基于Bow-tie模型的甲醇污水凈化站風險分析

李冰毅

(中國石化華北油氣分公司，河南鄭州 450006)

針對天然氣凈化處理過程中的危險有害因素，許多學者開展了相關分析研究。許述劍等[1]通過相關事件案例分析，明確高含硫天然氣凈化過程中硫冷凝器實際存在的腐蝕機理，并提出了相關措施和建議；李根生[2]通過劃分作業評價單元，運用事故樹定量分析法(FTA)與作業條件危險性評價法(LEC)對甲醇泄漏時可能引發的火災、爆炸事故進行了定量對比評價，并提出了針對性的對策措施；周寧等[3]通過層次分析法(AHP)和模糊綜合評價法建立了完整性評價模型，為降低潛在風險提出了措施；張賀等[4]通過總結天然氣凈化廠安全監管過程中的經驗，提出了基于情景構建的安全監管模式。

Bow-tie分析法能夠直觀地顯示“危害因素→事故→事故后果”的全過程，清楚地展現引起事故的各種途徑；分析人員可以有效利用屏障設置獲得預防事故發生的措施，以及如何加強控制措施來降低風險或杜絕事故。本論文選取某氣田甲醇污水凈化站為研究對象，采用Bow-tie分析法，開展危害識別與風險評估，通過制定相應的管控措施，降低甲醇、凝析油等危險物質的火災、爆炸風險，以保證天然氣凈化安全平穩運行。

1 研究背景

1.1 生產現狀介紹

某氣田甲醇污水凈化站承擔該氣田集氣站的甲醇污水處理、凝析油回收等工作。主要工藝單元有甲醇污水儲運、水質預處理、甲醇再生、凝析油和甲醇儲運、污水回注、污泥處理等。其工藝流程如圖1所示。

1.2 Bow-tie介紹[5]

Bow-tie，即風險管控措施與行動模型，又稱領結圖。主要原理是：以領結圖的方式將危險源、危險有害因素、預防措施、頂上事件、減緩措施和事件后果關聯在一起，如圖2所示。領結圖左邊表示事件樹，表明了可能導致頂級事件發生的可能性和預防措施；領結圖右邊表示事故樹，表明了頂上事件失效發生事故后果的嚴重性和減緩措施。

圖1 甲醇污水凈化站工藝流程

圖2 Bow-tie分析示意

2 Bow-tie分析

以危險源為核心，以甲醇污水處理工藝流程為主線，按照“危險源辨識、工藝流程梳理、風險點排查、風險評估、控制措施制定”5個步驟開展Bow-tie分析。

2.1 危險源辨識

甲醇污水凈化站主要危險、有害物質有甲醇、凝析油、天然氣、含油污水、廢水、含油污泥、化學試劑等。根據GB18218-2018《危險化學品重大危險源辨識》[5]進行重大危險源辨識，得出甲醇構成重大危險源。

甲醇，無色澄清液體，有刺激性味，具有易燃、易爆、有毒的特性。根據GB50183-2004《石油天然氣工程設計防火規范》，其火災危險性屬于甲B類。

2.2 工藝流程梳理及風險點排查

根據甲醇的危險特性和甲醇輸送工藝流程，對甲醇輸送過程風險點進行排查，排查結果如表1所示。

表1 甲醇處理過程風險點排查一覽

2.3 風險分析及管控措施

根據甲醇處理過程排查出的風險點，參照《中國石化安全風險評估指導意見》(中國石化安風[2018]38號)，選取風險程序較高的精餾塔腐蝕導致甲醇泄漏和儲罐腐蝕或誤操作冒罐導致甲醇泄漏兩個事件，采用Bow-tie分析法開展風險評估，確定事件發生的概率和風險等級，最后提出相應的風險管控措施。

2.3.1精餾塔甲醇泄漏分析

按照Bow-tie分析步驟，選取甲醇為危險源，精餾塔甲醇泄漏為頂上事件，甲醇爆炸為事故后果，預防屏障2道，減緩屏障4道，分析結果如圖3所示。

對6道安全屏障進行評估，發現：①未按照TSG 21-2016《固定式壓力容器安全技術監察規程》相關要求，定期對精餾塔進行檢測，導致“安全評估”屏障失效；②消防設施未進行防凍保溫、消防系統未經檢測驗收，導致“應急處置”屏障失效。

圖3 精餾塔甲醇泄漏Bow-tie分析

通過對屏障的有效性評估，提出以下控制措施：①定期對壓力容器等重要設備進行定期檢測、維修，保障設備的本質安全；②開展應急能力評估，根據應急預案、應急設施等方面存在的問題逐一進行完善，保障在頂級事件突發時，應急處置得當。

2.3.2儲罐甲醇泄漏分析

按照Bow-tie分析步驟，同樣選取甲醇為危險源，儲罐甲醇泄漏為頂上事件，甲醇爆炸為事故后果，預防屏障6道，減緩屏障9道，分析結果如圖4所示。

對15道安全屏障進行評估，發現：①液位超限沒設置報警后的聯鎖處置，導致“聯鎖切斷”屏障失效；②消防系統未經檢測，未通過消防驗收導致“應急處置”屏障失效。

圖4 儲罐甲醇泄漏Bow-tie分析

通過對屏障的有效性評估，提出以下控制措施：①定期檢測液位計和高液位報警系統，并設置聯鎖功能；②按計劃開展消防檢測，取得消防驗收手續。

3 風險對比分析

依據中國石化安全風險矩陣[7，8](如圖5所示)，將各類風險的嚴重性分為A、B、C、D、E、F、G共7級，工作中A級最輕，G級最重；將各類風險的可能性分為1～8級，其中1級最小，8級最大；風險矩陣中每一個具體數字代表該風險指數值，最小為1，最大為200。

圖5 中國石化最新版安全風險矩陣

為了降低精餾塔甲醇泄漏和儲罐甲醇泄漏的風險，針對失效的兩項屏障措施，采用保護層分析方法(LOPA，如圖6所示)。結合有效性評估結果，對落實相關控制措施后，風險的變化情況進行分析對比。結果分別如表2和表3所示。

通過風險對比分析，可以看出：采取相應的風險管控措施后，精餾塔甲醇泄漏引發爆炸的風險等級由D5(25)降低到D3(12)，儲罐甲醇泄漏引發爆炸的風險等級由E4(22)降低到E3(15)。

圖6 保護層分析方法示意

控制措施頂級事件初始概率修正系數保護層點火概率事故概率事故后果風險等級措施落實前精餾塔爆炸1×10-20.11×10-31～2人死亡D5,25較大風險措施落實后精餾塔爆炸1×10-21×10-20.11×10-51～2人死亡D3,12一般風險

表3 控制措施落實前后風險對照(甲醇儲罐爆炸)

4 結論

a)以危險源為核心，以工藝流程為主線，按照“危險源辨識、工藝流程梳理、風險點排查、風險評估、控制措施制定”5個步驟開展Bow-tie分析，能夠本質安全層面識別風險，明確關鍵行動和任務。

b)Bow-tie模型是集故障樹、事件樹和圓蔥圖理論相結合的系統風險分析及量化技術，與傳統的風險識別方法相比，具有較高的應用價值。

c)Bow-Tie模型用圖形的方式清晰地表示問題，更加直觀、便于理解，能夠全面的識別風險、制定措施，真正從源頭管控重大風險，消除重大隱患。