危險與可操作性-保護層分析方法與雙重預防機制在液氨風險分析中的應用

劉克忠

（湖北大峪口化工有限責任公司，湖北 鐘祥 431910）

危險與可操作性分析（HAZOP）是一種基于事故場景的工藝危險與可操作性分析的評估方法，主要應用于化工、煉油、石化及制藥等行業，是一種被工業界廣泛應用的工藝危險分析方法。通過借助引導詞和團隊協作，識別工藝系統中事故劇情，評估相應的風險，并根據需要建議更多危險控制措施。這種方法有很強的結構性和系統性，既可以應用于新建項目，也可以用于在運行的生產裝置，并且不受工藝系統的類別與規模限制［1］。但HAZOP分析是一種定性的分析方法，具有一定的局限性，在工業實踐中一般在定性危害分析完成后，對得到的結果中過于復雜的、危險的部分進行保護層分析（LOPA）。LOPA 分析是在定性危害分析的基礎上，進一步評估保護層的有效性，并進行風險決策的系統方法，是一種半定量分析方法，用于識別是否能夠滿足獨立保護層要求。雙重預防機制是要將安全風險逐一建檔入賬，采取風險分級管控、隱患排查治理雙重預防性工作機制。

液氨是一種較為常用的原料，被廣泛應用于化工、石化及制冷等各行各業中。因為液氨屬于有毒且易燃易爆的危險化學品，一定要在安全的前提下使用。筆者利用HAZOP-LOPA 分析方法及雙重預防機制分析液氨風險，介紹其分析流程。

1 HAZOP-LOPA 分析方法在液氨風險分析中的應用

以合成氨回路一個單元，馳放氣急冷器設備為節點，對其殼側、管側及進出口管線進行分析。

1.1 馳放氣急冷工藝流程

馳放氣急冷工藝流程見圖1。

圖1 馳放氣急冷工藝流程

來自CH01-PO-EF-017 的馳放氣進入馳放氣急冷器09-E004，通過來自CH01-PO-EF-019的液氨進行冷卻。冷凝下來的液氨送往CH01-PO- EF-019，不凝氣體去CH01-PO-EF001和馳放氣回收裝置。

1.2 馳放氣急冷器運作條件

殼程設計壓力1.8 MPa，管程設計壓力12.7 MPa，設計溫度-33 ℃。

1.3 危險因素分析

運用北京思創信息系統有限公司軟件對圖1中虛線部分流程進行分析，以馳放氣急冷器殼程壓力過高和管程液位過低進行偏離舉例分析，概念性參數選擇壓力分界進行舉例分析。

（1）馳放氣急冷器殼程壓力過高。馳放氣急冷器殼程壓力過高的原因及導致的危險有以下兩種情況。

情況一：馳放氣急冷器管程泄漏導致12.7 MPa的馳放氣進入設計壓力1.8 MPa 的殼程，若遇火源，達到爆炸極限，馳放氣急冷器發生物理爆炸后，會發生氨氣爆炸。

情況二：馳放氣急冷器殼程出口閥門故障關閉，或者殼程液氨蒸發，造成氣體集聚，導致其殼程壓力急劇上升，大于4倍殼程設計壓力時，馳放氣急冷器發生物理爆炸，液氨被釋放到大氣中進而導致人員灼傷、中毒。

（2）馳放氣急冷器管程液位過低。可能原因：上游進入馳放氣急冷器馳放氣流量過低；馳放氣急冷器管程液位調節閥處于手操狀態，人員誤操作使閥門開度過大，導致液氨流量過大；馳放氣急冷器管程液位調節閥控制回路出現故障，使閥門開度過大，導致液氨流量過大。此時馳放氣急冷器中馳放氣進入氨分離器，出現出界區物料偏離。

（3）馳放氣急冷器壓力分界不當。可能原因：馳放氣急冷器殼程安全閥起跳；馳放氣急冷器殼程排空管壓力不當；馳放氣急冷器殼程馳放氣區壓力不當。可能導致馳放氣急冷器管程及殼程所有出口管線爆管。

1.4 風險分析

風險分析是基于中國海洋石油集團有限公司（簡稱中海油）安全風險矩陣（見表1）中得出，風險分析中后果嚴重度分值是運用LOPA分析得出。

表1 安全風險矩陣

1） 情況一

此種情況的原始設計風險為非常重大的安全事故、類似事件在化工行業發生過的等級的交集（見表1 中的F 等級20）。針對此種風險現在采取的安全措施為：在馳放氣急冷器殼程處設壓力指示；在馳放氣急冷器殼程設安全閥。采取以上兩種安全措施后，此種風險降為嚴重的安全事故、類似的事件沒有在化工行業發生過等級的交集（表1中E等級10）。建議增加下列安全措施：（1）計劃停車對管程進行打壓試漏；（2）馳放氣急冷器殼程壓力設置遠傳顯示，并設置壓力高報警，以便于人員及時發現、響應；（3）馳放氣急冷器周圍設置警戒區，禁止外來人員進入，防止事故時造成人員傷亡；（4）對馳放氣急冷器殼程液氨進行定期采樣檢測，確認是否含有馳放氣組分；（5）現場設置可燃氣體報警儀。

2） 情況二

此種情況中，馳放氣急冷器物理爆炸風險為非常重大的安全事故、在設備設施的使用壽命內可能發生多次等級的交集（見表1 中的F 等級94）；液氨被釋放到大氣中導致人員灼傷、中毒風險為非常重大的安全事故、在設備設施的使用壽命內可能發生1或2次等級的交集（見表1中的F等級64）。針對此種風險現在采取的安全措施為：在馳放氣急冷器殼程處設壓力指示；在馳放氣急冷器殼程設安全閥。采取以上兩種安全措施后，此種急冷器物理爆炸風險降為非常重大的安全事故、類似的事件在中國海洋石油集團有限公司曾經發生過等級的交集（表1中F等級30）；液氨被釋放到大氣中導致人員灼傷、中毒風險降為非常重大的安全事故、類似事件在化工行業發生過等級的交集（見表1 中的F 等級20）。建議增加下列安全措施：（1）在馳放氣急冷器殼程出口氣氨管線到手閥增加旁路閥門；其余措施同情況一建議增加措施中（2）至（5）項。

2 HAZOP-LOPA 分析與雙重預防機制應用方法及流程

通過上述應用舉例可以看出，針對一個偏離，通過HAZOP分析，找出原始風險，并對原始風險進行分級，找出現有的安全措施和建議措施。將原始風險按照分值（紅、橙、黃、藍）建立風險分級管控清單。對于重大風險進行LOPA分析。利用建立的風險分級管控清單，到現場核查所有的安全措施是否有效實施，完成隱患排查。現有安全措施和建議措施見表2和表3。

表2 現有安全措施

表3 建議措施

馳放氣急冷器風險分析流程：①根據HAZOP分析方法中“偏離”2+1法則（列出節點內可能產生的偏離，選擇有價值的偏離，描述清楚），對馳放氣急冷器節點定偏離（偏離=引導詞+參數）；②以馳放氣急冷器殼程壓力過高的偏離進行分析，按照8+1原則（操作失誤、設計錯誤、儀表故障、環境影響、公用工程不足、界外區來料偏離、原料錯誤、可以使用偏離做原因的情況（假如原因過于復雜、又跨越節點時；偏離還需進一步分析時）），向左找原因；③根據風險矩陣（中國海洋石油集團有限公司安全風險矩陣），對找到原因定頻率；④根據后果分析9+1 原則（人員、財產、物料泄漏、環境污染、生產中斷、質量問題、社會影響、出界區物料偏離、偏離當后果（后果在節點外，且離當前正在分析的偏離過遠時，偏離還需進一步分析時）），向右找結果；⑤按照風險矩陣圖，對后果的嚴重性進行判定；⑥針對偏離制定安全措施、現有措施、建議措施；⑦針對原因制定建議措施，針對后果制定建議措施；⑧基于HAZOP 分析后，對原始風險進行LOPA分析。

3 結論

通過馳放氣急冷器風險分析應用舉例，運用HAZOP-LOPA 分析方法，結合北京思創信息系統有限公司軟件，得到馳放氣急冷器存在的風險等級，根據風險等級對馳放氣急冷器形成風險分級管控清單。

綜上所述，HAZOP-LOPA 分析方法多應用于設計階段對生產裝置提出安全保護及措施，而工廠進入生產階段后，亦會對自有設備設施進行安全隱患排查，可對工廠內設備設施實行風險分級管控、隱患排查治理雙重預防性工作機制，形成一套標準化方法，進行推廣和應用，達到過程安全管理的目的。