基于LOPA的混合重油罐溢油風險評估與管理

謝小莉(中石油云南有限公司儲運部,云南 安寧 650399)

基于LOPA的混合重油罐溢油風險評估與管理

謝小莉(中石油云南有限公司儲運部,云南 安寧 650399)

為了評估混合重油罐的安全水平，通過危險與可操作性分析（HAZOP）辨識混合重油罐的溢油風險，并在此基礎上運用保護層分析（LOPA）方法進行風險評估。分析結果表明，通過液位聯鎖控制、溫度聯鎖控制、報警及人員干預、防火堤等保護層對溢油風險的減緩作用，該油罐的風險處于可接受水平。進一步針對該油罐區的風險水平和安全管理的現狀，提出“HAZOP+LO?PA+安全標準化”的工藝安全管理新模式，提出基于安全標準化的保護層維護建議，為混合重油罐區的風險管理提供指導。

保護層分析（LOPA）；風險評估；混合重油罐；安全標準化管理

油品儲運是煉油企業的核心環節，由于其危險物質數量大，因為危險性高。混合重油罐作為油品存儲的重要措施，其安全性至關重要，安全保障措施不足或損壞輕則影響正常工作運行，重則導致火災等重大事故。因此，對混合重油罐進行風險評估和管理具有重要意義。

目前，危險與可操作性分析（HAZOP）已經覆蓋了全廠的工藝流程，針對流程分析了各個環節的偏差，并制定了相應的防護措施；但HAZOP分析對保護措施的描述較為籠統，缺少對風險的量化計算，而且對是否應當增添新的保護措施不能作出明確結論。本文在HAZOP分析的基礎上，結合LOPA分析法，對混合重油罐的保護層進行半定量的分析，確定其風險水平，并進一步根據安全標準化理念提出保護層維護措施，確保保護層的安全性和可靠性。

1 保護層分析法（LOPA）

1.1 方法簡介

保護層分析法（Layer of Protection Analysis，簡寫為LOPA）起源于化工領域，經過多年的發展和完善，目前已成為一種常用的風險評估方法。保護層分析是一種半定量的工藝風險分析方法，其對風險的描述是通過在初始事件的風險演化路徑上構建保護層，評估保護層的失效頻率，最終確定后果的嚴重程度[1]。保護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，初始事件是整個分析過程的開始，在保護層分析中處于中心的位置，在工藝風險分析過程中通常是表示參數的偏離；從初始事件往右側依次展開成樹狀結構，表示該事件發生后可能會引起的一系列保護層響應；樹的末端表明初始事件可能導致的不期望后果。為了降低初始事件造成嚴重后果的可能性，保護層應當具有一定的可靠性，防止事件朝著事故的方向發生發展。通常情況下，保護層越多，整個系統的安全性越高，但同時會帶來經濟上的壓力。因此目前采用的做法是設定風險可接受范圍，只需通過保護層將風險降低到可接受范圍內，便可認為此保護層是可靠的。

圖1 典型的保護層分析圖

1.2 保護層

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

圖2 保護層的洋蔥模型

圖3 工藝流程示意圖

圖中為標準的保護層七個層次，在實際運用中可能只利用其中某幾個。在保護層模型中，事件的發生由里向外依次進行。在每層保護的作用下，事件每經過一層，其風險便會降低一次，通過多重保護層的作用可達到降低事故風險的目的。

2 混合重油罐溢油的保護層分析

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入混合重油罐內儲存，因所儲存油品為重質油，罐內設置了加熱器，防止油品凍凝。罐內油品由物料傳輸泵經外管網送至下游裝置，同時在罐區內設置了罐與罐的倒油流程。此外，圖中列出了一系列的安全聯鎖系統，可為后續的保護層分析提供依據。

2.2 混合重石腦油罐的HAZOP分析

在進行保護層分析之前，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措施。本文主要針對混合重油罐的液位偏差進行分析，討論其液位高的原因和可能導致的后果，提出該油罐液位高所采取安全措施。混合重油罐溢油的HAZOP分析結果見表1。

2.3 基于HAZOP的保護層分析

根據上述的HAZOP分析結果，可確定現有的安全措施。但其對于安全措施的描述較為籠統，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，需要在此基礎上進一步對安全措施的可靠性情況進行分析，本文采用LOPA方法對該儲罐現有的安全措施進行風險評估。

2.3.1事故場景及發生概率計算

混合重油儲罐運行異常時會出現冒罐現象，混合重油揮發可燃蒸汽與空氣形成爆炸混合物，擴散遇明火、高熱發生火災甚至爆炸，造成嚴重的經濟損失和環境污染[4]。（重油的自然點為220℃左右）。根據風險矩陣和相關文獻調研，假設該油罐溢油事故導致的后果的嚴重程度為3級，其對應的風險允許值為1.0×10-5。本文主要考慮液位聯鎖和溫度聯鎖控制，因此考慮以下兩種情況：當有物料進入儲罐時，儲罐上設置的高液位聯鎖報警裝置故障，未能指示其進料導致指示低，在已經達到儲罐的容量時，進料并未停止，導致混合重油儲罐發生冒罐，其失效概率為0.1次/a；再則，上游送料帶水，儲罐溫度已經達到溫控值，因為控制器失效，使加熱器繼續加熱，油品溫度升高，引起油品突沸冒罐，其失效概率為0.1次/a。

依據風險矩陣表可知，事故發生頻率定為2級。事故導致后果的嚴重程度為3級，則事故場景的風險確定為2級風險。

2.3.2 獨立保護層分析該罐區保護層辨識結果為四級保護層：液位聯鎖控制、溫度聯鎖控制、報警及人員干預、防火堤，其計算過程如下：（1）液位聯鎖控制。當油罐液位達到高高也液位聯鎖值時，通過調節器控制進料閥門，使其關閉。因此高高液位聯鎖是一個獨立的保護層。其PFD1=0.2。（2）溫度控制聯鎖。油品突沸需要油罐內油品溫度超過100℃，并且是罐內有水。才能使之突沸。儲罐設置加熱器，并安裝了聯鎖控制裝置，當油品溫度達到連鎖值時，聯鎖關閉蒸汽入口閥門，防止油品溫度超過高，因此溫度控制也是一個獨立保護層。其PDF2= 0.2。（3）報警及人員干預。報警發出后所采取的措施必須依賴人來完成，因此報警與人員干預共同組成一個保護層，人只要采取行動關閉進料閥門，打開出口閥門即可，因此為一個獨立保護層。其故障率PFD3=0.1。（4）防火堤。防護堤能夠將冒罐出來的油品控制在一內，防止油品流出，因此防護堤是獨立保護層，其PFD4=1.0×10-2。

2.3.3 風險分析

依據風險矩陣表知，事件發生頻率定為1級。事故后果嚴重程度為3級，則殘余風險確定為1級風險。從保護層分析結果可知，裝置各種保護層能夠確保該儲罐的風險處于可接受水平，不需要進一步采取安全措施。

3 基于安全標準化的保護層維護

對保護層進行安全維護是保證其正常功能的關鍵。現場的事故經驗告訴我們，即使儲罐的安全保護措施已經達到要求，但若缺少對保護層的維護、維修和檢驗，再完善的措施也會隨著時間的推移而失效，最終導致事故的發生[5]。重大事故的發生表明了單純工程技術的應用，無法有效杜絕意外事故的發生，有效的安全管理模式就必須是要靠技術和管理相結合才能從真正意義上實現安全，為此我們必須實現安全標準化。根據《建筑施工企業安全生產標準化管理規范》中的定義，安全標準化是指“通過建立安全生產責任制，制定安全管理制度和操作規程，排查治理隱患和監控重大危險源，建立預防機制，規范生產行為，使各生產環節符合有關安全生產法律規范和標準規范的要求，人、機、物、環處于良好的生產狀態，并持續改進，不斷加強企業安全生產規范化建設”。從保護層的分析結果可以看出，對保護層的維護需要從設備、人員和管理三方面入手，結合相關標準規范，制定的基于安全標準化的保護層維護建議如表3所示。

4 結語

（1）本文通過將LOPA分析方法應用于混合重油罐溢油的風險分析中，得到該重油罐的溢油風險等級，不僅拓展了HAZOP的分析結果，而且能夠實現風險的半定量化。（2）在風險分析的基礎上，結合安全標準化的相關理念，提出了對保護層的維護建議，為混合重油罐的安全管理提供依據。（3）針對目前油罐區的風險水平和安全管理的現狀，提出“HAZOP+LOPA+安全標準化”的工藝安全管理新模式。

[1]李奇,白永忠,萬古軍，張廣文保護層分析——簡化的過程風險評估[M].北京；中國石化出版社.2010.5.

[2]陽憲惠,郭海濤,安全儀表系統的功能安全[M].北京；清華大學出版社,2007:

[3]管杰,廖海燕,保護層分析在煉化生產中的應用[J].安全、健康和環境，2010,10（1）:36-38.

[4]李娜,孫文勇,李佳宜保護層分析方法的研究及其在風險分析中的應用[J].中國石油安全環保技術研究院.2013;

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

表3 基于安全標準化的保護層維護建議