HAZOP-LOPA分析在金屬鈍化劑反應(yīng)釜的應(yīng)用

倪玉峰 熊厚文 陳廣流 吳子涵 楊金華

(金浦新材料股份有限公司，江蘇 南京 210047)

重金屬是造成催化裂化過程中催化劑中毒的重要原因，結(jié)果可能導(dǎo)致產(chǎn)品分布變差，裝置效益降低，采用金屬鈍化劑可改善催化劑的活性和選擇性，減少重金屬對催化劑的污染。在某型號的金屬鈍化劑生產(chǎn)過程中，由于使用了氧化劑H2O2，反應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)較大，一旦反應(yīng)失控，就會(huì)出現(xiàn)沖料、甚至超溫超壓的可能[1]。因此，對該型號金屬鈍化劑的生產(chǎn)過程進(jìn)行危害識別和分析，是有效預(yù)防生產(chǎn)安全事故的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和重要手段。文章通過采用HAZOP-LOPA分析方法，系統(tǒng)地識別過程中可能存在的風(fēng)險(xiǎn)，在現(xiàn)有保護(hù)措施的情況下，減輕事件發(fā)生的可能性和后果的嚴(yán)重程度，并提出合理可行的措施，從而達(dá)到保障安全平穩(wěn)生產(chǎn)的目標(biāo)。

HAZOP是一種系統(tǒng)化分析過程潛在危害的分析方法，廣泛應(yīng)用于石油、化工等過程。通過“引導(dǎo)詞+工藝參數(shù)”分析工藝參數(shù)的變動(dòng)、操作控制中可能出現(xiàn)的偏差及其對系統(tǒng)的影響、可能導(dǎo)致的后果，找出變動(dòng)或偏差的原因，明確存在的主要危險(xiǎn)、危害因素，并提出針對性的安全措施。但HAZOP只能定性分析主要危險(xiǎn)、危害因素，不能對風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行量化，已有的安全措施是否能夠有效地降低風(fēng)險(xiǎn)，也是HAZOP分析所不能解決的。

LOPA是一種簡化的風(fēng)險(xiǎn)評估方法，架起了定性分析和定量分析的橋梁，可以對現(xiàn)有保護(hù)措施的可靠性進(jìn)行量化評估，確定保護(hù)層消除和減弱風(fēng)險(xiǎn)的能力[2]。因此，在HAZOP分析的基礎(chǔ)上引入半定量的LOPA分析方法，識別現(xiàn)有的保護(hù)層措施能否起到預(yù)防事故的作用，明確是否需要增加新的措施，進(jìn)而將過程風(fēng)險(xiǎn)減少到可接受水平。

1 生產(chǎn)工藝介紹

金屬鈍化劑生產(chǎn)工藝流程如圖1所示，依次向金屬鈍化劑反應(yīng)釜R-502C注入三乙醇胺、軟水，開啟R-502C釜攪拌，將進(jìn)入釜內(nèi)的原料攪拌均勻。同時(shí)，開啟隔膜泵向H2O2滴加罐泵入定量的H2O2。若反應(yīng)釜R-502C內(nèi)液相溫度小于40 ℃，則開啟蒸汽對釜內(nèi)物料進(jìn)行略升溫，直至釜內(nèi)液相溫度達(dá)到40 ℃后，開啟H2O2進(jìn)料調(diào)節(jié)閥。通過控制夾套、盤管循環(huán)水流量以及H2O2進(jìn)料調(diào)節(jié)閥的開度大小，將釜內(nèi)溫度穩(wěn)定在80～85 ℃。H2O2滴加(第一段)結(jié)束后，保溫(80～85 ℃)0. 5 h，然后將釜內(nèi)液相溫度降至65 ℃以下，投入定量的三氧化二銻。保溫15 min，再次向反應(yīng)釜R-502C滴加計(jì)量的H2O2，控制釜溫80～85 ℃，待H2O2滴加(第二段)結(jié)束后，保溫(80～85 ℃)0.5 h左右。最后，降低反應(yīng)釜液相溫度至60 ℃，注入適量三乙醇胺，繼續(xù)攪拌10 min，采樣分析合格，關(guān)閉R-502C釜攪拌，開始灌裝成品。

圖1 金屬鈍化劑生產(chǎn)工藝流程

2 金屬鈍化劑反應(yīng)釜的HAZOP-LOPA分析

2.1 金屬鈍化劑反應(yīng)釜的HAZOP分析

利用HAZOP分析金屬鈍化劑生產(chǎn)裝置中危險(xiǎn)性較大的鈍化劑反應(yīng)釜，將反應(yīng)釜及其進(jìn)出料管線劃分為一個(gè)節(jié)點(diǎn)。結(jié)合PID圖、設(shè)備布置圖、DCS邏輯圖、操作規(guī)程、生產(chǎn)事故檔案等相關(guān)資料，采用“引導(dǎo)詞+工藝參數(shù)”的偏差分析方法逐一開展HAZOP分析，對可能出現(xiàn)的偏差事件、原因及后果進(jìn)行了全面分析，列舉現(xiàn)有保護(hù)措施，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)矩陣確定各事故的風(fēng)險(xiǎn)等級，部分結(jié)果見表1。

表1 金屬鈍化劑反應(yīng)釜HAZOP分析結(jié)果

續(xù)表1

風(fēng)險(xiǎn)等級劃分參照中石化HSE風(fēng)險(xiǎn)矩陣標(biāo)準(zhǔn)，A～E代表事故后果的嚴(yán)重性程度(包括人員傷害、財(cái)產(chǎn)損失、環(huán)境影響和聲譽(yù)影響)，1～6代表事故發(fā)生的頻率(即可能性)，風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域分為低風(fēng)險(xiǎn)(廣泛可接受)、中風(fēng)險(xiǎn)(允許的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域)、高風(fēng)險(xiǎn)和嚴(yán)重高風(fēng)險(xiǎn)(不可接受的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域)4個(gè)等級。對于高風(fēng)險(xiǎn)以上的后果，繼續(xù)開展LOPA分析，評估現(xiàn)有保護(hù)措施的有效性，決定是否需要增加新的獨(dú)立保護(hù)層。

2.2 金屬鈍化劑反應(yīng)釜的LOPA分析

HAZOP分析得到的危險(xiǎn)場景是LOPA分析的基礎(chǔ)，LOPA分析一般選取最為嚴(yán)重的后果進(jìn)行事故場景分析，確定初始事件IE及其發(fā)生頻率，相應(yīng)的頻率可采用企業(yè)歷史數(shù)據(jù)或者行業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。評估獨(dú)立保護(hù)層IPL的有效性，從而對事故場景發(fā)生的頻率進(jìn)行定量計(jì)算。

2.2.1 初始事件確認(rèn)

選取放空閥未開作為事故場景1，其失效概率為1×10-1。TV1401D閥門故障作為事故場景2，其失效概率為1×10-1。溫度控制回路TICAS1401故障作為事故場景3，其失效概率為1×10-1。攪拌器故障作為事故場景4，其失效概率為1×10-1。

2.2.2 獨(dú)立保護(hù)層IPL評估

金屬鈍化劑反應(yīng)釜的LOPA分析結(jié)果如下。

場景1：針對人員操作失誤，未開放空閥而引起反應(yīng)釜超壓運(yùn)行的情況，未采取獨(dú)立保護(hù)層。后果發(fā)生頻率為0.1×1×0.5=5×10-2。

顯然，在無獨(dú)立保護(hù)層的情況下，參照HSE風(fēng)險(xiǎn)矩陣標(biāo)準(zhǔn)可知，現(xiàn)有風(fēng)險(xiǎn)等級為D5(高風(fēng)險(xiǎn)，不可接受的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域)。建議在反應(yīng)釜上設(shè)置爆破片，假設(shè)爆破片的失效概率PFD為1×10-3。那么，減輕事件的概率即剩余風(fēng)險(xiǎn)概率為1×10-3×5×10-2=5×10-5，風(fēng)險(xiǎn)等級可降低至D2(中風(fēng)險(xiǎn))，是允許的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。

場景2：(1)反應(yīng)釜溫度TI1401顯示、高溫報(bào)警，一旦TV1401D閥門故障全開，TI1401會(huì)顯示、高溫報(bào)警，提醒操作人員立即響應(yīng)，因此可作為獨(dú)立保護(hù)層IPL，其失效概率PFD為1×10-1；(2)反應(yīng)釜溫度TT1402高溫聯(lián)鎖切斷H2O2進(jìn)料閥門XZV1401，并打開循環(huán)水閥XZV1402、XZV1403，及時(shí)阻止反應(yīng)的繼續(xù)，并快速移走反應(yīng)熱，使反應(yīng)釜進(jìn)入一個(gè)安全狀態(tài)，符合IPL的基本要求，其失效概率PFD為1×10-2。因此，后果發(fā)生頻率為0.1×0.1×1×0.5×0.01×0.1=5×10-5。

參照HSE風(fēng)險(xiǎn)矩陣標(biāo)準(zhǔn)可知，現(xiàn)有風(fēng)險(xiǎn)等級為D1(低風(fēng)險(xiǎn))，廣泛可接受。

場景3：該場景的獨(dú)立保護(hù)層IPL同場景2，后果發(fā)生頻率的計(jì)算結(jié)果同場景2，現(xiàn)有風(fēng)險(xiǎn)等級為D1(低風(fēng)險(xiǎn))，廣泛可接受。

場景4：IT1401、RA1401分別監(jiān)測攪拌器電流和轉(zhuǎn)速，一旦攪拌器發(fā)生故障，立即切斷H2O2進(jìn)料閥門XZV1401，因此可作為IPL，失效概率PFD均為1×10-2。采用上述后果發(fā)生頻率公式，計(jì)算得剩余風(fēng)險(xiǎn)概率為0.5×10-6，風(fēng)險(xiǎn)等級為D1(低風(fēng)險(xiǎn))，廣泛可接受。

3 結(jié)論

(1)金屬鈍化劑反應(yīng)過程中使用氧化劑H2O2，安全風(fēng)險(xiǎn)較大。文章將金屬鈍化劑反應(yīng)釜及其連接管道劃分為一個(gè)節(jié)點(diǎn)，運(yùn)用HAZOP分析，辯識到該節(jié)點(diǎn)不可接受的風(fēng)險(xiǎn)共計(jì)4個(gè)。

(2)對不可接受的風(fēng)險(xiǎn)繼續(xù)開展LOPA分析，其中3個(gè)高風(fēng)險(xiǎn)場景在現(xiàn)有保護(hù)措施的作用下，剩余風(fēng)險(xiǎn)降低，參照HSE風(fēng)險(xiǎn)矩陣標(biāo)準(zhǔn)可知，現(xiàn)有風(fēng)險(xiǎn)等級廣泛可接受。

(3)對于操作失誤(放空閥未開啟)可能引起的反應(yīng)釜超壓運(yùn)行，當(dāng)前未設(shè)置保護(hù)措施，風(fēng)險(xiǎn)等級為D5(高風(fēng)險(xiǎn))。建議在反應(yīng)釜上設(shè)置爆破片，假設(shè)爆破片的失效概率PFD為1×10-3，則減輕事件的概率即剩余風(fēng)險(xiǎn)概率為1×10-3×5×10-2=5×10-5，風(fēng)險(xiǎn)等級可降低至D2(中風(fēng)險(xiǎn))，是允許的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。

(4)在HAZOP分析的基礎(chǔ)上引入半定量的LOPA分析，有助于識別設(shè)計(jì)、改造或者運(yùn)行中的潛在風(fēng)險(xiǎn)，采取針對性的獨(dú)立保護(hù)層IPL，可將風(fēng)險(xiǎn)降低至可接受水平，保障安全生產(chǎn)。