基于HAZOP-LOPA的煉化裝置風險評估

周波

摘要：為了實現煉化裝置的定量風險評估。首先介紹了 HAZOP 和 LOPA 分析方法，以及兩者之間的互補性和結合機理。然后將HAZOP風險評估技術應用到聚乙烯裝置中，找出了偏差產生的原因和可能導致的后果，評估了風險等級，并提出相應的控制措施。最后針對較高風險場景開展了進一步的LOPA定量分析，利用 LOPA方法的半定性風險評估識別危險源和保護層并進行量化，得出固有風險和剩余風險，并提出更全面的風險控制方案。結果表明，HAZOP-LOPA 分析應用于煉化裝置能有效地實現風險定量評估，可以為煉化裝置的操作可靠性和安全環保經濟運行提供保障。

關鍵詞：煉化裝置;HAZOP;LOPA;風險評估;定量分析

0 引言

煉化企業中，煉化設備是風險的主要載體。煉化設備的失效不僅對于企業的生產運營造成嚴重的經濟損失，而且會帶來嚴重的人員傷亡和環境危害[1]。就煉化行業本身來說，這是一個易燃易爆等安全事故頻發的行業，如何能夠保證煉化設備的持續、安全高效的運行，避免煉化設備的非計劃性停產，對煉化企業來說是十分重要的。對煉化設備進行定量風險評估可以保證煉化設備的安全、高效運行，能夠從很大層面上改善煉化企業面臨的這些問題。因此，煉化設備的定量風險評估對于煉化設備發生的風險事故做到提前預防，制定合理的檢維修計劃，提高企業的效益有著重大意義。隨著科技的進步，石油煉化裝置日趨大型化、自動化和復雜化，隨著生產技術不斷發展，安全問題也日益突出，生產過程中很小的失誤就有可能造成極其嚴重的事故，造成不可估量的損失[2]。因此，針對煉化裝置開展風險評估，并提出有效的建議措施對于識別裝置潛在風險、降低過程風險具有重要意義。汪洋[3]采用HAZOP對煉化在役裝置進行風險評估，并對在役裝置開展HAZOP的前景做出了展望;常慶濤[4]從過程風險控制和過程風險評估兩個方面建立了煉化裝置過程風險預警模型;孔令峰[5]在煉化企業設備風險的基礎上，開展了設備完整性管理體系研究;靳江紅[6]為指導保護層分析方法的應用，分析了LOPA 定量中存在的問題;白永忠[7]將HAZOP分析方法和風險矩陣結合，構建了HAZOP+風險矩陣的組合方法。

HAZOP方法（Hazard and Operability Study，HAZOP）是目前危險識別方面應用最廣泛的分析方法之一，但單一的HAZOP分析存在一定的不足。而在HAZOP方法的基礎之上引入LOPA方法（Layer of Protection Analysis，LOPA），可以彌補HAZOP分析方法存在的不足，使HAZOP分析更加全面、系統、科學。將HAZOP方法與LOPA方法相結合，這種定量風險評估方法應用在煉化裝置風險評估中對于煉化裝置的風險管理、提高風險分析的準確度具有現實的意義。

1 HAZOP和LOPA的結合機理

1.1 HAZOP和LOPA

HAZOP方法是由英國帝國化學公司（ICI）于20世紀60年代提出的以引導詞（Guide Words）為核心的系統危險分析方法之一[8]。HAZOP分析的本質是通過一系列的會議對工藝圖紙和操作規程進行分析，在分析過程中評價小組成員系統的對每一個評價單元研究，利用引導詞來建立有意義的偏差，分析偏差所導致的危險和可操作性問題，以及它們的原因和可能引發的后果及保護措施，據此提出相應的建議措施。

LOPA分析方法是一種特殊事件樹形式的風險評估方法，通過評估現有的保護層的可靠性，確定其消除或降低風險的能力[9]。LOPA方法是以“事故場景”為風險分析的對象，在進行風險評估時，要先辨識工藝過程中所有可能的事故場景，揭示事故場景的觸發事件、事故發生的后果和可能性，其中事故場景是發生事故的事件鏈。LOPA分析方法的內容包括：

（1）描述所選擇的事故場景，分析事故發生后果;

（2）確定事故場景的嚴重程度;

（3）識別現有的獨立保護層，評估其失效概率，確定事故場景的剩余風險;

（4）評估事故場景風險的可接受性。

HZAOP 分析作為一種定量分析方法，無法在場景風險量化方面起作用，而 LOPA 分析方法作為一種半定量評估方法，是定性分析結果的延續，大大地提高分析結果的完整性和系統性。LOPA 方法后續分析選取 HAZOP 分析結果中風險較高場景，HAZOP 分析中產生偏差的原因及發生的概率、偏差導致后果及嚴重程度，以及現有的安全保護措施等為 LOPA 分析提供數據和信息，兩者具體對應關系見表1。

1.2 HAZOP和LOPA的聯系

HAZOP方法是目前應用最為廣泛的過程危險分析方法之一，該方法系統、全面，但是也存在以下不足：①主觀性較強;②無法確認現有的獨立保護層的有效性，不能解決剩余風險不能量化的問題[10]。

而LOPA方法作為一種半定量風險評估方法，不僅能夠評估事故場景的風險，還能夠識別保護層的有效性，從而確定事故場景的剩余風險[11]。因此，有必要在HAZOP分析的基礎上引入LOPA分析，這樣可以提高HAZOP分析過程的準確性和客觀性，從而確認現有的保護措施是否足夠、剩余風險是否達到可接受范圍之內。可見，LOPA分析是HAZOP分析的繼續和優化。是在 HAZOP 基礎上進一步提出和核實安全措施的有效性和重要性，能提高HAZOP分析的準確性、客觀性。因此，有必要在HAZOP分析的基礎上引入LOPA分析

2 HAZOP-LOPA組合模型

通過HAZOP分析辨識出生產單元的危險，從管理的角度來說還需要通過風險評估理論來確定這些危險對應的風險程度大小。對不同程度的危險采取不同的應對措施對其進行管理，以保證不會發生重大的工藝安全事故。在此，提出了“HAZOP-LOPA”的組合定量風險評估方法。在HAZOP分析的基礎上，將LOPA應用于風險定量分析，并形成一種組合的分析方法“HAZOP-LOPA”風險評估模型。HAZOP分析結果利用事故后果嚴重等級和事故發生可能性計算事故的風險等級，按照風險等級采取相對應的對策措施，將風險控制在可接受的范圍之內，對重大工藝安全事故的預防和生產起到重要的作用，為安全決策提供理論依據和技術支持。

HAZOP分析和LOPA分析的關系體現在：由HAZOP分析所初步篩選出的風險較大的事故場景，是LOPA分析的基礎;HAZOP分析中偏差產生的原因以及原因發生的可能概率，則成為LOPA的始發事件及其概率估算的直接信息;HAZOP分析中偏差的后果危險程度，為LOPA分析中事故場景的后果及其嚴重程度提供了判斷依據;HAZOP分析中提列出的現有安全措施，是LOPA分析中識別現有獨立保護層及其保護效果的基礎依據，見圖1。HAZOP分析是LOPA分析的基礎和依據，應用LOPA分析的定量特征可以進一步識別現有HAZOP風險被控制的程度。

3 HAZOP-LOPA組合模型的應用

以某聚乙烯裝置為研究對象，該裝置采用德國HOECHST公司的技術，利用漿液聚合生產高密度的聚乙烯，包括聚合、回收、造粒、成品四個工段。由于生產工程中的原料大多具有易燃易爆的性質，因此該裝置屬于甲類火災危險裝置，火災、爆炸是裝置的重大隱患。

針對該裝置采用HAZOP-LOPA組合方法進行風險評估。本次風險評估共劃分了42個節點，將發生事故的可能性L與事故發生的嚴重性S結合，計算出R的值，在風險矩陣中界定風險等級，根據等級辨識現有的安全措施能否避免不良后果的產生，并對不足的措施提出相應的建議，如實分析全過程，共討論、分析問題905項，提出了28條建議，分析討論了25個重要事故場景，并有針對性地提出建議措施21條。由于聚乙烯裝置分析節點較多，現僅選取節點10來討論，分析結果見表2。該節點設計意圖為污水處理，稀釋劑回收。主要流程工藝為：聚合A、B線裝置內的污水、落地粉末及稀釋劑等物料進入地溝，流入回收污水池，經污水泵15001A/B進入污水收集罐15002，水、粉末、稀釋劑在15002內分離，水通過鵝頸流入DB8號井，頂部稀釋劑間歇導入15004搪瓷釜內，蒸餾回收。

通過HAZOP分析，裝置主要存在以下幾個方面問題：部分工藝控制不合理;可操作性不強;安全保護措施不完善;報警設置不足;對泵的保護措施不足等。保護層分析（Layer of Protection Analysis，LOPA）是在定性危害分析的基礎上，進一步評估保護層的有效性，并進行風險決策的系統方法。其主要目的是確定是否有足夠的保護層使風險滿足企業的風險標準。LOPA分析是近年來應用廣泛且行之有效的一種安全防護措施設計的系統科學方法。根據 HAZOP 風險矩陣定級，該風險等級為Ⅲ級，為不可接受風險等級，所以必須立即采取安全防護措施。根據表 2選取事故場景為：PIC71403故障，氮氣含量波動，導致罐15002超壓，油氣泄漏，遇點火源著火爆炸;15004溫度過高，F171202故障，導致罐15004超壓，油氣泄漏，遇點火源爆炸。從該節點HAZOP分析結果中選取15002氮氣流量和15004溫度檢測節點進行LOPA分析，具體分析結果見表 3。

由表3可以得知，LOPA對事故場景的分析考慮了初始事件、使能事件和獨立保護層得出裝置未削減概率為0.05，超過了風險可接受標準 0.02。在考慮獨立保護層后風險降為 0.025。剩余風險雖已接近可接受風險，但是仍在可接受風險之外，故應提出其他建議措施，具體建議措施見表3。

運用HAZOP-LOPA結合的分析方法對某聚乙烯裝置危險和可操作性問題進行分析，分析了現有措施的有效性和充分性，基于HAZOP-LOPA的組合模型系統總結了聚乙烯裝置的典型重大風險，并根據事故風險等級提出了可行的建議措施。分析結果表明聚乙烯裝置的重大火災爆炸風險需要引起高度重視，需要進一步完善安全監控檢測措施，提高裝置自控水平，加強安全管理，對溫度、氣體流量等開展專項評估和論證，進一步降低裝置安全運行風險。

4 結論

（1）對某煉化企業的聚乙烯裝置開展HAZOP風險評估，全面地辨識裝置初步設計、技術改造等各個階段存在的風險，查找各類生產安全事故事件產生的原因，共劃分42個節點，分析問題905項，提出28條建議，分析討論25個重要事故場景，并針對重要事故場景提出建議措施21條，依此制定了防范措施，并在此基礎上適時地修訂裝置應急預案，可以有效地預防事故的發生，提高裝置的安全管理水平。

（2）提出了基于HAZOP-LOPA的煉化裝置定量風險評估方法。通過對聚乙烯裝置節點10采用HAZOP-LOPA組合模型進行分析，從系統的角度對聚乙烯裝置節點10危險與可操作性問題進行了全面分析，識別出了存在的工藝安全問題，定量地識別出安全風險并提出建議措施，對整個裝置重大工藝安全事故的預防和安全平穩運行將起到非常重要的作用。

（3）通過對典型煉化裝置的實例分析，對HAZOP和LOPA方法的具體應用過程進行了研究。在HAZOP分析的基礎上結合了LOPA分析，HAZOP-LOPA組合風險評估方法既利用了HAZOP方法進行風險評估，也應用LOPA方法進行剩余風險分析以及對現有保護措施的有效性進行了量化，從而提高了裝置工藝危險分析過程的客觀性、準確性和科學性，避免了傳統HAZOP分析中對風險評估過低或過高的情況，并可提出合理、有效的安全建議與措施，以為企業安全風險管理提供依據。

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