HALOPA分析在罐區中的應用

肖 云

(眾一阿美科福斯特惠勒工程有限公司，上海 200235)

近年來，國內化學品罐區多次發生事故：2018年3月1日，唐山天良公司施工人員在車間實施污水儲罐罐頂施工作業，清理施工工具時產生火花致使污水儲罐起火，導致包括施工人員及公司人員在內的5名人員中4人死亡、1人受傷。2013年3月1日，建平縣鴻燊商貿有限公司因為硫酸儲罐內的濃硫酸被局部稀釋后，儲罐材質反應產生氫氣，與空氣形成爆炸性混合氣體，遇焊接明火發生硫酸儲罐爆炸事故，造成7人死亡，2人受傷。本文以罐區中甲苯罐設計為例，采用保護層頻率量化方法（即HALOPA分析）識別罐區工藝或操作過程中存在危害，根據傷害后果事件發生頻率大小分級，通過評估保護層有效性，降低生產操作過程風險。

1 HALOPA分析方法

HALOPA分析是 HAZOP（Hazard and operability study）危險可操作分析[1]與LOPA（Layer of protection analysis） 保護層分析[2]二者結合，為一種半定量的分析方法。通過HAZOP分析，識別罐區中是否存在設計安全、監測控制、運行管理等危險；在定性后果嚴重場景和發生事故頻率基礎上，確定風險等級。基于保護層洋蔥模型，采用LOPA分析確定事故場景的風險等級及其各種保護層降低的風險水平，是否達到可接受風險；如果需要用SIS（Safety instrumented system）安全儀表系統[3]的形式來額外的降低風險的，還需確定各SIF（Safety instrumented function） 安全儀表回路[4]的SIL（Safety integrity level）安全完整性等級[5]。

2 HALOPA分析過程

HALOPA分析主要過程包括分析界定、分析準備、分析會議、分析報告及HALOPA審查和結果關閉[6]。

2.1 準備階段

確定罐區分析目標，考慮分析對象的界區范圍，可用的資料及其詳細準確程度，已開展過的工藝危害分析的范圍等因素；組建 HALOPA分析小組，包括：HALOPA主席、記錄員、工藝工程師、設備工程師、儀表工程師及有經驗的操作人員等[7]；制定分析計劃，準備會議文件，培訓相關知識。

2.2 分析會議

先介紹罐區甲苯概況，描述劃分節點，確定相關偏差；根據節點圖，分析偏差產生的原因，偏差導致的后果，現有的保護措施，評估風險等級是否達到可接受風險（選用5×7風險矩陣）[5]。如果屬于嚴重風險，且達不到滿足企業的分險標準，則增加IPL（Independent protection layer）獨立保護層[8]，確保提出的建議措施能降低風險并具有可操作性，而且應得到整個小組成員的共同認可。

2.3 分析報告與審查結果

HALOPA分析會議結束后，對分析記錄結果進行整理、匯總，形成HALOPA分析報告初稿[9]。分發給小組成員審閱，根據小組成員反饋意見進行修改。形成HALOPA分析報告正式稿，提交給項目委托方或后續行動/建議的負責人及其他相關人員。如果修改后接受或拒絕接受建議，或采取另一種解決方案、改變建議落實日期等，應說明原因，并形成備案文件。

3 罐區HALOPA分析情況

3.1 流程簡述

原料甲苯采用化學品專用槽車進行運輸，從廠外運至裝卸站，通過卸車鶴管連接槽車底部的卸料管口，由輸送泵將原料轉至新建甲苯罐儲存。槽車與儲罐共用尾氣平衡管并匯總至廠區的尾氣總管，送至廢氣焚燒爐進行焚燒處理。

甲苯罐 (TK-101)設置氮封，為固定頂儲罐，容積為 50m3；尺寸為 Φ3400×6000；材質為S30408；操作壓力為1.5～2kPa（G）；設計溫度為20～40℃；設計壓力為-0.5/6 kPa（G）；設計溫度為100℃。

3.2 甲苯罐分析

采用引導詞多、少等，工藝參數流量、液位、溫度、壓力等形成HALOPA分析偏差。當偏差為無流量時，考慮進料閥門故障關閉，會造成無法裝卸，但無安全影響；考慮出料泵故障無法運行，會造成儲罐液位升高，影響生產，有效安全措施為設置雷達與壓差二套高液位報警系統。以此類推，分別考慮流量大小，液位高低，溫度高低，壓力大小、逆流、污染組分、破裂泄漏、設備完整性、不正常操作、檢維修、以往事故、人為因素等偏差。從人員、財產和環境等多個方面考慮偏差導致的后果以及現有預防措施，評估風險等級。具體可見表1與表2。

表1 甲苯罐HAZOP分析記錄表示意

表2 甲苯罐LOPA分析記錄表示意

根據HALOPA分析，儲罐通過氮封系統精確控制。當儲罐進液閥開啟，向罐內添加物料時，液面上升，氣相部分容積減小，壓力升高，當罐內壓力升高，接近儲罐壓力設定值3.5kPa的過程中，泄壓閥門逐漸打開，向廢氣總管釋放尾氣，使罐內壓力保持在接近儲罐壓力設定值而不上升，降至儲罐壓力設定值時，自動關閉。當儲罐出液閥開啟，儲罐放料時，液面下降，氣相部分容積增大，罐內壓力降低，供氮氣閥開啟，向儲罐內注入氮氣，使罐內壓力保持在接近儲罐壓力設定值而不下降，升至供儲罐壓力設定值2.5kPa時，自動關閉。

儲罐設固定式消防冷卻水系統，每座儲罐均設置液位指示，并按建議要求高高液位報警，聯鎖關閉罐進料入口緊急切斷開關閥，信號進SIS系統，低低液位停裝車泵，信號進入DCS系統。罐區附近15m內設置可燃氣體探測自動分析濃度超限報警裝置，監視有毒氣體濃度并將信號傳到控制室和消防站以便采取應急措施。按HALOPA方法分析，在采取相關建議措施后，該儲罐工藝過程的安全措施可靠，風險降至可以接受的程度。

4 結語

將HALOPA分析方法應用于罐區的安全評價中，可以使分析人員對于單元中的工藝過程及設備有深入了解；對于單元中的危險有更透徹的認識；對應采取的措施有更明確方向；從而量化主要危險帶來的風險，保證被控設備處于安全狀態，同時，增強員工安全防范意識，加強罐區的日常生產與維護。HALOPA分析已經被認為是罐區安全評價的有效方法，可以將危險消滅在項目實施早期，為操作指導提供有用資料。