LOPA分析在輸氣場站SIL定級中的應(yīng)用分析

曹旭 王惠新 劉玉杰 趙傳奇

摘? ? 要：安全儀表系統(tǒng)的SIL定級能夠識別輸氣場站存在的風(fēng)險(xiǎn)隱患，并通過設(shè)置相應(yīng)等級的控制系統(tǒng)來預(yù)防風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生【1】。本文從LOPA分析法入手，對輸氣場站的進(jìn)行SIL定級分析，以此來驗(yàn)證輸氣場站現(xiàn)有SIL等級是否符合安全生產(chǎn)條件。

關(guān)鍵詞：輸氣場站，HAZOP，安全

0引言

本文輸氣場站LOPA分析基于HAZOP分析以及安全等級評估模擬事故場景，評估事故等級，將后果失效頻率降低，最終通過對所需降低失效概率的計(jì)算來確定SIL等級。本文旨在通過LOPA分析確定現(xiàn)有設(shè)備SIL等級，對輸氣場站現(xiàn)有SIL等級進(jìn)行驗(yàn)證以及對后續(xù)設(shè)備升級改造提供初步設(shè)計(jì)參考。

1? LOPA分析法

LOPA分析法是一種辨識和評估風(fēng)險(xiǎn)的半定量工具。LOPA耗費(fèi)的時(shí)間比定量分析少，能夠集中研究后果嚴(yán)重或高頻率事件，善于識別、揭示事故場景的始發(fā)事件及深層次原因，用于較復(fù)雜事故場景效果甚佳【2】。在工業(yè)實(shí)踐中一般在定性的危害分析如 HAZOP完成之后，對得到的結(jié)果中過于復(fù)雜的、過于危險(xiǎn)的以及提出了SIS要求的部分進(jìn)行LOPA分析。

1.1? SIL等級評估實(shí)施步驟

1、根據(jù)HAZOP分析將偏差作為事件背景，將造成偏差的原因當(dāng)成初始事件;

2、辨識除了安全儀表系統(tǒng)外的初始事件獨(dú)立保護(hù)層;

3、通過安全等級評估確定等級，通過參考HSE風(fēng)險(xiǎn)矩陣標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置可接受的頻率標(biāo)準(zhǔn)，并判斷是否需要SIS及確定SIL等級，確定完安全等級后，一般僅對等級C/D/E等較嚴(yán)重的進(jìn)行SIL等級確定;

4、通過計(jì)算驗(yàn)證安全儀表控制系統(tǒng)所需要提供風(fēng)險(xiǎn)降低程度;

5、對比安全儀表系統(tǒng)提供的風(fēng)險(xiǎn)降低程度確定其SIL等級。

1.2? 設(shè)置可接受風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)

對事故進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)矩陣分析。通過確定其發(fā)生的可能性，后果的嚴(yán)重性進(jìn)而確定風(fēng)險(xiǎn)等級，SIL分級對象一般為C/D/E等較嚴(yán)重的事故。

a） 對于 E 等級的后果，如果需要將剩余風(fēng)險(xiǎn) 降低到低風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)使危害事件發(fā)生頻率小于次/a。

b） 對于 D 等級的后果，如果需要將剩余風(fēng)險(xiǎn)降低到低風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)使危害事件發(fā)生頻率小于次/a。

c） 對于 C 等級的后果，如果需要將剩余風(fēng)險(xiǎn)降低到低風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)使危害事件發(fā)生頻率小于次/a?！?】

2? ? LOPA 分析法確定SIL等級

安全完整性等級的確定受初始事件頻率、初始事件頻率修正因子、事故發(fā)展場景，以及有效的獨(dú)立防護(hù)保護(hù)層等因素影響。

2.1? IPL分析

獨(dú)立保護(hù)層能阻止事故場景向不期望后果的方向發(fā)展，并且獨(dú)立于相關(guān)初始事件或其它保護(hù)層的設(shè)備、系統(tǒng)或行動。

目前輸氣場站生產(chǎn)過程中常見的保護(hù)層有： 基本過程控制系統(tǒng) 、報(bào)警與人員干預(yù)、安全儀表功能、物理保護(hù)（ 安全閥等） 、釋放后保護(hù)設(shè)施、應(yīng)急響應(yīng)等。

這些保護(hù)層是否能夠有效降低事故發(fā)生頻率，起到實(shí)際作用，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行分析判斷。

初始事件導(dǎo)致后果的頻率可按以下公式進(jìn)行計(jì)算：

2.2? ?確定SIS系統(tǒng)所需降低頻率

在進(jìn)行完IPL分析后，需要進(jìn)行SIL 等級確定，主要包括： 確定初始事件的發(fā)生頻率，確定各獨(dú)立保護(hù)層的失效概率，確定可接受的風(fēng)險(xiǎn)等級。

SIS系統(tǒng)需要提供的風(fēng)險(xiǎn)降低頻率用以下公式計(jì)算：

2.3? 確定SIL等級

根據(jù)計(jì)算得到的SIS系統(tǒng)的失效概率，通過查找安全儀表系統(tǒng) SIL 與失效概率的對應(yīng)關(guān)系表，即可確定安全儀表等級（ SIL）。

通過以上內(nèi)容可以看出運(yùn)用LOPA分析確定SIL的關(guān)鍵點(diǎn)有：

1、已進(jìn)行HAZOP分析，并基于HAZOP分析選取場景;

2、根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)等級設(shè)置可接受的風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn);

3、確定初始事件發(fā)生頻率及保護(hù)層失效頻率;

4、計(jì)算安全儀表控制系統(tǒng)所需降低的頻率;

5、根據(jù)4中計(jì)算頻率進(jìn)行安全儀表控制系統(tǒng)SIL分級;

6、初始事件的發(fā)生頻率，保護(hù)層失效頻率等數(shù)據(jù)可通過CCPS（化工過程安全中心）數(shù)據(jù)庫進(jìn)行查找，本文不再一一列舉。

3? ? 輸氣場站SIL定級實(shí)例分析

本部分內(nèi)容從我公司現(xiàn)有HAZOP分析中選取某個(gè)具體偏差及其導(dǎo)致的后果來模擬LOPA分析的事故發(fā)生場景，進(jìn)行具體個(gè)例分析，通過個(gè)例分析展示SIL定級的全過程。隨后結(jié)合實(shí)際情況對該輸氣場站現(xiàn)有的全部SIS系統(tǒng)進(jìn)行SIL等級確定進(jìn)行驗(yàn)證。常用的安全儀表控制系統(tǒng)及其對應(yīng)的SIL等級、失效概率見下表：

3.1? 某事故場景個(gè)例分析

事故場景：我公司某天然氣長輸管線中一天然氣分輸場站內(nèi)過濾器超壓發(fā)生天然氣泄漏，引起了火災(zāi)爆炸和員工傷亡。

場站現(xiàn)有SIL等級（安全閥超壓泄放）為3。事故等級D5，初始事件發(fā)生頻率為。最終控制結(jié)果應(yīng)該將其降至D1，即發(fā)生頻率小于/a?？扇?xì)怏w泄漏報(bào)警失效 取值，人員報(bào)警響應(yīng)失效取值 。則：

通過計(jì)算結(jié)果，對應(yīng)的安全儀表等級為SIL 2?，F(xiàn)有SIL等級為3，顯然滿足要求。

本文主要討論了基于的LOPA分析的SIL等級確定。分析過程中存在部分?jǐn)?shù)據(jù)或數(shù)據(jù)庫難以查找的情況。在后續(xù)分析中，將盡可能完善相關(guān)資料。以便于驗(yàn)證各場站現(xiàn)有保護(hù)層是否滿足要求以及為后續(xù)改造提供相關(guān)參考。

3.2? 某輸氣場站全站SIL等級分析及驗(yàn)證

參考文獻(xiàn)：

【1】陳天一.LOPA在化工安全儀表系統(tǒng)SIL定級中的應(yīng)用分析.《中國化工貿(mào)易·中旬刊》2019年第04期.

【2】張軼.黃雪梅.淺析LOPA分析法.《儀器儀表標(biāo)準(zhǔn)化與計(jì)量》2019年000期003卷.

【3】中石油《HSE風(fēng)險(xiǎn)矩陣標(biāo)準(zhǔn)》（QSH 0560-2013）.

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