化工安全儀表系統SIL定級中LOPA的應用研究

楊慶超

安徽華東化工醫藥工程有限責任公司 安徽 合肥 230000

引言

根據實際調查顯示，我國許多化工企業都存在安全儀表系統設計、維護與安裝等階段冗余不夠科學、選擇不夠合理、質量風險把控不足等問題，為了保證化工安全儀表系統能夠正常使用，需要將LOPA技術應用在安全儀表系統的SIL定級當中，并要求相關人員能夠認識到系統本身存在的風險，明確系統技術要求，根據實際情況提出切實可行的優化措施。

1 SIL定級以及LOPA的主要內容

1.1 SIL定級

安全儀表系統與傳統的分散過程控制系統不同，兩者的差異性相對明顯，通常來說，安全儀表系統大多會處在靜止狀態，只有在進行化工生產以及關聯設備產生運行故障的情況下，才會做出精準反應，并第一時間停止生產過程，之后將運行設施調整到安全控制狀態。一般情況下，安全儀表的主要功能可以分為4個完全不同的等級閾值，而不同等級的安全儀表在進行電路調試、安裝與設計、維護的過程中都需要對應不同的技術要求，簡單來說，SIL定級是由每小時發生的危險失效概率進行區分，共分為4個等級，第4級表示最高的完整性程度，而第1級表示最低，并規定了能夠減少設計錯誤的設計規范[1]。

1.2 LOPA

LOPA又稱保護層分析，是指半定量的工藝危害分析技術，可以用于判斷危險場景的實際危險程度，利用定量計算的方法評估危害發生的概率，分析已有保護層的失效概率，若出現保護措施難以起到實際作用的情況，可以直接推算出所需采用的保護措施等級，其主要特點在于能夠分析未采取獨立保護層前的風險水平，之后借助參照風險容許準則的方式，實現獨立保護層風險降低程度的二次評估[2]。

2 LOPA在化工安全儀表系統SIL定級中的應用路徑

2.1 實際案例

本文將以某地方化工公司造紙化學品、精細化工產品、乳化型聚乙酯項目作為研究對象，闡述液氯儲罐的SIL定級中LOPA的應用路徑，具體的工藝流程圖如圖1所示，本次SIL定級的工作目標是進一步明確安全儀表系統的設計安全功能，確保要求的安全儀表功能完整，保證與各SIF相關的所需達到的SIL等級。具體的SIL定級清單如表1所示。

表1 SIL定級分析清單

圖1 液氮儲罐流程圖

2.2 注意事項

危險與可操作性分析方法的分析結果存在重大風險時，則需要采用LOPA進行分析。通常來說，對于安全儀表系統以及需要附加的儀表功能電路來說，所采取的風險防護措施需要以確定安全儀表功能電路SIL電平的保護作為主要目標，并判斷是否需要額外的SIS保護，并進一步確定附加SIS保護的安全儀表系統安全性能檢測標準，LOPA本身屬于一種半定量分析方法，因此可以借助評價或者計算以此獲取最終結果，在不同的應用場景下，保護層本身的失效概率以及風險標準等一系列數據參數的選擇都需要保持一致性。在應用LOPA的過程中，需要優先確定有效的獨立保護層，用以避免場景發展到無法控制的程度，避免出現意想不到的結果，確保與場景設備或動作的其余保護層不存在直接聯系，并注意由于聯鎖不會獨立于初始事件，所以聯鎖不可作為單獨保護層。

采用LOPA分析的技術人員需要注意，在實際分析過程中所產生的錯誤結果要采取二次分析，但這就會造成不必要的重復工作，浪費相關資源，若初始事件結果被評估為存在偏差，則添加的SIL保護也可能出現不足狀況，當使用風險表確定風險等級后可利用定性分析的方法，明確后果等級，但根據實際調查顯示，除了典型頻率外，后果頻率還受到眾多因素的影響，比如火源概率危險后的死亡概率等，因此在確定修正值的過程中難以避免的會對分析準確性造成影響，此類數據通常來說都是來源于經驗數據的推薦參考值，其中絕大部分都控制在一定范圍內，所以在具體應用時是參考值內應當包含一個能夠確定以上數據的原則。

LOPA分析方法在使用時需要相關人員采用確切合理的定量數據，以此保證分析結果的合理性與準確性，在使用LOPA技術時，一方面要確保保護層具有極高的獨立性以及有效性，比如當調節閥在發生故障時對于部分初始事件來說，高連鎖開關閥需要設置在下游蒸汽閥上，若SIS保護不斷提升，則要在給水管道上設置開關閥以及控制閥，以此實現SIS保護效果的進一步提高，若在下游蒸發器的液位區域設置液位連鎖，同時調節器處于關閉狀態，此時即便相關設置已經完成，但也不可作為單獨的保護層，究其原因在于連鎖與初始事件不存在直接聯系。除此之外，還要根據LOPA的技術特征，依照相關評價方法以及計算，獲取實際結果，并注意在完成初始事件頻率選擇后，要確保場景數據能夠與標準高度保持一致。

2.3 不足之處

本人通過將風險標準作為分析基礎使其與場景計算風險進行對比可知，在進行LOPA分析時，需要重視失效數據，失效數據本身是開展SIL定級以及LOPA分析的重要基礎支撐，但根據實際調查顯示，我國當前對于失效數據的獲取并沒有特定的標準系統，同時工業化的失效數據庫也沒有得到及時建立，因此難以避免的會出現失效數據的分析與計算方法不夠科學與完善，通常來說，LOPA的失效數據來源主要來自以下幾方面[3]：一方面是已有的研究文獻以及失效數據庫；另一方面是國外研究機構公布的數據手冊以及可靠性研究手冊。通常來說，關聯數據庫所針對的大多是國外的產品數據表、數據目錄等，而在實際應用時則要充分重視相關檢測技術工藝，及時修正標準水平。至于化工設備供應商所給出的數據參數以及認證證書等，同樣可作為LOPA失效數據的來源之一。除此之外。在進行LOPA技術分析時所使用的性能測試實驗，需要在滿足一定標準下才可開展，對于實際條件下的失效率無法完全反應，因此需要借助各類數據庫進行組合分析，從而收集高質量信息。

2.4 優化措施

在應用LOPA技術的過程中，技術人員不單單要切實遵守相關規范數據范圍，還要充分結合化工企業的實際發展情況，切實保障LOPA技術的分析有效性，在實現安全儀表系統SIL定級時，從業人員要充分認識到獨立保護層的規范性，合理選擇定量數據，準確完成風險性分析，借助獨立的保護層，避免場景出現意外結果，使初始事件始終獨立于其他場景，并且技術人員還要認識到所采取的一系列風險應對方法都與初始場景的失敗不存在聯系。而對于依照SIL定級的安全儀表系統在應用時，需要以定性風險分析的數據信息結果作為基礎，但這難以避免的會對風險概率計算的準確性造成影響，對SIL水平形成負面效果，為此相關技術人員需要做好危害分析工作，從而達到優化SIL定級的目的。

3 結束語

綜上所述，通過對SIL定級以及LOPA的主要內容進行分析討論，提出LOPA在化工安全儀表系統SIL定級中的應用路徑，并以實際案例作為分析對象，闡述相關注意事項、應用問題以及針對性的解決措施，以此達到減少安全事故發生概率的目的，使工作人員可以更高效的完成安全儀表系統的驗證以及操作，設置科學的安全等級，推動化工產業的可持續發展。