HAZOP及LOPA分析在廢潤滑油加氫裝置燃氣加熱爐中的應用

王利勇，李興建，夏克勤，沈康文，李青澤

(武漢科林化工集團有限公司，湖北 武漢 430223)

HAZOP/LOPA(SIL定級)分析目前已經廣泛應用于各種化工裝置。HAZOP作為一種形式結構化的方法，可全面、系統的對裝置中每一個元件進行分析，找出其中重要的參數偏離了指定的設計條件所導致的危險和可操作性問題，并提出切實可操作性的意見。LOPA主要分析工藝系統是否需要SIF安全回路作為保護層，如果需要，則提出相應SIF回路的SIL等級要求。

近年來各地石油化工行業時常有事故發生，因此各地政府均紛紛出臺了更為嚴厲的安全管理制度及政策，例如江蘇省應急管理廳即出臺文件《省應急管理廳關于印發<本質安全診斷治理基本要求>的通知》(蘇應急〔2019〕53號)中就明確要求：在2020年9月底前，經診斷治理核查未達到《基本要求》的企業應停止生產或停止相關生產裝置、設備設施使用，2020年12月底前，經診斷治理核查仍然未達到《基本要求》的企業應關閉退出。涉及到兩重點一重大的項目或裝置均需進行HAZOP分析，包括設計階段和在役裝置。

管式加熱爐是煉油廠和石油化工廠的重要設備之一，被加熱物質在管內流動介質為氣體或液體，并且都是易燃易爆的物質，操作條件苛刻，同時長周期運轉不間斷操作，加熱方式直接受火，一旦控制不當，極易發生火災、爆炸事故。

本次主要以廢潤滑油加氫裝置中加氫加熱爐為分析目標，介紹HAZOP及LOPA分析在廢潤滑油加氫加熱爐中的應用。

1 某廢潤滑油加氫裝置加熱爐單元簡介

某廠廢潤滑油加氫裝置是以廢潤滑油為原料，經過預處理脫瀝青脫輕之后，分餾出潤滑油基礎油餾分，然后再去加氫精制，提升潤滑油基礎油品質。

圖1 燃氣加熱爐工藝流程圖

經預處理之后的潤滑油基礎油經原料泵增壓后與氫氣混合，經過換熱器換熱升溫至300℃左右，然后進入加熱爐F-401加熱至320℃后去往加氫反應器。加熱爐F-401燃料來自燃料氣管網，主要為瓦斯氣并有少量裝置排放的輕烴。加熱爐出口物料溫度(TIC40605)與加熱爐燃料氣流量(FIC40601)串接控制來控制加熱爐出口物料溫度。燃料氣進燃燒器前設置有同時加熱爐出口爐管設置溫度監控TIAS40606A/B/C 三取二(2OO3),當出現超溫情況時，將會聯鎖關閉燃料氣主線、副線上開關閥XV40601(XV40604)、XV40603(XV40606),使加熱爐熄火，同時打開進氣線放空線上的開關閥XV40602(XV40605) ，以排空管線上殘留的瓦斯氣，避免其帶來安全隱患。加熱爐煙道風門擋板與爐膛壓力聯鎖，控制爐膛內壓力。加熱爐工藝流程見圖1。

2 HAZOP及LOPA分析

2.1 節點劃分

由于加熱爐僅作為廢潤滑油加氫裝置其中一個加熱單元，因此本次分析將加熱爐作為一個整體進行分析，包括廢潤滑油進、出料線，燃料氣線及爐體本身。

2.2 引導詞及偏差

通常在進行HAZOP分析前會由HAZOP分析小組主席提前告知分析中所用的引導詞及偏差。這是因為當裝置工藝流程的主要狀態參數(如溫度、壓力、流量等)一旦與設計規定的基準狀態發生偏離，就有可能發生問題或出現危險，即出現偏差。這種偏離的狀態參數通常與引導詞“無、過小、過大、過高、過低”等組合在一起，例如“溫度過低”、“壓力過高”、“流量無”等等，且一般對一種狀態參數的兩種極端狀態都要同時進行分析，例如分析某一狀態偏差“溫度過低”，對應的另一種 狀態偏差“溫度過高”也需要進行分析。從表1中可看出本次加熱爐HAZOP分析常用的引導詞和偏差。

為了幫助定性HAZOP分析中對每個偏差所導致的風險程度，并由此確定分析結論中每項建議措施的優先級別。我們根據項目裝置情況定義了一套風險矩陣，用以辨別后果的嚴重性。

表1 HAZOP風險矩陣

2.3 HAZOP分析

表2 加熱爐HAZOP分析記錄結果

通常一個項目HAZOP分析是經與各專業工程師討論分析，所有的分析結果由業主單位、設計院、設備供應商等幾方共同討論并確認。HAZOP會議結束后，業主與設計單位需對建議措施進行了回復并需要進行持續的跟蹤并落實，加熱爐HAZOP分析記錄結果見2。

2.4 LOPA(SIL定級)分析

本加熱爐安全儀表系統評估SIL定級分析是基于加熱爐的HAZOP 分析基礎上，采用保護層分析方法(LOPA)(符合IEC61511-3 2016附錄F)對裝置各個重要回路逐一討論，并確定每個回路安全儀表功能的完整性等級。

IEC61508將安全完整性等級(SIL)劃分為4個等級，即SIL1～SIL4,安全相關系統的SIL級別是通過風險分析得來，SIL級別越高，要求其危險失效概率越低，即安全等級越高。

本次加熱爐采用的SIL等級表見表3。

表3 SIL等級表

由于篇幅限制，本次僅列出一個場景進行分析。

選取場景為：反應進料加熱爐主燃料氣管線壓力低造成加熱爐熄火，爐內燃料氣積聚導致遇明火爆炸。

初始事件：PCV40601開度過小或誤關

主燃料氣管線上的SIF回路為：反應進料加熱爐主燃料氣管線壓力低低聯鎖PALL40605A/B/C(2oo3)，觸發機構為PT40605A/B/C，執行機構為XV40604，XV40605，XV40606，該SIF回路動作為反應進料加熱爐主燃料氣管線壓力低低PALL40605A/B/C(2oo3)聯鎖關閉XV40604，XV40606，開XV40605。

場景中人員暴露概率按操作人員巡檢每2小時1次，每次單體設備停留5min，機電儀人員每班巡檢一次，每次停留5min計算為0.073，經過分析對比，該事件可以作為IPL(獨立保護層)的為：反應進料加熱爐設有火檢報警BAL40601A/B/C/D。

該事件LOPA分析記錄表見表4。

表4 LOPA分析記錄表

從表中可以看出，該SIF的SIL定級為SIL1。

該加熱爐的SIL定級分析清單見表5。

3 結束語

HAZOP及LOPA分析由一組多專業背景的人員，以會議的形式，將廢潤滑油加氫裝置加氫進料加熱爐單元作為一個節點，通過構建偏差對加熱爐工藝過程中危險和可操作性的問題進行分析研究，再通過SIL分析定級驗證安全儀表系統安全性。通過一次系統的評估，可以找出加熱爐工藝潛在的設計失誤或風險，辨別其對整個裝置運行的影響，從而達到在加熱爐事故發生初始階段就可以進行有效的干預和控制的目的。