖值時(shí)，通過調(diào)節(jié)器控制進(jìn)料閥門，使其關(guān)閉。因此高高液位聯(lián)鎖是一個(gè)獨(dú)立的保護(hù)層。其PFD1=0.2。（2）溫度控制聯(lián)鎖。油品突沸需要油罐內(nèi)油品溫度超過100℃，并且是罐內(nèi)有水。才能使之突沸。儲罐設(shè)置加熱器，并安裝了聯(lián)鎖控制裝置，當(dāng)油品溫度達(dá)到連鎖值時(shí)，聯(lián)鎖關(guān)閉蒸汽入口閥門，防止油品溫度超過高，因此溫度控制也是一個(gè)獨(dú)立保護(hù)層。其PDF2= 0.2。（3）報(bào)警及人員干預(yù)。報(bào)警發(fā)出后所采取的措施必須依賴人來完成，因此報(bào)警與人員干預(yù)共同組成一個(gè)保護(hù)層，人只要采取行動關(guān)閉進(jìn)料閥門，打開出口閥門即可，因此為一個(gè)獨(dú)立保護(hù)層。其故障率PFD3=0.1。（4）防火堤。防護(hù)堤能夠?qū)⒚肮蕹鰜淼挠推房刂圃谝粌?nèi)，防止油品流出，因此防護(hù)堤是獨(dú)立保護(hù)層，其PFD4=1.0×10-2。

2.3.3 風(fēng)險(xiǎn)分析

依據(jù)風(fēng)險(xiǎn)矩陣表知，事件發(fā)生頻率定為1級。事故后果嚴(yán)重程度為3級，則殘余風(fēng)險(xiǎn)確定為1級風(fēng)險(xiǎn)。從保護(hù)層分析結(jié)果可知，裝置各種保護(hù)層能夠確保該儲罐的風(fēng)險(xiǎn)處于可接受水平，不需要進(jìn)一步采取安全措施。

3 基于安全標(biāo)準(zhǔn)化的保護(hù)層維護(hù)

對保護(hù)層進(jìn)行安全維護(hù)是保證其正常功能的關(guān)鍵?，F(xiàn)場的事故經(jīng)驗(yàn)告訴我們，即使儲罐的安全保護(hù)措施已經(jīng)達(dá)到要求，但若缺少對保護(hù)層的維護(hù)、維修和檢驗(yàn)，再完善的措施也會隨著時(shí)間的推移而失效，最終導(dǎo)致事故的發(fā)生[5]。重大事故的發(fā)生表明了單純工程技術(shù)的應(yīng)用，無法有效杜絕意外事故的發(fā)生，有效的安全管理模式就必須是要靠技術(shù)和管理相結(jié)合才能從真正意義上實(shí)現(xiàn)安全，為此我們必須實(shí)現(xiàn)安全標(biāo)準(zhǔn)化。根據(jù)《建筑施工企業(yè)安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化管理規(guī)范》中的定義，安全標(biāo)準(zhǔn)化是指“通過建立安全生產(chǎn)責(zé)任制，制定安全管理制度和操作規(guī)程，排查治理隱患和監(jiān)控重大危險(xiǎn)源，建立預(yù)防機(jī)制，規(guī)范生產(chǎn)行為，使各生產(chǎn)環(huán)節(jié)符合有關(guān)安全生產(chǎn)法律規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，人、機(jī)、物、環(huán)處于良好的生產(chǎn)狀態(tài)，并持續(xù)改進(jìn)，不斷加強(qiáng)企業(yè)安全生產(chǎn)規(guī)范化建設(shè)”。從保護(hù)層的分析結(jié)果可以看出，對保護(hù)層的維護(hù)需要從設(shè)備、人員和管理三方面入手，結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，制定的基于安全標(biāo)準(zhǔn)化的保護(hù)層維護(hù)建議如表3所示。

4 結(jié)語

（1）本文通過將LOPA分析方法應(yīng)用于混合重油罐溢油的風(fēng)險(xiǎn)分析中，得到該重油罐的溢油風(fēng)險(xiǎn)等級，不僅拓展了HAZOP的分析結(jié)果，而且能夠?qū)崿F(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)的半定量化。（2）在風(fēng)險(xiǎn)分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合安全標(biāo)準(zhǔn)化的相關(guān)理念，提出了對保護(hù)層的維護(hù)建議，為混合重油罐的安全管理提供依據(jù)。（3）針對目前油罐區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)水平和安全管理的現(xiàn)狀，提出“HAZOP+LOPA+安全標(biāo)準(zhǔn)化”的工藝安全管理新模式。

[1]李奇,白永忠,萬古軍，張廣文保護(hù)層分析——簡化的過程風(fēng)險(xiǎn)評估[M].北京；中國石化出版社.2010.5.

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[3]管杰,廖海燕,保護(hù)層分析在煉化生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].安全、健康和環(huán)境，2010,10（1）:36-38.

[4]李娜,孫文勇,李佳宜保護(hù)層分析方法的研究及其在風(fēng)險(xiǎn)分析中的應(yīng)用[J].中國石油安全環(huán)保技術(shù)研究院.2013;

[5]李奇,白永忠,萬古軍，張廣文基于HAZOP的保護(hù)層分析技術(shù)研究[J].中國石化安全工程研究院.2010:

表3 基于安全標(biāo)準(zhǔn)化的保護(hù)層維護(hù)建議