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保护层分析方法应用简介 保护层分析（LOPA）方法是基于事故场景的一种半定量分析方法，以其分析的客观性、可靠性和高效性等特点，近年来在国际石化企业中得到了越来越广泛的应用。 下载 保护层分析（LOPA）方法是在定性危害分析的基础上，进一步评估保护层的有效性，并进行风险决策的系统方法。其主要目的是确定是否有足够的保护层来降低风险，使之满足企业的风险标准。概括来说，保护层分析是基于事故场景的一种半定量分析方法。 “保护层”一词最早出现在20世纪80年代末，当时的化学品制造商协会（现为美国化学理事会）出版了责任关怀过程安全管理实施准则一书，书中建议将“足够的保护层”作为有效的过程安全管理系统的一个组成部分。 1993年，美国化工过程安全中心（CCPS）出版了化工过程安全自动化指南，这本书建议将LOPA作为确定安全仪表功能完整性水平的方法之一。当时书中所采用的LOPA方法还未发展成熟，但它指明了这个领域前进的道路。 在LOPA发展的初期，它只是在个别公司内部使用。2001年，CCPS又出版了保护层分析简化的过程风险评估，详细介绍了LOPA的基本规则和应用。2003年，国际电工协会（IEC）发布了IEC61511：过程工业领域安全仪表系统的功能安全，将LOPA作为确定安全仪表系统完整性水平的推荐方法之一。 目前，LOPA以其分析的客观性、可靠性和高效性等特点，在国际石化企业中得到了越来越广泛的应用。 LOPA的作用 为提高生产过程中的安全性，一个典型的化工装置应包含各种保护层，如：本质安全设计、基本过程控制系统、关键报警与人员干预、安全仪表功能、物理保护（安全阀等）、释放后物理保护（防火堤）、工厂应急响应和社区应急响应等，如图1所示。 在开展化工装置工艺危害分析时，保护层是否能有效防止事故的发生，这是分析人员最为关注的一个问题。定性的工艺危害分析方法，如危险与可操作性分析（HAZOP分析），主要依赖分析人员的经验。在分析过程中往往会陷入争论，影响分析效率，并且分析的结果可能存在过保护或保护不足。 LOPA则可以运用合理、客观、基于风险的方法回答这些关键问题。与基于“风险对我而言可以接受”的主观判断相比，LOPA客观的风险标准，已证明可有效解决工艺危害分析结果的分歧。可以说，LOPA提供了更可靠的风险判断。与定量风险分析相比，LOPA花费的时间较少，可以提高危害评估会议的效率。一些公司的LOPA分析经验表明，关注事故场景的研究方法，可以发现那些已进行过多次危害分析的成熟工艺中存在的、未被发现的安全问题。 LOPA的基本程序 LOPA的基本程序包括：事故场景筛选；确定事故发生的初始原因；独立保护层（IPL）评估；场景频率计算；风险评估与决策；后续跟踪与审查6个步骤。 下面以正己烷缓冲罐为例，介绍LOPA的基本程序应用。 来自上游工艺单元的正己烷，进入正己烷缓冲罐T-401，输往下游工艺使用。储罐总容量为30t，通常盛装一半的容量。正己烷缓冲罐液位受液位控制回路（LIC-90）控制，液位控制回路（BPCS）通过调节液位阀（LV-90）来控制液位高度，这一回路还包括提醒操作人员液位过高的报警装置（LAH-90）。储罐位于防火堤内，该防火堤能够容纳45 t正己烷释放。简化流程图如图2所示。 事故场景筛选 LOPA分析的事故场景来源可以采用某种工艺危险分析方法，如HAZOP分析得到的危险场景，也可以是收集的事故案例等。但是，LOPA分析人员应根据事故后果的严重性，对需要进行LOPA的事故场景进行筛选，通常选择后果严重性等级较高的事故场景开展分析。本案例中，采用前期进行的HAZOP分析作为场景信息来源，HAOZP分析的部分结果见表1。按照后果严重性程度，选择正己烷缓冲罐溢流这个场景进行LOPA。 确定事故发生的初始原因 事故场景发生的初始原因，可能是某种外部事件（如火灾）、设备故障（如泵故障）、人员失误（如操作人员的误操作）等。本案例暂定正己烷缓冲罐溢流的初始原因是液位控制回路（BPCS）失效。 独立保护层（IPL）评估 独立保护层（IPL）要求能独立发挥作用、有效阻止不良后果的发生。并不是所有的保护措施都可以作为IPL，IPL的确认须满足5方面的要求：独立性，能独立于事故场景发生的初始原因，并独立于同一场景中的其他独立保护层；有效性，按照设计的功能发挥作用，能有效地防止后果的发生；安全性，应有管理控制或技术手段防止保护层被随意变动；变更管理，设备、操作程序、过程条件等任何改动应执行变更管理程序，以满足变更后独立保护层（IPL）的要求；可审查性，应有相应的信息资料，以说明独立保护层（IPL）的设计、检查、维护、测试和运行活动。 按照上述要求对本案例中的IPL进行识别。 首先是防火堤。一旦罐体发生溢流，合适的防火堤可以包容这些溢流物。如果防火堤失效，将发生大面积扩散，从而发生潜在的火灾、损害和死亡。所以，防火堤需满足IPL所有的要求，包括：如果按照设计运行，防火堤可有效包容储罐的溢流；防火堤独立于其他任何独立保护层和事故场景的初始原因；可以审查防火堤的设计、建造和目前的状况。 本案例中的液位控制回路（BPCS）报警、人员响应行动、安全阀则不能作为独立保护层。因为BPCS失效，系统不能报警，不能提醒操作人员采取行动以阻止缓冲罐进料。所以，BPCS产生的任何报警，不能完全独立于BPCS系统，不能作为独立保护层。此外，缓冲罐上的安全阀无法防止缓冲罐发生溢流，因此，对于本场景，安全阀不是独立保护层。 场景频率计算 场景发生频率的计算方法是，将初始原因的发生频率与每个独立保护层的失效概率相乘得出的结果。 风险评估与决策 根据事故场景后果发生频率的计算结果和后果严重性等级，可评估出场景风险等级的高低。据此进行风险决策，将风险降低到企业可接受的水平。在本案例中，根据其后果严重性和后果发生频率，以及相关风险标准，评估出其风险等级为高风险。因此LOPA要求：选择合适的时机采取行动。 分析小组决定安装一个独立的安全仪表功能（SIF），用于检测和阻止溢流。当检测到高液位时，该SIF可联锁实现关流量控制阀LV-90和远程截断阀。根据企业具体的风险控制要求，确定此安全仪表功能（SIF）的安全完整性等级（SIL）。通过安装SIF，事故场景降为低风险，不再需要进一步采取行动。 后续跟踪与审查 后续跟踪与审查主要是确定安全仪表功能（SIF）的负责人和完成时间，并跟踪落实。 LOPA与HAZOP关系 LOPA是在工艺危害分析的基础上，进一步评估化工装置保护措施完整性和有效性的方法，LOPA本身不是识别危险场景的工具；HAZOP分析则是辨识化工装置存在的危险和操作性问题的一种工艺危害分析方法。HAZOP分析识别出的危险可作为LOPA危险场景的来源之一。当利用HAZOP分析结果进行LOPA时，两者之间的信息对应关系如图3。 LOPA的应用时机及注意事项 在过程危害分析中出现以下4种情形时，可使用LOPA：事故场景后果严重，需要确定后果的发生频率；确定事故场景的风险等级，及事故场景中各种保护层失效的风险水平；确定安全仪表功能（SIF）的安全完整性等级（SIL）；确定过程中的安全关键设备或安全关键活动等。 危险化学品企业应用LOPA时，应注意3点。在开展LOPA前，企业应先确定：后果的度量形式及后果分级方法；初始原因发生频率的确定方法；独立保护层（IPL）失效概率（PFD）的确定方法；风险度量形式和风险可接受标准等。 在计算事故场景频率时，涉及初始原因发生频率和独立保护层失效概率