陶富云

摘 要：保護(hù)層分析（LOPA）是一種半定量的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，它可以分析原油儲(chǔ)罐事故的后果與頻率，幫助決定是否需要增加或改變獨(dú)立保護(hù)層，以降低原油儲(chǔ)罐的安全風(fēng)險(xiǎn)。本文通過LOPA方法對(duì)原油儲(chǔ)罐的安全風(fēng)險(xiǎn)分析，為有效落實(shí)安全措施提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：原油儲(chǔ)罐;保護(hù)層分析;初始事件;獨(dú)立保護(hù)層;安全儀表系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TE88文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 原油儲(chǔ)罐安全風(fēng)險(xiǎn)

原油儲(chǔ)罐在油氣儲(chǔ)運(yùn)過程中用于原油存儲(chǔ)，在此過程中存在著油品泄漏、人員中毒、火災(zāi)爆炸等事故。原油儲(chǔ)罐的生產(chǎn)工藝和設(shè)備操作條件下物料的危險(xiǎn)性情況如下：

1.1 原油泄漏

因罐體腐蝕、人員物操作的冒油，管線膨脹變形等原因造成的原油泄漏。

1.2 火災(zāi)爆炸

（1）若原油發(fā)生泄漏、外溢、可能形成油氣可燃性混合物，遇點(diǎn)火源可能引起火災(zāi)爆炸事故。

（2）在工藝流程中，如果設(shè)備損壞、控制系統(tǒng)故障或者操作不當(dāng)，可引起流程中高壓串低壓，導(dǎo)致低壓系統(tǒng)設(shè)備超壓，可引起火災(zāi)爆炸事故。壓力容器超壓可能引起物理爆炸，并導(dǎo)致火災(zāi)爆炸。

（3）引起火災(zāi)、爆炸事故的點(diǎn)火能主要包括明火源、化學(xué)能、摩擦與撞擊、高溫物體、電氣火花、雷擊放電、靜電、熱輻射等。

1.3 中毒

原油中含有硫化氫，硫化氫是強(qiáng)烈的神經(jīng)毒物，對(duì)黏膜也有明顯的刺激作用。在較低濃度下，即可引起呼吸道以及眼黏膜的局部刺激作用;濃度越高，全身性作用越明顯，表現(xiàn)為中樞神經(jīng)系統(tǒng)紊亂和窒息癥狀。長期低濃度接觸硫化氫會(huì)引起結(jié)膜炎和角膜損害。

1.4 工藝操作中造成的儲(chǔ)罐損壞

將原油從儲(chǔ)罐輸出過程中，因呼吸閥損壞或阻火器堵塞造成儲(chǔ)罐被外輸泵抽負(fù)壓造成損壞。將原油原油轉(zhuǎn)入儲(chǔ)罐的過程中，因呼吸閥損壞或阻火器堵塞造成的儲(chǔ)罐超壓。

因此，選用LOPA方法有助于了解現(xiàn)有的安全措施是否足以將儲(chǔ)罐的安全風(fēng)險(xiǎn)降低到可接受的水平，以及增加新的安全措施后，能夠?qū)L(fēng)險(xiǎn)降低到什么水平，對(duì)原油儲(chǔ)罐的安全運(yùn)行和維護(hù)管理具有重要的意義。

2 基于LOPA方法的風(fēng)險(xiǎn)分析技術(shù)

2.1 LOPA方法介紹

LOPA是建立在定性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估（例如HAZOP分析）的基礎(chǔ)上的半定量分析方法，它可以通過分析事故的后果與頻率，決定是否需要增加或改變獨(dú)立保護(hù)層，以降低事故風(fēng)險(xiǎn)[1-6]，并可以確定是否有足夠的保護(hù)層以防止意外事故發(fā)生，可對(duì)一個(gè)或多個(gè)場景的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析和評(píng)估。

在進(jìn)行LOPA分析前需要建立風(fēng)險(xiǎn)矩陣（內(nèi)容包括：安全、環(huán)境、財(cái)產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)容許度標(biāo)準(zhǔn)）、確立初始事件及其失效概率、獨(dú)立保護(hù)層失效概率、使能條件、修正因子（點(diǎn)燃概率、爆炸概率、人員傷亡概率等）[7]、聯(lián)鎖邏輯圖、工藝管道和儀表流程圖、因果矩陣、工藝危害分析等資料。

LOPA的分析過程（圖1）能反映出整體安全目標(biāo)、初始風(fēng)險(xiǎn)水平、保護(hù)層的安全性能，以便于對(duì)設(shè)備設(shè)施腐蝕風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行有效分析。

2.2 獨(dú)立保護(hù)層

獨(dú)立保護(hù)層（IPLs）是能夠阻止場景向不良后果繼續(xù)發(fā)展的一種設(shè)備、系統(tǒng)或行動(dòng)，并且獨(dú)立于初始事件或場景中其他保護(hù)層。IPLs包括：

2.2.1 本質(zhì)安全設(shè)計(jì)

本質(zhì)安全設(shè)計(jì)是指通過設(shè)計(jì)等手段使生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)系統(tǒng)本身具有安全性，即使在誤操作或發(fā)生故障的情況下也不會(huì)造成事故的功能。

2.2.2 基本過程控制系統(tǒng)（BPCS）

BPCS包括自動(dòng)控制和手動(dòng)控制，可以使生產(chǎn)流程的操作參數(shù)處于安全的工作范圍內(nèi)。

2.2.3 報(bào)警及人員響應(yīng)

將工藝參數(shù)設(shè)置報(bào)警值，當(dāng)報(bào)警被觸發(fā)時(shí)可以提示工藝人員進(jìn)對(duì)工藝流程的偏差進(jìn)行處理。

2.2.4 安全儀表系統(tǒng)（SIS）

SIS系統(tǒng)由傳感器、邏輯解算器和執(zhí)行元件組成，當(dāng)工藝參數(shù)達(dá)到聯(lián)鎖值時(shí)觸發(fā)聯(lián)鎖，SIS系統(tǒng)可達(dá)到預(yù)防事故或減輕事故后果的目的。如設(shè)備發(fā)生腐蝕泄漏事故時(shí)，SIS系統(tǒng)可觸發(fā)聯(lián)鎖，使工藝流程處于安全狀態(tài)。SIS系統(tǒng)具有一定的安全完整性水平，安全完整性等級(jí)（SIL）選取的模式分為要求操作模式（表1）和連續(xù)操作模式（表2），LOPA分析時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選取。

2.2.5 物理保護(hù)

物理保護(hù)屬于釋放措施，為提供容器超壓保護(hù)，如安全閥、爆破片等。

2.2.6 釋放后的保護(hù)

釋放后的保護(hù)屬于被動(dòng)的保護(hù)措施，可用于事故的危害后果，如圍堰，當(dāng)罐體發(fā)生腐蝕泄漏時(shí)，圍堰可用于防止物料擴(kuò)散。

IPLs應(yīng)具有專一性（IPL專門設(shè)計(jì)用于防止或減輕某一潛在危險(xiǎn)事件）、獨(dú)立性（獨(dú)立于初始事件和其他保護(hù)層）、可靠性（按照設(shè)計(jì)意圖可靠地完成相關(guān)保護(hù)功能）、可審查性（便于對(duì)保護(hù)功能進(jìn)行定期確認(rèn)，能夠?qū)ζ溥M(jìn)行必要的檢驗(yàn)測試或日常維護(hù)）[8]。

3 LOPA方法在腐蝕風(fēng)險(xiǎn)分析技術(shù)應(yīng)用

基于LOPA方法的原油儲(chǔ)罐腐蝕風(fēng)險(xiǎn)分析應(yīng)用情況如下：

簡化P&ID圖示例（圖2）。來自上游工藝單元的原油進(jìn)入原油儲(chǔ)罐T-103，原油供料管道總是帶壓。原油儲(chǔ)罐受液位控制回路（LIC-80）控制，LIC-80檢測儲(chǔ)罐液位，通過液位調(diào)節(jié)液位閥（LV-80）控制液位。原油輸往下游工藝使用。LIC回路包括提醒操作人員的高液位報(bào)警（LAH-80）和低液位報(bào)警（LAL-80）。

3.1 針對(duì)腐蝕情況的場景識(shí)別與篩選

通過前期進(jìn)行的定性風(fēng)險(xiǎn)分析或直接對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識(shí)別，作為場景信息的來源。選定的事故場景為原油儲(chǔ)罐出口管道腐蝕造成原油泄漏，遇點(diǎn)火源發(fā)生火災(zāi)爆炸，造成人員傷亡，后果等級(jí)為5級(jí)，風(fēng)險(xiǎn)容許度頻率為1×10-6/y。