化工在役裝置HAZOP分析與SIL定級的應用研究

周朋燕

(山西國控環球工程有限公司，山西 太原 030006)

石油化工行業是我國重要的支柱產業之一，由于近年來石化行業安全形勢日益嚴峻，因此國家也越來越重視石化行業的安全分析工作。危險與可操作性(HAZOP)分析方法是一種用于辨識工藝設計缺陷、工藝過程危險及操作性問題的定性分析方法[1]。在HAZOP分析的基礎上，引入保護層分析(LOPA)技術，可以解決HAZOP分析中存在的安全保護措施引起的風險降低和殘余風險不能定量化等不足。SIL分析是對LOPA分析結果的驗證，HAZOP分析、LOPA分析是SIL分析的前期準備工作[2]。

1 HAZOP分析

1.1 HAZOP分析概述

化工企業生產具有易燃、易爆、超溫、超壓等危險，隨著化工裝置的大型化和復雜化，管道泄漏、爆炸等產生的安全問題日益突出。HAZOP分析被認為是在危險識別方面最有效的安全評價方法，它以引導詞來尋找偏差，找出裝置及過程中存在的危險、所產生的后果及現有的安全措施[3]。

1.2 HAZOP分析的目的

HAZOP分析的目的是根據設計圖紙及相關技術資料等對各裝置的危險性和可操作性進行詳細的審核，通過系統性地分析過程危險源的方法，識別可能存在的偏差，以及由此導致的危險和操作性問題及其后果，同時，識別現有防護措施，必要時提出補充建議措施，以進一步提高裝置的安全性和可操作性。

1.3 HAZOP分析程序

HAZOP分析程序主要步驟包括劃分節點，解釋節點設計意圖，確定有意義的偏差，辨識導致偏差的所有可信原因(原則局限在本節點內)，分析偏差可能導致的所有后果，列出現有保護措施，提出建議措施，明確責任響應方，記錄所有分析結果，編制文稿。

1.4 甲醇罐區HAZOP分析結果(見第147頁表1)

2 SIL定級

2.1 SIL定級概述

為加強化工安全儀表系統管理，防止和減少危險化學品事故發生，提高化工在役裝置本質安全性，對安全聯鎖回路安全完整性等級(SIL)進行分析定級。安全儀表系統獨立于過程控制系統，生產正常時處于休眠或靜止狀態，一旦生產裝置或設施出現可能導致安全事故的工況時，能夠瞬間準確動作，使生產過程安全停止運行或自動導入預定的安全狀態，因此，必須有很高的可靠性(即功能安全)和規范的維護管理，如果安全儀表系統失效，往往會導致嚴重的安全事故，根據安全儀表功能失效產生的后果和風險，將安全儀表功能劃分為不同的完整性等級(1級～4級，最高為4級)。安全完整性等級(SIL)定級是根據HAZOP分析結果，利用保護層分析法(LOPA)對每個安全儀表功能回路進行分析，得出需要的SIL級別。

2.2 SIL定級的目的

保護層分析(LOPA)是一種簡單的半定量的風險評價方法，它主要是確定比較危險的事故情景，通過確定事件發生概率、后果嚴重程度和獨立保護層(IPL)失效概率，來估算事故情景的風險。SIL定級的目的是對每個安全儀表回路進行以下分析：

表1 甲醇罐區HAZOP分析結果表

1) 需求的原因和頻率；

2) 所有保護層均失效的情況下后果的嚴重性；

3) 為滿足風險標準的要求，安全儀表功能所需達到的風險降低因數。

2.3 SIL定級方法

將計算出的事故場景風險與可接受風險標準進行對比，以決定風險是否在容許的范圍內。

如果計算風險低于風險可接受標準，則事故場景已有足夠的保護層，不需再增加任何保護層。

需求模式下，如果計算風險高于風險可接受標準，則剩余的風險降低就由SIF來承擔，SIF需要降低的風險水平就決定了SIF所需達到的SIL等級，SIF的PFD由式(1)決定。

(1)

風險降低因數RRF由式(2)計算。

(2)

式中：PFDSIF為SIF功能需求時的失效概率；RRFSIF為SIF功能的風險降低因數；TMF為削減后的風險頻率；TF為事故的可接受頻率。

確定了SIF的PFDSIF或RRFSIF之后，依據表2確定SIL等級。

表2 需求模式下RRF、PFD與SIL關系表

連續模式下，安全儀表功能的失效率以單位時間內的失效頻率PFH來計算，依據風險分析計算出SIF的PFH后，依據表3確定SIL等級。

表3 連續模式下PFH與SIL關系表

若確定的SIL等級為0，則安全儀表功能SIF可在SIS系統或DCS系統中實現，若確定的SIL等級為1、2或3，則此安全儀表功能必須在SIS系統中實現。同一個安全儀表功能，從人員傷害、財產損失、環境危害3個方面可能得到不同的SIL等級，此時，取其中最高的等級作為所需要的SIL等級。

2.4 甲醇罐區SIL定級結果(見表4)

表4 甲醇罐區SIL定級結果表

3 結論

1) HAZOP分析方法是一種用于辨識工藝設計缺陷、工藝過程危險及操作性問題的定性分析方法，不能對偏差產生的事故風險、現有安全措施的風險降低水平和剩余風險水平進行量化。

2) HAZOP報告作為LOPA的輸入，在HAZOP報告中的危害場景、可能性和嚴重程度可作為LOPA的指導，對于某一危害程度較大的場景，如果HAZOP報告中沒有提及，LOPA分析對此進行合適的評估。

3) 保護層分析(LOPA)是一種簡化的風險評估工具，它通過對初始事件頻率、后果嚴重程度、獨立保護層失效的可能性的分類來近似表征一個特定場景的風險，可用于安全儀表功能的SIL定級。

4) 進行LOPA分析的目的主要是為了確認對于事故后果非常嚴重的風險，現有保護層是否足夠，是否有必要增加額外的SIS保護，以確定增加的SIS系統的風險降低目標是多少，為增加的SIS系統設計提供依據。