基于保護(hù)層理論的安全隱患分級(jí)方法及其應(yīng)用

吳東容，門(mén)立國(guó)，張一民，施生平，黃鑫

（1.國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)西南管道有限責(zé)任公司）

（2.中國(guó)石油天然氣股份有限公司西南油氣田分公司安全環(huán)保與技術(shù)監(jiān)督研究院）

引言

輸油氣站場(chǎng)在生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中，開(kāi)展隱患排查不僅是為了滿(mǎn)足國(guó)家預(yù)防重大及以上生產(chǎn)安全事故的要求，也是管道企業(yè)自身進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管控，提高整體經(jīng)濟(jì)效益，提升企業(yè)的社會(huì)安全形象的重要措施[1]。從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，生產(chǎn)安全事故隱患是生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)危險(xiǎn)源或者危險(xiǎn)有害因素的管控缺陷，這些缺陷的存在可能引發(fā)事故的發(fā)生或者會(huì)導(dǎo)致事故條件下后果嚴(yán)重程度加重的因素[2]。在企業(yè)開(kāi)展隱患排查發(fā)現(xiàn)隱患后，需要對(duì)隱患進(jìn)行科學(xué)的等級(jí)評(píng)定；隱患等級(jí)作為企業(yè)確定隱患的上報(bào)管理層級(jí)和確定隱患治理的優(yōu)先性、時(shí)限性及資源投入等的判定依據(jù)[3]。

為了對(duì)生產(chǎn)安全事故隱患的進(jìn)行分級(jí)，政府的安全生產(chǎn)監(jiān)督管理部門(mén)提出將事故隱患劃分為重大事故隱患和一般事故隱患兩類(lèi)；這種兩個(gè)等級(jí)的隱患分類(lèi)方法是基于隱患在治理過(guò)程中實(shí)施的難易程度和隱患存在條件下可能引發(fā)事故的后果嚴(yán)重程度來(lái)開(kāi)展的。該分級(jí)方法指出了隱患定性分級(jí)的基本原則，但是分級(jí)不夠細(xì)致，且未對(duì)分級(jí)提供具體的量化指標(biāo)，在企業(yè)開(kāi)展隱患分級(jí)實(shí)踐過(guò)程中往往難以形成共識(shí)。

為了便于企業(yè)內(nèi)部隱患排查與治理，某石油與天然氣企業(yè)參照安全生產(chǎn)事故等級(jí)劃分的方法，根據(jù)生產(chǎn)安全事故隱患可能導(dǎo)致的事故后果將事故隱患分為四個(gè)級(jí)別[4]。這種隱患分級(jí)方法相對(duì)更加細(xì)致，同時(shí)分級(jí)提供了定量的參考標(biāo)準(zhǔn)，更加有利于隱患的準(zhǔn)確分級(jí)實(shí)踐。

上述隱患分級(jí)方法主要考慮了隱患可能導(dǎo)致的后果，但未考慮隱患導(dǎo)致事故發(fā)生的可能性，不符合風(fēng)險(xiǎn)管理的內(nèi)涵[5]。此外，在對(duì)事故調(diào)查統(tǒng)計(jì)分析過(guò)程中發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致事故的發(fā)生與發(fā)展往往不是由單一隱患造成的，而是多隱患存在的條件下造成的；而在常見(jiàn)的隱患分級(jí)過(guò)程中，均未考慮多隱患存在條件下隱患之間協(xié)同作用對(duì)事故風(fēng)險(xiǎn)的影響，這樣可能導(dǎo)致隱患定級(jí)過(guò)低，致使企業(yè)未能針對(duì)隱患開(kāi)展及時(shí)有效的治理而引發(fā)重特大事故發(fā)生[6]。因此從風(fēng)險(xiǎn)管理角度提出一種合理的隱患及隱患組合分級(jí)的方法，對(duì)隱患的科學(xué)分級(jí)和有效治理具有重要意義。本文根據(jù)保護(hù)層分析理論方法提出了一種基于風(fēng)險(xiǎn)管理的隱患分級(jí)方法，該方法不僅能夠?qū)坞[患因素進(jìn)行定級(jí)，同時(shí)還能針對(duì)多隱患存在條件下考慮不同隱患對(duì)事故風(fēng)險(xiǎn)的協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)多隱患組合的定級(jí)，可為企業(yè)對(duì)隱患的系統(tǒng)化管理提供參考。

1 基于保護(hù)層理論的安全隱患分級(jí)方法

1.1 基本原理

保護(hù)層分析法是一種基于特定場(chǎng)景事故后果嚴(yán)重程度和可接受風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)估保護(hù)層是否能夠提供足夠的保護(hù)功能的半定量評(píng)估技術(shù)[7]。在保護(hù)層分析法中，通常將人員的各類(lèi)失誤、設(shè)備發(fā)生故障或者其他一些常見(jiàn)的外部因素作為引發(fā)事故發(fā)生的初始事件，進(jìn)一步通過(guò)各類(lèi)安全分析方法，如危險(xiǎn)與可操作性分析或者基于行業(yè)內(nèi)典型事故事件分析，確定初始事件可能引發(fā)的事故后果。針對(duì)特定的初始事件觸發(fā)并導(dǎo)致對(duì)應(yīng)的事故過(guò)程中，會(huì)設(shè)置各類(lèi)獨(dú)立的保護(hù)層（Independent Protection Layer，IPL）減緩事故的發(fā)生與發(fā)展，降低事故發(fā)生的概率。在預(yù)防事故發(fā)生的過(guò)程中，典型的獨(dú)立保護(hù)層包括：①本質(zhì)安全設(shè)計(jì)；②基本過(guò)程控制系統(tǒng)；③報(bào)警和人員響應(yīng)；④安全儀表功能；⑤物理保護(hù)（釋放設(shè)施）；⑥釋放后保護(hù)設(shè)施；⑦工廠和社區(qū)的應(yīng)急響應(yīng)[8]。目前，通常保護(hù)層分析法常用作分析安全儀表功能的安全完整性等級(jí)確定，以及安全關(guān)鍵設(shè)備或安全關(guān)鍵活動(dòng)等過(guò)程。通過(guò)初始事件的發(fā)生頻率、獨(dú)立保護(hù)層阻止初始事件導(dǎo)致事故發(fā)生的頻率及相關(guān)的修正因子可以確定初始事件導(dǎo)致對(duì)應(yīng)事故后果的發(fā)生頻率。企業(yè)需要根據(jù)事故后果嚴(yán)重進(jìn)行分級(jí)，并對(duì)不同等級(jí)的事故確定其可接受頻率。通過(guò)對(duì)比保護(hù)層分析獲得的初始事件引發(fā)對(duì)應(yīng)事故后果的發(fā)生頻率與企業(yè)可接受頻率，確認(rèn)增加風(fēng)險(xiǎn)減緩措施或者達(dá)到企業(yè)的容許風(fēng)險(xiǎn)要求而接受風(fēng)險(xiǎn)。

基于保護(hù)層理論的安全隱患分級(jí)方法核心思想在于評(píng)估隱患對(duì)各獨(dú)立保護(hù)層的安全保護(hù)功能的影響，進(jìn)而對(duì)隱患進(jìn)行分級(jí)。隱患存在的條件下，會(huì)致使安全保護(hù)層功能受到影響或者缺失，導(dǎo)致各類(lèi)初始事件觸發(fā)引起對(duì)應(yīng)事故發(fā)生的概率提升，超過(guò)企業(yè)的可容許風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)分析事故發(fā)生概率的提升程度和對(duì)應(yīng)事故后果的嚴(yán)重程度來(lái)判定隱患的等級(jí)。

1.2 前期準(zhǔn)備

企業(yè)在開(kāi)展基于保護(hù)層理論的安全隱患分級(jí)之前需要明確可接受風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)和構(gòu)建隱患分級(jí)判定矩陣。企業(yè)可根據(jù)不同后果嚴(yán)重程度的事故，確定企業(yè)自身在人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失以及健康影響等方面對(duì)事故的嚴(yán)重程度進(jìn)行分級(jí)，并確定不同等級(jí)事故的目標(biāo)可容許頻率[9]。表1所示為某輸油氣站場(chǎng)針對(duì)不同等級(jí)人員傷亡事件的可容許風(fēng)險(xiǎn)示例。該人員傷亡事件可容許風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)表中，將事故分為1至5個(gè)等級(jí)，其中1級(jí)為最輕微，5級(jí)為最嚴(yán)重；從1級(jí)到5級(jí)人員傷亡對(duì)應(yīng)的可接受頻率也逐漸降低。表2所示，為根據(jù)企業(yè)可接受風(fēng)險(xiǎn)確定的隱患等級(jí)判定矩陣。該用于隱患及其組合等級(jí)判定的矩陣中將隱患分為從低到高分別為I級(jí)、II級(jí)、III級(jí)和IV級(jí)四個(gè)等級(jí)。在隱患等級(jí)判定矩陣中，可以根據(jù)人員傷亡后果嚴(yán)重性等級(jí)與超過(guò)企業(yè)可容許的頻率值判定隱患或者隱患組合的等級(jí)。

表1 某輸油氣站場(chǎng)人員傷亡事件可容許風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)表

表2 隱患等級(jí)判定矩陣

1.3 分級(jí)程序

基于保護(hù)層理論的安全隱患分級(jí)程序如圖1所示。

圖1 基于保護(hù)層理論的安全隱患分級(jí)流程

（1）根據(jù)隱患分析和確定隱患存在條件下的事故場(chǎng)景。該事故場(chǎng)景可以參考同行業(yè)的事故案例或者隱患所在單元的HAZOP分析報(bào)告等確定。

（2）計(jì)算隱患存在條件下場(chǎng)景事故發(fā)生頻率。隱患或者隱患的組合存在時(shí)會(huì)影響始事件發(fā)生頻率、或者獨(dú)立保護(hù)層的有效性等進(jìn)而影響特定場(chǎng)景中事故的發(fā)生頻率。該事故頻率的計(jì)算方式和保護(hù)層分析中場(chǎng)景事故頻率計(jì)算方法如式（1）所示。

（3）根據(jù)事故場(chǎng)景判定事故后果嚴(yán)重等級(jí)。

（4）根據(jù)事故的嚴(yán)重等級(jí)，確定該場(chǎng)景事故的可容許頻率。

（5）將步驟（2）中計(jì)算所得的隱患存在條件下場(chǎng)景事故發(fā)生頻率與步驟（4）確定的可容許頻率比較，計(jì)算得到超過(guò)企業(yè)可容許的頻率值。

（6）基于超過(guò)企業(yè)可容許的頻率值和場(chǎng)景事故等級(jí)判定隱患或者隱患等級(jí)。

2 應(yīng)用實(shí)例

以某輸油氣站場(chǎng)開(kāi)展的保護(hù)層分析及隱患排查過(guò)程中對(duì)隱患及隱患組合定級(jí)為例闡述該方法的應(yīng)用。

該油氣站場(chǎng)基于危險(xiǎn)與可操作分析分析結(jié)果開(kāi)展了保護(hù)層分析，并確定了其安全儀表系統(tǒng)的完整性等級(jí)為SIL1級(jí)。表3所示為保護(hù)層分析中關(guān)于人員傷亡方面的分析。假設(shè)在隱患排查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)編號(hào)1場(chǎng)景對(duì)應(yīng)的安全閥發(fā)生故障失效（即IPL5失效，對(duì)應(yīng)的PFD為0.1）。在該隱患存在的條件下，“調(diào)壓閥1故障、開(kāi)度過(guò)大”導(dǎo)致“不可控的油品、可燃?xì)怏w大量泄漏或工藝區(qū)著火”減緩后的人員傷亡頻率為1×10-5a-1。隱患存在條件下場(chǎng)景的發(fā)生頻率與可容許風(fēng)險(xiǎn)的差值為9×10-6a-1，對(duì)應(yīng)的事故后果嚴(yán)重等級(jí)為5級(jí)，即可按照表1將該隱患判定為II級(jí)隱患。

表3 某輸油氣站場(chǎng)的保護(hù)層分析表

若在隱患排查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)編號(hào)2的場(chǎng)景中，覆蓋該調(diào)壓閥的報(bào)警裝置失效（即IPL3失效，PFD為0.25），則在報(bào)警裝置失效的條件下因?yàn)椤罢{(diào)壓閥故障、開(kāi)度過(guò)大”導(dǎo)致“不可控的油品、可燃?xì)怏w大量泄漏或工藝區(qū)著火”的減緩后人員傷亡的頻率為4×10-6a-1。該隱患存在條件下場(chǎng)景中人員傷亡的發(fā)生頻率與可容許風(fēng)險(xiǎn)的差值為3×10-6a-1，可按照表1將該隱患判定為II級(jí)隱患。

如果上述兩種隱患都存在于同一個(gè)場(chǎng)景不同的保護(hù)層中，即為該調(diào)壓裝置的安全閥發(fā)生故障且覆蓋該調(diào)壓裝置的報(bào)警裝置失效，在這種情況下“調(diào)壓閥故障、開(kāi)度過(guò)大”導(dǎo)致“不可控的油品、可燃?xì)怏w大量泄漏或工藝區(qū)著火”的減緩后的人員傷亡頻率為4×10-5a-1。組合隱患存在條件下場(chǎng)景的發(fā)生頻率與可容許風(fēng)險(xiǎn)的差值為3.9×10-5a-1，即可按照表1將該隱患判定為III級(jí)隱患。

從上述分析可以看出，在多隱患存在條件下，隱患之間如果存在協(xié)同作用會(huì)導(dǎo)致事故風(fēng)險(xiǎn)明顯上升。相對(duì)于傳統(tǒng)的按照事故后果嚴(yán)重程度或者同時(shí)考慮整改難度的隱患分級(jí)方法，基于保護(hù)層理論的安全隱患分級(jí)方法系統(tǒng)地考慮了隱患之間的協(xié)同作用，對(duì)隱患的分級(jí)更加合理。此外，在開(kāi)展保護(hù)層分析過(guò)程中，也明確了隱患或者隱患組合可能導(dǎo)致的事故后果，為隱患的治理提供參考。

3 結(jié)論

本文從風(fēng)險(xiǎn)管理的角度，結(jié)合保護(hù)層分析理論提出了一種對(duì)隱患及其組合分級(jí)的方法。該方法考慮了隱患對(duì)獨(dú)立保護(hù)層保護(hù)功能的影響，從而影響可能發(fā)生的事故風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，進(jìn)而確定隱患的等級(jí)。該方法還能分析多隱患存在條件下不同隱患對(duì)事故發(fā)生頻率的協(xié)同作用，對(duì)隱患組合進(jìn)行合理的分級(jí)。