结合LOPA的HAZOP分析在油田火筒式加热炉中的应用_刘国强

1、摘 要:介绍了 HAZOP 分析及 LOPA 分析方 法, 阐述了结合 LOPA 的 HAZOP 分析方法的步 骤, 并用该分析方法对某油田火筒式加热炉进行 了分析, 辨识出设施存在的危害因素以及需要增 加的安全措施, 评估了增加措施前后的风险。 关键词:HAZOP LOPA 加热炉 危害因素通过安全分析的方法对工艺装置或设施进行 危害辨识与分析, 可以比较系统地识别出各种潜 在危险和危害, 并提出针对性的防护措施, 达到避 免事故发生或减轻事故后果的目的。常用的安全 分析方法中, HAZOP 分析因其系统、 全面、 有效等 特点, 得到了日益广泛的应用与推广 1。国家有关 主管部门也高度重视

2、 HAZOP 分析的作用, 陆续出 台了相关文件对 HAZOP 分析的应用提出了明确 要求和指导性意见。因此, 掌握 HAZOP 分析方法, 并用于实际工 作已成为必然趋势。但是, HAZOP 分析方法也存 在着自身的局限性:一是, 该方法主要注重于危险 危害因素的识别:二是该方法属于定性分析法, 无 法给出量化的危害因素危险性; 三是该方法对于 现有的安全措施是否能够将危险性降低至可接受 的水平, 是否有必要再增加安全措施没有展开分 析。鉴于这种情况, 人们开始注意到结合 LOPA 的 HAZOP 分析法, 并展开了相应的研究。本文将结 合相关研究成果, 简述 LOPA 与 HAZOP 结合

3、的机 理, 探讨具体步骤和方法, 然后通过该方法对油田 应用较多的火筒式加热炉进行分析, 展示了结合 LOPA 的 HAZOP 分析方法的有效性。1HAZOP 及 LOPA 分析方法简介1.1HAZOPHAZOP 分析主要是通过对生产工艺系统的每 个节点展开分析, 利用引导词的方法对生产运行 中可能出现的偏差逐一进行分析, 找出有实际意 义的偏差, 接着分析出现偏差的原因, 判断这些偏 差对生产系统可能产生的影响及导致的后果, 从 而辨识出生产工艺系统存在的主要危险、 危害因 素, 并提出有针对性的建议措施。要成功地进行 HAZOP 分析, 需要工艺设计、 生结合 LOPA 的 HAZOP 分

4、析 在油田火筒式加热炉中的应用刘国强(中国石化海上石油工程技术检验中心, 山东东营 257000SAFETY HEALTH &ENVIRONMENT 产工艺技术管理、 仪表控制、 生产操作等各方面的 人员共同参加, 这可以实现设计与实际操作要求 的结合, 保证分析结果深入、 全面, 并使提出的安 全措施具有可操作性 2。1.2LOPA 分析(保护层分析, Layers of Protection Analysis对于各种生产工艺过程, 不可避免地存在着 风险。为降低风险, 需要设置很多的安全措施。 当生产过程中出现危险事件后, 通过所设置的保 护措施, 能够大大降低危险事件继续发展的概

5、率, 以致阻止危险事件发展为事故, 或即使无法阻止 事故发生, 也将降低事故的后果, 从而使风险降低 到可接受水平。具体作用过程见图 1。事故图 1独立保护层作用安全措施的设置存在 2种可能:一是措施不 足, 导致风险控制不够, 风险过高; 二是措施过多, 设置了没有必要的保护措施, 导致投资增大, 维修 运行成本提高, 措施的故障还可能导致生产的停 运。据 Source 公司, 针对炼油厂制氢装置的统计, 有 49%的安全仪表安全保护系统是过保护的, 有 4%是不足的。因此, 需要有一种方法能够对设施 的安全措施进行分析, 以避免上述问题的发生, LOPA 分析便是为满足上述需要而进行的。

6、安全措施, 也可称保护层, 有些是多个共同作 用后才能对风险起到削减作用, 若单独作用时效 果减弱, 甚至不起作用, 而有些则可以独立地完成 其保护功能。对于 LOPA 分析而言, 所分析评估的 对象是能够独立完成保护功能的保护层独立 保护层。在 IEC-61511 安全仪表系统 标准中, 对 独立保护层进行了界定, 即必须满足专一性、 独立 性、 可靠性和可审核性 4方面要求的保护层。 LOPA 分析需针对每一个假定事故情形的每 一个独立保护层进行分析, 包括:防止事故发生的 各独立保护层是否有效及有效程度、 所有独立保 护层综合运用后的风险能否接受、 是否需要增加 独立保护层、 增加的独立

7、保护层是否能有效削减 风险、 增加后保护层后的剩余风险有多大。LOPA 分析的最终结果包括初始事件频率与 独立保护层(IPL故障可能性的数量级 (即有效程 度 、 后果严重度以及可容忍风险标准。根据保护层作用原理图, 事故场景初始事件 发生后, 只有在第 1个保护层失效的情况下才能继 续向下发展, 以此类推, 在第 2、 第 3 i 个保护层失 效的情况下, 事故发生的频率逐渐变小, 风险便不 断降低。如果事故场景初始事件发生的频率为 F I , 第 1、 第 2, , 第 i 个保护层失效频率分别为 PFD 1、 PFD 2, , PFD i , 则事故发生的频率 可以使 用以下公式来近似计

8、算:=F I *PFD 1*PFD 2*PFD i (1 因此, LOPA 分析是一种半定量的分析方法, 利用比较简单的乘法运算, 近似估算事故发生的 频率, 得到了迅速的、 广泛的应用。1.3HAZOP 分析与 LOPA 分析结合的机理HAZOP 分析进行的是定性分析, 分析后并未 解决这样的疑问:采取的措施是否对降低风险有 作用?采取措施后风险水平降低了多少?是否已 降至可以接受的水平? LOPA 分析方法则可以解 决上述问题。LOPA 分析方法的基本特点是基于事故场景 进行风险研究。事故场景是发生事故的事件链, 包括起始事件、 一系列中间事件和后果事件。一 般情况下, 后果严重的事件作为

9、事故场景进行分 析。每个不同的生产工艺系统都会有不同的事故 场景, 这可以通过 HAZOP 分析获得。由此可见, HAZOP 分析与 LOPA 分析之间有 着很好的互补作用。1.4结合 LOPA 的 HAZOP 分析方法的具体步骤 HAZOP 与 LOPA 结合的分析方法见图 2。 a 按照 HAZOP 的正常分析步骤进行节点分 析, 找出工艺系统可能发生的各种工艺偏差事件、 形成原因及后果。b 根据现有措施对事件后果严重程度进行初 步判断, 找出可能发生严重后果的事件, 作为进行 LOPA 分析的事故场景事件。c 确定事故场景事件的始发事件的频率、 保 护层失效的频率及事件的后果, 利用风险

10、矩阵法 计算事故场景事件的风险, 根据工艺设施所在企 业的风险承受标准判断该风险能否接受。d 对于无法接受的事故场景事件, 提出应增设 的保护措施, 并对其失效频率进行分析, 重新计算该 SAFETY HEALTH &ENVIRONMENT 40事故场景事件的风险, 判断增设的保护措施是否有 效降低了该事件的风险, 以及风险水平能否接受。e 对于风险仍无法接受的, 应考虑增设其他 措施或改用其他工艺方法。 图 2HAZOP 与 LOPA 结合分析过程2HAZOP 与 LOPA 结合对火筒式加热炉进行分析某滩海陆岸平台有 3口油井, 油井产油输入火 筒式加热炉, 经加热把油气初步分离后,

11、 通过汽车 运走。火筒式加热炉分离出来的气经分液罐后分 为 2路, 一路作为加热炉的燃料气, 一路排入放空 管排空。火筒式加热炉配备有安全阀、 压力表、 液 位计等安全附件, 该装置采用无人值守方式生 产。具体流程如图 3。图 3火筒式加热炉工艺以加热炉及分液罐作为一个节点进行 HAZOP 及 LOPA 分析。 2.1HAZOP 分析对该节点进行 HAZOP 分析, 结果如表1。表 1结合 LOPA 的 HAZOP 分析 SAFETY HEALTH &ENVIRONMENT2.2LOPA 分析a 确定事故发生频率等级:根据挪威 SINTEF 发行的 OREDA(OFFSHOREReli

12、ability Data Hand-book (第 5版 , 2009、 美 国 石 油 学 会 发 布 的 API RP581基于风险的检测技术 等资料或根据专家 经验确定事故场景初始事件的发生频率、 保护措 施失效频率后, 利用公式 (1 计算出事故发生频 率, 并确定事故频率等级。b 确定事故后果级别:根据事故发生后的影 响大小确定事故后果级别。c 风险评估:通过确定的事故发生频率及后 果等级, 构建风险矩阵, 根据风险所在区域确定出 风险级别。根据风险级别, 将风险分为 3类:一般风险、 中 度风险及重大风险。具体见表 2。表 2 风险分类表依据 HAZOP 分析的结果, 利用 LOP

13、A 分析对 加热炉目前风险及采取措施后的剩余风险进行评 估, 得到的结果见表 1。2.3分析结果由表 1与表 2可知, 加热炉液位高、 液位低属 于重大风险, 目前的安全措施不足, 需要增设安全 措施。在增加液位进油联锁切断阀及炉膛灭火切 断进气保护等措施后, 剩余风险达到可接受的程 度。压力超高对加热炉及分液罐的风险属于一般 风险。分液罐虽未安装安全阀, 但由于燃气引自 加热炉, 且分液罐的设计压力要高于加热炉的设 计压力, 在加热炉安全阀可靠的情况下, 不会出现 压力超高情况, 不需增设安全阀。3结语通过 HAZOP 分析与 LOPA 分析相结合对火筒 式加热炉的安全分析, 识别出某浅海油

14、田火筒式 加热炉存在的 2个重大安全隐患, 增设安全措施后 可将设施风险降低至可接受水平。通过分析及实例应用可知, HAZOP 分析与 LOPA 分析作为生产工艺系统的安全分析方法具 有很强的互补性。HAZOP 分析辨识出了系统存在 的危害因素及风险, 提供了可能发生的事故场景 事件; LOPA 分析对事故场景事件的风险及采取措 施后的剩余风险进行了评估, 解决了现有设施的 安全措施是否足够, 以及增设措施后的风险是否 能够接受等疑问, 能够有效避免防护不足或过防 护等问题。HAZOP 分析与 LOPA 分析相结合的分 析方法, 能够提高安全分析的深度, 量化分析结 果, 保证设施的安全性与经

15、济性, 值得进行深入的 研究并推广应用。4参考文献1吴重光主编.危险与可操作性分析(HAZOP应用指南M.北京:中国石化出版社,20122卢卫,王延平.保护层分析方法J.安全、 健康和环境,2006,6(4 3李奇,白永忠,万古军,等. 基于 HAZOP 的保护层分析技术研究 J.安全、 健康和环境,2010,10(9The Application of HAZOP of LOPA in Oil Field Fired Tube HeaterLiu Guoqiang (SINOPECOffshore Petroleum Engineering Technol-ogy Inspection Center, Shandong, Dongying, 257000 Abstract:the HAZOP and LOPA analytical methods are briefly introduced and the steps of HAZOP of LO-PA are elaborated. The fired tube heater of certain oil field