小型機場撬裝加油設備風險分析

彭堯 陳宇

摘要：某小型機場年消耗航空油料在3000噸內，供應小型飛機航空汽油與航空煤油。綜合考慮安全性與便利性，決定在機場內部建設航空油料撬裝加油站。國內機場建設與使用撬裝加油設備的經驗十分匱乏，為確保安全生產，本文在該小型機場撬裝加油設備實施危險與可操作性（HAZOP）分析的基礎上，進行了安全完整性（SIL）定級以全面系統地對可能出現的過程故障因素、可能導致的嚴重后果和現有的保護措施進行評估，確定風險的等級大小，并提出降低重大風險的關鍵控制措施。從系統、從源頭遏制事故的發生，提升安全管理水平。

關鍵詞：撬裝加油站;航空油料;HAZOP分析;風險控制

Risk Analysis of Skid-Mounted Refueling Equipment in Small Airports

PENG Yao? CHEN Yu

（Mianyang Flight Coleege of the Civil Aviation Flight University of China， Mianyang， Sichuan Province， 621000 China）

Abstract： A small airport consumes 3000 tons of aviation oil per year， supplying aviation gasoline and aviation kerosene for small aircraft. Considering the safety and convenience， it is decided to build skid-mounted aviation fuel station inside the airport. Domestic airport construction and the use of ski-mounted refueling equipment experience is very scarce. In order to ensure safe production， on the basis of HAZOP analysis of the implementation of skid-mounted refueling equipment in this small airport， SIL is graded to evaluate the possible process failure factors， possible serious consequences and existing protective measures in a comprehensive and systematic manner. Then determine the level of risk， and propose key control measures to reduce major risks. Prevent the occurrence of accidents systematically and from the source， and improve the safety management level.

Key Words： Skid-mounted refueling equipment; Aviation fuel; HAZOP analysis; Risk control

引言

針對燃油儲存設備的風險分析，陳巍[1]結合燃油儲運的特點，分析各種安全評價的常用方法在燃油重點部位適用后的結果，以及在實際應用中存在的不足。黃坤等[2]采用模糊綜合評價時采用了“改進的層次分析法”確定權重，避免對判斷矩陣的一致性檢驗和調整，評價方法更為簡便，操作更為方便，評價結果更加準確與客觀。梁桂平[3]采用九級標度法確定燃油儲存安全評價指標權重，對矩陣進行一致性檢驗，以消除評價過程中的主觀性和片面性。鄧宗竹等[4]采用層次分析法得出評價指標權重，運用灰色關聯分析得出參評數據序列與標準數據序列之間的關聯度，將關聯度最大值作為標準安全等級。苗青等[5]將可靠性的極限狀態方法適用于原油管道的流動安全性評價上，建立了相應的評價體系，分析各參數變化耦合效應對管流安全的影響。姜峰等[6]針對海洋平臺原油儲罐采用三標度AHP法對其進行安全評價，采用二級模糊綜合評價模型確定安全分級。王占頂等[7]和徐志杰等[8]采用HAZOP-LOPA分析了化工流程，且徐志杰等[8]對評價方法進行了過程危害分析的圖形可視化。陶冶等[9]考慮非獨立保護層，改進評價方法避免了傳統方法過于保守的結果。Yazdi和Mohammad[10]分析了硫化氫氣體泄露風險，計算得到了安全完整性水平與失效概率，在此基礎上提出提高SIL安全性能的解決方案。陳碩等[11]對石腦油吸附分離裝置的SIL等級進行了系統性分析，閆放等[12]為了實現定量化的保護層分析采用了開發集對-保護層分析（SPA-LOPA）分析法，保證了評價質量。對于安全評價的方法與結果，學者們都進行了較為全面的研究，但撬裝加油設備的研究與使用尚不廣泛，因此本文針對某小型機場的航空油料撬裝加油站，進行了關鍵過程的風險評估。

1 撬裝加油站簡介

該撬裝加油站主要包含2個50m3航空汽油臥式罐、1個50m3航空煤油臥式罐，以及相應的裝卸油撬裝設備。航空汽油和航空煤油通過公路運輸至橇裝加油裝置處，通過橇裝加油裝置內油泵分別將接卸至儲罐內儲存，質量合格的航空油料通過橇裝加油裝置內的油泵為罐式加油車進行灌油，再通過罐式加油車給通用飛機進行加油作業。橇裝加油裝置必須具有防火、防爆性能，因此設置有自動監測、高低液位自動聲光報警、自動控制儲油罐最高位最低位、自動關斷保護與自動消防滅火功能。在此基礎上通過安全分析確定系統的風險水平，分析風險控制措施的有效性。

2 HAZOP分析

HAZOP（Hazard and Operability Studies的英文縮寫）是對危險與可操作性分析的簡稱。HAZOP系統地分析復雜工藝過程和操作，以確定和評估由于錯誤操作、錯誤執行或偏離設計目的而引起的潛在危險和后果，以便將這些危險排除或進行有效控制。本文采用經驗法將實際設計和成熟的設計規范進行比較，并有選擇性地使用引導詞;根據引導詞系統地針對工藝過程中的每一個節點，將每一個引導詞應用在工藝變量上，如此重復，直到整個工藝過程分析完畢。分析得到該撬裝加油設備工藝流程中的7個主要風險因素，以及消除采取的相應措施。

（1）流量過低

因為輸油管線閥門未打開或開錯，流量計卡死或過濾器堵塞導致輸油作業中斷和管線憋壓嚴重等情況，導致油品從閥門或管線連接處泄漏引起流量過低。消除風險的采取措施為：使用進油儲罐液位指示、中控設置急停按鈕，關閉油泵閥門、定期清理過濾器、過濾器出口管線設置壓力表、作業人員監護作業，壓力低時清理過濾器、按操作手冊規定過濾器清理要求和作業流程，卸油前檢測核對流程等。

（2）流量過高

航油流量過高有兩種主要原因，一是由于進油管道流速過高導致輸油壓力過大，可能導致儲罐進油時液位低;液面和浮盤存在氣相空間時，進油流速過快造成靜電積聚，可導致燃爆事故;二是由于計量錯誤，輸油量超過儲罐剩余容量，管輸至儲罐累計流量過多，可能流速過快導致造成靜電積聚;儲罐液位上升過快導致浮盤卡澀，儲罐液位過高導致油品溢流至現場，遇熱源或明火發生燃燒爆炸事故。

目前安全措施為：嚴格控制流速在4m/s以內、流量超過限定值終止進料、設置管線及儲罐了靜電跨接和接地、儲罐液位指示報警聯鎖、液位低報警和液位低低聯鎖關閉出口切斷閥，停輸油泵等。

（3）流量逆

因為操作流程錯誤，閥門開啟順序錯誤或輸油泵故障停，來油壓力低導致油品逆流，可能引起泵體設備損壞，罐車液位升高，油品泄漏至現場。采取措施為進油管道與罐車設置止回閥，現場設置可燃氣體檢測報警，操作人員及時關閉儲罐進口閥門，停卸油作業等。

（4）溫度過高

由于夏季機場溫度過高或進料油品溫度過高，導致油品蒸發量大、物料損失、泵體損壞;油品蒸汽泄露擴散到周圍環境，可能發生閃爆事故，對作業人員造成傷害。主要安全措施為罐區設置溫度指示報警;卸車作業用石棉被蓋好槽車口，減少油氣擴散，并控制卸油流速。

（5）壓力過高

管線壓力過高的主要原因有三點：一是由于上游分輸來油壓力過高或外界溫度過高，管線內油品受熱;二是人員誤操作，管線閥門未打開過開錯，導致輸送泵出口憋壓;三是儲罐進料時通氣口堵塞、浮盤卡澀、進料流速過快，浮盤上升速度可導致慢儲罐壓力過高。管線壓力過高后輸油流速過快，靜電積聚，儲罐液位上升過快，浮盤卡澀損壞，輸油泵后憋壓，造成輸送泵故障損壞，管線超壓可能造成物料從閥門或管線連接處泄漏，遇熱源或明火發生燃爆事故。

管線壓力安全措施主要包括：安裝進油管線壓力與儲罐遠傳指示報警;管道、儲罐設置有靜電跨接;油品進料流速根據收油儲罐液位上漲速度確定，流速嚴格控制在4m/s以內;冬季每次作業前檢查是否凍堵呼吸閥;呼吸閥設置阻火器，定期檢維修呼吸閥和阻火器;設置可燃氣體報警、消防滅火系統和儲罐壓力指示報警系統，設置罐區現場溫度指示。

（6）泄露

管道/閥門老化損壞，錯誤操作導致的泵體長時間憋壓損壞或設備老化可導致油品泄漏至現場，遇熱源或明火可能發生燃爆事故，對附近作業人員造成傷害。防止泄露的安全措施有：輸油過程發現管線/閥門泄漏時操作人員關閉輸油管線閥門，關閉儲罐進口閥門;設置可燃氣體檢測報警;操作人員打開油閥室排風扇并定期檢維修。

在此基礎上建議設置可燃氣體濃度高高聯鎖開啟排風扇，設置遠程啟動排風扇的功能。由于現場可燃氣體濃度聲光報警時，外部作業或巡檢人員可能無法接受到報警信號，建議在墻體外部也設置聲光報警便于附近人員能及時接收到報警信號。

（7）液位過高

槽車液位過高可能由于發油過程定量裝車系統故障，發油量過多;或人員操作失誤，發油量設置過多。收油時儲罐液位高可能由于計量錯誤，或液位計指示錯誤，未及時切換進料儲罐或停止進料，導致部分油品從槽車呼吸口或儲罐呼吸閥泄漏至現場，遇熱源或明火發生閃爆事故;槽車滿液位后油品進入油氣回收裝置還會造成設備損壞。液位控制措施主要有：設置油氣回收裝置入口氣液分離器液位高高聯鎖停機;設置發油儲罐液位指示與高液位報警，以及液位高高連鎖關閉進口切斷閥;圍堰收容，防止油品泄漏范圍擴散;設置急停按鈕，異常工況下一鍵停卸油作業;收油后人工測量儲罐油位，核對液位計與測量液位偏差，并比對現場遠傳液位。

3 SIL定級

HAZOP分析全面地列舉了撬裝加油設備工藝流程中存在的風險情況，為了進一步確定SIL（安全完整性等級），即確定安全儀表系統中的安全儀表系統的安全完整性要求的等級（離散的分級表示，從等級1至等級4，SIL級別越高，安全等級越高），以確定各風險點引起事故的嚴重性?？紤]撬裝加油設備事故發生頻率，一般采用低需求模式來進行分析，劃分結果見表1。

此次安全儀表系統評估SIL定級分析在HAZOP的分析的基礎上，采用符合IEC61511-3 2003（過程工業安全儀表系統的功能安全標準）附錄F中保護層分析（LOPA）法確定安全儀表功能的完整性等級。

LOPA風險分析前，首先建立風險容許度標準如表2所示，以保護人員安全，防止環境和財產/生產損失，建立用于此研究的假設和失效數據，根據邏輯圖、P&IDs或因果矩陣確認SIF（安全儀表功能）。

然后對導致需進行LOPA后果的危險事件進行識別，并對危險事件的各項原因確定初始事件的頻率與結果評估（即危險物料泄漏致死的可能性、財產損失、生產中斷及環境污染）;識別獨立保護層（IPLs）和風險降低因數（RRF）;根據已建立的風險容許度標準，確定SIF所需SIL。本文分析得到4個SIF回路，結果表3所示。

結果分析可以確定出航空汽油儲罐兩個SIL1級回路，建議針對編號1風險點設置獨立保護措施包括：在儲罐根部增設切斷閥，高液位開關聯鎖罐根切斷閥，設置獨立的液位開關，高高限聯鎖并設置防火圍堰，建議針對編號2風險點設置獨立保護措施包括：低液位報警與低液位開關聯鎖停同品種發油泵。LOPA分析得到采取針對性安全措施后可大大減少事故發生頻率。

4 結論

（1）通過HAZOP分析了該小型機場撬裝加油設備存在的7種主要風險因素，以及相應的保護措施。可以有效地確定風險位置，并預防事故的發生。

（2）在HAZOP分析的基礎上采用LOPA風險分析確定SIL定級，以確定各風險點的嚴重性，分析結果為航空汽油儲罐存在兩個SIL1級回路，針對這兩個回路設置相應的獨立保護措施，可以大大減少事故發生頻率。

參考文獻：

[1] 陳巍. 油庫項目安全評價研究與實踐[D].天津大學，2012.

[2] 黃坤， 劉蘇， 林輝，等. 模糊綜合評價法在油庫安全評價中的應用[J]. 油氣儲運， 2006（05）：7+61-65+73.

[3] 梁桂平. 基于層次分析法的油氣儲運安全評價[J]. 化工管理， 2017（9）.

[4] 鄧宗竹， 劉德俊， 姜東方. 灰色關聯和層次分析法在加油站安全評價中的應用[J]. 油氣儲運， 2011， 30（011）：811-815.

[5] 苗青，張勁軍，徐波，閆鋒，李鴻英.原油管道流動安全評價方法及體系[J].油氣儲運，2018，37（11）：1218-1223.

[6] 姜峰， 曹康， 陳晨，等. 三標度AHP在海洋平臺原油儲罐安全評價中的應用[J]. 蘭州理工大學學報， 2016， 42（005）：68-72.

[7] 王占頂，牛春林，張元元. HAZOP-LOPA分析方法在硫磺回收裝置的應用[J]. 煉油技術與工程， 2020， v.50;No.421（11）：64-68.

[8] 徐志杰，李邦，宋占兵，高華宙. 統一危害評估——一種PHA數據重組和優化方法[J]. 石油化工自動化， 2020， v.56;No.298（06）：40-45.

[9] 陶冶， 姚安林， 徐濤龍，等. 考慮非獨立保護層影響的LOPA改進策略研究[J]. 中國安全生產科學技術， 2019（8）.

[10] Yazdi， Mohammad. The Application of Bow-Tie Method in Hydrogen Sulfide Risk Management Using Layer of Protection Analysis （LOPA）[J]. Journal of Failure Analysis & Prevention， 2017， 17（2）：291-303.

[11] 陳碩， 胡蘇. 典型化工裝置安全完整性評估驗證[J]. 現代化工， 2020， v.40;No.403（05）：16-19.

[12] 閆放，張舒，許開立.化工危險源定量保護層分析[J].中國安全科學學報，2019，29（01）：100-105.

作者簡介：彭堯，1994年生，男，碩士研究生，助理工程師，研究方向為油氣井工程。