LOPA分析在輸氣場站SIL定級中的應用分析

曹旭 王惠新 劉玉杰 趙傳奇

摘? ? 要：安全儀表系統的SIL定級能夠識別輸氣場站存在的風險隱患，并通過設置相應等級的控制系統來預防風險的發生【1】。本文從LOPA分析法入手，對輸氣場站的進行SIL定級分析，以此來驗證輸氣場站現有SIL等級是否符合安全生產條件。

關鍵詞：輸氣場站，HAZOP，安全

0引言

本文輸氣場站LOPA分析基于HAZOP分析以及安全等級評估模擬事故場景，評估事故等級，將后果失效頻率降低，最終通過對所需降低失效概率的計算來確定SIL等級。本文旨在通過LOPA分析確定現有設備SIL等級，對輸氣場站現有SIL等級進行驗證以及對后續設備升級改造提供初步設計參考。

1? LOPA分析法

LOPA分析法是一種辨識和評估風險的半定量工具。LOPA耗費的時間比定量分析少，能夠集中研究后果嚴重或高頻率事件，善于識別、揭示事故場景的始發事件及深層次原因，用于較復雜事故場景效果甚佳【2】。在工業實踐中一般在定性的危害分析如 HAZOP完成之后，對得到的結果中過于復雜的、過于危險的以及提出了SIS要求的部分進行LOPA分析。

1.1? SIL等級評估實施步驟

1、根據HAZOP分析將偏差作為事件背景，將造成偏差的原因當成初始事件;

2、辨識除了安全儀表系統外的初始事件獨立保護層;

3、通過安全等級評估確定等級，通過參考HSE風險矩陣標準設置可接受的頻率標準，并判斷是否需要SIS及確定SIL等級，確定完安全等級后，一般僅對等級C/D/E等較嚴重的進行SIL等級確定;

4、通過計算驗證安全儀表控制系統所需要提供風險降低程度;

5、對比安全儀表系統提供的風險降低程度確定其SIL等級。

1.2? 設置可接受風險標準

對事故進行風險矩陣分析。通過確定其發生的可能性，后果的嚴重性進而確定風險等級，SIL分級對象一般為C/D/E等較嚴重的事故。

a） 對于 E 等級的后果，如果需要將剩余風險 降低到低風險，應使危害事件發生頻率小于次/a。

b） 對于 D 等級的后果，如果需要將剩余風險降低到低風險，應使危害事件發生頻率小于次/a。

c） 對于 C 等級的后果，如果需要將剩余風險降低到低風險，應使危害事件發生頻率小于次/a。【3】

2? ? LOPA 分析法確定SIL等級

安全完整性等級的確定受初始事件頻率、初始事件頻率修正因子、事故發展場景，以及有效的獨立防護保護層等因素影響。

2.1? IPL分析

獨立保護層能阻止事故場景向不期望后果的方向發展，并且獨立于相關初始事件或其它保護層的設備、系統或行動。

目前輸氣場站生產過程中常見的保護層有： 基本過程控制系統 、報警與人員干預、安全儀表功能、物理保護（ 安全閥等） 、釋放后保護設施、應急響應等。

這些保護層是否能夠有效降低事故發生頻率，起到實際作用，需要根據實際情況進行分析判斷。

初始事件導致后果的頻率可按以下公式進行計算：

2.2? ?確定SIS系統所需降低頻率

在進行完IPL分析后，需要進行SIL 等級確定，主要包括： 確定初始事件的發生頻率，確定各獨立保護層的失效概率，確定可接受的風險等級。

SIS系統需要提供的風險降低頻率用以下公式計算：

2.3? 確定SIL等級

根據計算得到的SIS系統的失效概率，通過查找安全儀表系統 SIL 與失效概率的對應關系表，即可確定安全儀表等級（ SIL）。

通過以上內容可以看出運用LOPA分析確定SIL的關鍵點有：

1、已進行HAZOP分析，并基于HAZOP分析選取場景;

2、根據風險等級設置可接受的風險標準;

3、確定初始事件發生頻率及保護層失效頻率;

4、計算安全儀表控制系統所需降低的頻率;

5、根據4中計算頻率進行安全儀表控制系統SIL分級;

6、初始事件的發生頻率，保護層失效頻率等數據可通過CCPS（化工過程安全中心）數據庫進行查找，本文不再一一列舉。

3? ? 輸氣場站SIL定級實例分析

本部分內容從我公司現有HAZOP分析中選取某個具體偏差及其導致的后果來模擬LOPA分析的事故發生場景，進行具體個例分析，通過個例分析展示SIL定級的全過程。隨后結合實際情況對該輸氣場站現有的全部SIS系統進行SIL等級確定進行驗證。常用的安全儀表控制系統及其對應的SIL等級、失效概率見下表：

3.1? 某事故場景個例分析

事故場景：我公司某天然氣長輸管線中一天然氣分輸場站內過濾器超壓發生天然氣泄漏，引起了火災爆炸和員工傷亡。

場站現有SIL等級（安全閥超壓泄放）為3。事故等級D5，初始事件發生頻率為。最終控制結果應該將其降至D1，即發生頻率小于/a。可燃氣體泄漏報警失效 取值，人員報警響應失效取值 。則：

通過計算結果，對應的安全儀表等級為SIL 2。現有SIL等級為3，顯然滿足要求。

本文主要討論了基于的LOPA分析的SIL等級確定。分析過程中存在部分數據或數據庫難以查找的情況。在后續分析中，將盡可能完善相關資料。以便于驗證各場站現有保護層是否滿足要求以及為后續改造提供相關參考。

3.2? 某輸氣場站全站SIL等級分析及驗證

參考文獻：

【1】陳天一.LOPA在化工安全儀表系統SIL定級中的應用分析.《中國化工貿易·中旬刊》2019年第04期.

【2】張軼.黃雪梅.淺析LOPA分析法.《儀器儀表標準化與計量》2019年000期003卷.

【3】中石油《HSE風險矩陣標準》（QSH 0560-2013）.

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