谢小莉(中石油云南有限公司储运部,云南 安宁 650399)

基于LOPA的混合重油罐溢油风险评估与管理

谢小莉(中石油云南有限公司储运部,云南 安宁 650399)

为了评估混合重油罐的安全水平，通过危险与可操作性分析（HAZOP）辨识混合重油罐的溢油风险，并在此基础上运用保护层分析（LOPA）方法进行风险评估。分析结果表明，通过液位联锁控制、温度联锁控制、报警及人员干预、防火堤等保护层对溢油风险的减缓作用，该油罐的风险处于可接受水平。进一步针对该油罐区的风险水平和安全管理的现状，提出“HAZOP+LO⁃PA+安全标准化”的工艺安全管理新模式，提出基于安全标准化的保护层维护建议，为混合重油罐区的风险管理提供指导。

保护层分析（LOPA）；风险评估；混合重油罐；安全标准化管理

油品储运是炼油企业的核心环节，由于其危险物质数量大，因为危险性高。混合重油罐作为油品存储的重要措施，其安全性至关重要，安全保障措施不足或损坏轻则影响正常工作运行，重则导致火灾等重大事故。因此，对混合重油罐进行风险评估和管理具有重要意义。

目前，危险与可操作性分析（HAZOP）已经覆盖了全厂的工艺流程，针对流程分析了各个环节的偏差，并制定了相应的防护措施；但HAZOP分析对保护措施的描述较为笼统，缺少对风险的量化计算，而且对是否应当增添新的保护措施不能作出明确结论。本文在HAZOP分析的基础上，结合LOPA分析法，对混合重油罐的保护层进行半定量的分析，确定其风险水平，并进一步根据安全标准化理念提出保护层维护措施，确保保护层的安全性和可靠性。

1 保护层分析法（LOPA）

1.1 方法简介

保护层分析法（Layer of Protection Analysis，简写为LOPA）起源于化工领域，经过多年的发展和完善，目前已成为一种常用的风险评估方法。保护层分析是一种半定量的工艺风险分析方法，其对风险的描述是通过在初始事件的风险演化路径上构建保护层，评估保护层的失效频率，最终确定后果的严重程度[1]。保护层分析可以看作是事件树分析的一种变体,如图1所示[2]。与事件树一样，初始事件是整个分析过程的开始，在保护层分析中处于中心的位置，在工艺风险分析过程中通常是表示参数的偏离；从初始事件往右侧依次展开成树状结构，表示该事件发生后可能会引起的一系列保护层响应；树的末端表明初始事件可能导致的不期望后果。为了降低初始事件造成严重后果的可能性，保护层应当具有一定的可靠性，防止事件朝着事故的方向发生发展。通常情况下，保护层越多，整个系统的安全性越高，但同时会带来经济上的压力。因此目前采用的做法是设定风险可接受范围，只需通过保护层将风险降低到可接受范围内，便可认为此保护层是可靠的。

图1 典型的保护层分析图

1.2 保护层

保护层顾名思义就是用来提供保护的层次，它可以是保护措施、人工干预、规章制度等等。通常用一个“洋葱”来形象地描述保护层，如图2所示[3]。

图2 保护层的洋葱模型

图3 工艺流程示意图

图中为标准的保护层七个层次，在实际运用中可能只利用其中某几个。在保护层模型中，事件的发生由里向外依次进行。在每层保护的作用下，事件每经过一层，其风险便会降低一次，通过多重保护层的作用可达到降低事故风险的目的。

2 混合重油罐溢油的保护层分析

2.1 流程分析

混合重油罐的工艺流程图如图3所示。从图中可以看出，几种油品通过管道分别从装置过来进入混合重油罐内储存，因所储存油品为重质油，罐内设置了加热器，防止油品冻凝。罐内油品由物料传输泵经外管网送至下游装置，同时在罐区内设置了罐与罐的倒油流程。此外，图中列出了一系列的安全联锁系统，可为后续的保护层分析提供依据。

2.2 混合重石脑油罐的HAZOP分析

在进行保护层分析之前，首先需要通过HAZOP分析确定初始偏离事件，定性地分析其安全保护措施。本文主要针对混合重油罐的液位偏差进行分析，讨论其液位高的原因和可能导致的后果，提出该油罐液位高所采取安全措施。混合重油罐溢油的HAZOP分析结果见表1。

2.3 基于HAZOP的保护层分析

根据上述的HAZOP分析结果，可确定现有的安全措施。但其对于安全措施的描述较为笼统，从中并不能得知安全措施的效果如何，安全措施作用的先后顺序，以及这些安全措施是否能够满足安全需求。因此，需要在此基础上进一步对安全措施的可靠性情况进行分析，本文采用LOPA方法对该储罐现有的安全措施进行风险评估。

2.3.1事故场景及发生概率计算

混合重油储罐运行异常时会出现冒罐现象，混合重油挥发可燃蒸汽与空气形成爆炸混合物，扩散遇明火、高热发生火灾甚至爆炸，造成严重的经济损失和环境污染[4]。（重油的自然点为220℃左右）。根据风险矩阵和相关文献调研，假设该油罐溢油事故导致的后果的严重程度为3级，其对应的风险允许值为1.0×10-5。本文主要考虑液位联锁和温度联锁控制，因此考虑以下两种情况：当有物料进入储罐时，储罐上设置的高液位联锁报警装置故障，未能指示其进料导致指示低，在已经达到储罐的容量时，进料并未停止，导致混合重油储罐发生冒罐，其失效概率为0.1次/a；再则，上游送料带水，储罐温度已经达到温控值，因为控制器失效，使加热器继续加热，油品温度升高，引起油品突沸冒罐，其失效概率为0.1次/a。

依据风险矩阵表可知，事故发生频率定为2级。事故导致后果的严重程度为3级，则事故场景的风险确定为2级风险。

2.3.2 独立保护层分析该罐区保护层辨识结果为四级保护层：液位联锁控制、温度联锁控制、报警及人员干预、防火堤，其计算过程如下：（1）液位联锁控制。当油罐液位达到高高也液位联锁值时，通过调节器控制进料阀门，使其关闭。因此高高液位联锁是一个独立的保护层。其PFD1=0.2。（2）温度控制联锁。油品突沸需要油罐内油品温度超过100℃，并且是罐内有水。才能使之突沸。储罐设置加热器，并安装了联锁控制装置，当油品温度达到连锁值时，联锁关闭蒸汽入口阀门，防止油品温度超过高，因此温度控制也是一个独立保护层。其PDF2= 0.2。（3）报警及人员干预。报警发出后所采取的措施必须依赖人来完成，因此报警与人员干预共同组成一个保护层，人只要采取行动关闭进料阀门，打开出口阀门即可，因此为一个独立保护层。其故障率PFD3=0.1。（4）防火堤。防护堤能够将冒罐出来的油品控制在一内，防止油品流出，因此防护堤是独立保护层，其PFD4=1.0×10-2。

2.3.3 风险分析

依据风险矩阵表知，事件发生频率定为1级。事故后果严重程度为3级，则残余风险确定为1级风险。从保护层分析结果可知，装置各种保护层能够确保该储罐的风险处于可接受水平，不需要进一步采取安全措施。

3 基于安全标准化的保护层维护

对保护层进行安全维护是保证其正常功能的关键。现场的事故经验告诉我们，即使储罐的安全保护措施已经达到要求，但若缺少对保护层的维护、维修和检验，再完善的措施也会随着时间的推移而失效，最终导致事故的发生[5]。重大事故的发生表明了单纯工程技术的应用，无法有效杜绝意外事故的发生，有效的安全管理模式就必须是要靠技术和管理相结合才能从真正意义上实现安全，为此我们必须实现安全标准化。根据《建筑施工企业安全生产标准化管理规范》中的定义，安全标准化是指“通过建立安全生产责任制，制定安全管理制度和操作规程，排查治理隐患和监控重大危险源，建立预防机制，规范生产行为，使各生产环节符合有关安全生产法律规范和标准规范的要求，人、机、物、环处于良好的生产状态，并持续改进，不断加强企业安全生产规范化建设”。从保护层的分析结果可以看出，对保护层的维护需要从设备、人员和管理三方面入手，结合相关标准规范，制定的基于安全标准化的保护层维护建议如表3所示。

4 结语

（1）本文通过将LOPA分析方法应用于混合重油罐溢油的风险分析中，得到该重油罐的溢油风险等级，不仅拓展了HAZOP的分析结果，而且能够实现风险的半定量化。（2）在风险分析的基础上，结合安全标准化的相关理念，提出了对保护层的维护建议，为混合重油罐的安全管理提供依据。（3）针对目前油罐区的风险水平和安全管理的现状，提出“HAZOP+LOPA+安全标准化”的工艺安全管理新模式。

[1]李奇,白永忠,万古军，张广文保护层分析——简化的过程风险评估[M].北京；中国石化出版社.2010.5.

[2]阳宪惠,郭海涛,安全仪表系统的功能安全[M].北京；清华大学出版社,2007:

[3]管杰,廖海燕,保护层分析在炼化生产中的应用[J].安全、健康和环境，2010,10（1）:36-38.

[4]李娜,孙文勇,李佳宜保护层分析方法的研究及其在风险分析中的应用[J].中国石油安全环保技术研究院.2013;

[5]李奇,白永忠,万古军，张广文基于HAZOP的保护层分析技术研究[J].中国石化安全工程研究院.2010:

表3 基于安全标准化的保护层维护建议