HAZOP和LOPA集成风险评估技术的应用

1、HAZOP和LOPA集成风险评估技术的应用郑华东（福建炼化林德气体有限责任公司，福建泉州 362800）摘 要：对HAZOP和LOPA风险评估技术进行介绍，在实际风险分析中对于HAZOP分析识别出来的重大事故推演场景，进一步采取半定量的LOPA风险分析方法进行加以补充和完善，确定分析的装置或单元的保护层是否足够满足安全生产要求。以石化公司汽油罐区为例，说明通过HAZOP和LOPA集成风险评估技术的应用，提高石化企业风险评估的准确性和完善性。关键词：风险评估 危险与可操作性分析（HAZOP）保护层（LOPA）组合应用 石油化工生产具有高温高压、易燃易爆、有毒有害等特点，随着石油化工厂的大型化和复

2、杂化，安全生产问题越来越突出。尽管目前对石油化工企业进行风险评估方法有多种多样，但各种方法都各具有其特点并适用于特定的情况。危险与可操作性分析(Hazard and Operability Analysis，HAZOP)和保护层分析（Layer of Protection Analysis, LOPA）两种安全评价方法得到了广泛的应用。当前越来越多的石化企业炼油化工装置都采用HAZOP和LOPA风险评估技术。1 HAZOP和LOPA风险评估技术简介1.1 HAZOP(Hazard and Operability Analysis), 危险与可操作性分析。HAZOP分析法是按照科学的程序和方法，

3、从系统的角度出发对工程项目或生产装置中潜在的危险进行预先的识别、分析和评价，识别出生产装置设计及操作和维修程序，并提出改进意见和建议，以提高装置工艺过程的安全性和可操作性，为制定基本防灾措施和应急预案进行决策提供依据。HAZOP的主要目的是对装置的安全性和操作性进行设计审查.HAZOP分析由生产管理、工艺、安全、设备、电气、仪表、环保、经济等工种的专家进行共同研究；这种分析方法包括辨识潜在的偏离设计目的的偏差、分析其可能的原因并评估相应的后果。它采用标准引导词，结合相关工艺参数等，按流程进行系统分析。并分析正常/非正常时可能出现的问题、产生的原因、可能导致的后果以及应采取的措施。1.2为什么要

4、进行HAZOP分析？当代科学技术进步的一个显著特征是设备、工艺和产品越来越复杂。大型乙烯装置仅控制回路就达到数百路，过程变量达到上万个。先进武器研制、航空航天、及核电站建设等使得作为现代先进科学技术标志的复杂巨型系统相继问世。这些复杂系统由数以万计的元件、部件组成，元件、部件之间以非常复杂的关系相连接。而生产规模的大型化、元部件关系的复杂化，也使得事故发生几率和危害程度大大增加。目前生产安全已成为重大社会问题，有效进行工艺安全管理（PSM）十分必要。那么为什么会发生工艺事故？由于设备故障、设计缺陷、运行条件错误、不可预见的运行条件、危害控制失效、人为失误等等就会发生事故。如何在事故发生之前识别

5、出潜在危险？如果我们能识别出问题所在，我们就能防止事故的发生！这种方法是存在就是HAZOP。HAZOP已成为HSE管理体系的重要方法，PSM的重要手段！1.3 HAZOP分析的作用HAZOP分析的目的是识别工艺生产或操作过程中存在的危害，识别不可接受的风险状况。其作用主要表现在以下两个方面：1）尽可能将危险消灭在项目实施早期识别设计、操作程序和设备中的潜在危险，将项目中的危险尽可能消灭在项目实施的早期阶段，节省投资。HAZOP的记录，可为企业提供危险分析证明，并应用于项目实施过程。必须记住，HAZOP只是识别技术，不是解决问题的直接方法。HAZOP实质上是定性的技术，但是通过采用简单的风险排序

6、，它也可以用于复杂定量分析的领域，当作定量技术的一部分。在项目的基础设计阶段采用HAZOP，意味着能够识别基础设计中存在的问题，并能够在详细设计阶段得到纠正。这样做可以节省投资，因为装置建成后的修改比设计阶段的修改昂贵得多。2）为操作指导提供有用的参考资料HAZOP分析为企业提供系统危险程度证明，并应用于项目实施过程。对许多操作，HAZOP分析可提供满足法规要求的安全保障。HAZOP分析可确定需采取的措施，以消除或降低风险。HAZOP能够为包括操作指导在内的文件提供大量有用的参考资料，因此应将HAZOP的分析结果全部告知操作人员和安全管理人员。根据以往的统计数据，HAZOP可以减少29%设计原

7、因的事故和6%操作原因的事故。与传统的安全分析和安全评估方法相比HAZOP分析方法具有三大特点：首先是确立了系统安全的观点，而不是单个设备完全的观点；其次是系统性、完善性好，有利于发现各种可能的潜在危险；再次是结构性好，易于掌握。1.4危险和可操作性研究方法可按分析的准备、完成分析和编制分析结果报告3个步骤来完成。由各种专业人员（如：工艺、设备、自控、现场操作人员等）按照规定的方法对偏离设计的工艺条件进行过程危险和可操作性研究。鉴于此，虽然某一个人也可能单独使用危险与可操作性研究方法，但这绝不能称为危险和可操作性研究。所以，危险和可操作性研究方法与其他安全评价方法的明显不同之处是，其他方法可由

8、某人单独使用，而危险和可操作性分析则必须由一个多方面的、专业的、熟练的人员组成的小组来完成。HAZOP分析是以偏差，生产运行过程中工艺状态参数与操作控制中可能出现的偏差，为导向的分析过程，首先需要将被分析流程根据设计意图、功能、设备等要素，以及分析者的工作习惯划分为若干节点，而后逐次考虑各个节点上出现的各种可能的偏差，针对每个偏差，需要分析其可能的原因、可能导致的后果、有无对应的安全措施，其危害程度如何，是否需要提出整改建议等。1.5 HAZOP也需要定量计算近年来，随着我国经济的迅速发展，石化行业规模不断扩大，中国已经成为世界上最大的化工产品生产国之一。但是随着规模的不断扩大，安全形势却日益

9、严峻，行业事故不断，尤其是随着储运罐区呈大型化、复杂化、集成化发展的趋势，罐区带来的风险日益增加，如今年发生的腾龙芳烃(漳州)有限公司“4.6”爆炸着火重大事故。针对罐区关注度高，影响面广，一旦失控后果严重的特点，8月4日，国家安监总局印发了油气罐区防火防爆十条规定，要求各企业严格执行。1.6保护层分析（LOPA）LOPA分析是HAZOP分析的继续，是对HAZOP分析结果进行半定量的分析并进行完善。对HAZOP分析识别出的风险所导致的事故后果进行定性评估，如果事故后果等级较高，则需进行LOPA分析，以确定事故可能发生的频率，以及保护措施是否已经将风险降低到可接受的程度。半定量的工艺危害分析方法

10、之一。用于确定发现的危险场景的危险程度，定量计算危害发生的概率，已有保护层的保护能力及失效概率，如果发现保护措施不足，可以推算出需要的保护措施的等级。 LOPA是由事件树分析发展而来的一种风险分析技术，作为辨识和评估风险的半定量工具，是沟通定性分析和定量分析的重要桥梁与纽带。LOPA耗费的时间比定量分析少，能够集中研究后果严重或高频率事件，善于识别、揭示事故场景的始发事件及深层次原因，集中了定性和定量分析的优点，易于理解，便于操作，客观性强，用于较复杂事故场景效果甚佳。所以在工业实践中一般在定性的危害分析如HAZOP，检查表等完成之后，对得到的结果中过于复杂的、过于危险的以及提出了SIS要求的

11、部分进行LOPA，如果结果仍不足以支持最终的决策，则会进一步考虑如QRA等定量分析方法。LOPA先分析未采取独立保护层之前的风险水平，通过参照一定的风险容许准则，再评估各种独立保护层将风险降低的程度，其基本特点是基于事故场景进行风险研究。保护层是一类安全保护措施，它是能有效阻止始发事件演变为事故的设备、系统或者动作。兼具独立性、有效性和可审计性的保护层称为独立保护层（Independent Protection Layer，IPL），它既独立于始发事件，也独立于其他独立保护层。正确识别和选取独立保护层是完成LOPA分析的重点内容之一。典型化工装置的独立保护层呈“洋葱”形分布，从内到外一般设计为

12、：过程设计、基本过程控制系统、警报与人员干预、安全仪表系统、物理防护、释放后物理防护、工厂紧急响应以及社区应急响应等。图1 化工过程保护层在每个危险场景中，给定的危险后果的严重性已知，其发生的概率可以通过其初始触发事件和各个触发条件的概率计算得出。每个保护层若生效，则危险后果不会发生，如果其失效，则安全保护任务会顺延至下一个保护层。所以每增加一个保护层，后果的发生概率就相应减少一定数值，减小值就是该保护层的生效的概率。叠加所有的保护层后，需要将风险降低到可接受的水准。如果风险仍旧太高，则可以计算出需要增加的保护层的失效概率。2 HAZOP和LOPA集成风险评估技术的应用2.1选取的分析单元概述

13、以某石化公司储运系统汽油罐区为例进行HAZOP和LOPA集成风险分析。设计目的： 本单元共有汽油储罐10座，其中3321-T-03罐为C9+重芳烃罐（5000m3），3321-T-0408罐为97#汽油罐（5000m3），3321-T-0911罐为93#汽油罐（20000m3），3321-T-12罐为93#、97#汽油共用罐（20000m3）。本单元主要负责成品汽油的接收、调和、储存、输转、装车出厂等工作，将来自汽油加氢装置的醚化轻汽油、脱硫重汽油与来自3111单元的甲苯、混合二甲苯、MTBE，3211单元的异构化油、轻汽油，3212单元抽余油，3321单元C9+重芳烃调和成合格的成品汽油，经

14、过、沉降、脱水、化验合格后，通过机泵供输汽车装车设施、火车装车设施、外走马埭码头出厂，同时外送青兰山成品油罐区。本单元共有机泵14台，3321-P-02A/B/C三台泵用于外送装火车、倒罐，3321-P-03A/B/C/D四台泵用于外送装汽车，3321-P-03 B/C也可用于C9+重芳烃装船，3321-P-04A/B两台泵用于外送青兰山库区汽油罐区，3321-P-05A/B两台泵用于输送至码头装船，3321-P-06A/B两台泵用于重整汽油输送至本单元调和设施，通过3321-P-01贫油泵将装车台油气通过油气回收设施回收至T-0912罐。管线/设备编号： C9+重芳烃罐T-03，汽油罐T-0

15、4/05/06/07/08/09/10/11/12；油气回收贫油泵P-01，装火车泵（兼倒罐）P-02A/B，装火车泵P-02C，装汽车泵P-03A/B/C/D，转输泵P-04A/B，汽油装船泵P-05A/B，C9+重芳烃调和泵P-06A/B。2.2 HAZOP和LOPA组合分析表1为某石化公司汽油罐区HAZOP和LOPA危害与可操作性分析记录表，在HAZOP分析的基础上再进行LOPA分析采用风险矩阵进行分析。风险等级低的不需要采取行动；风险等级中的可选择性的采取行动；风险等级高的先报合适的时机采取行动；风险等级很高的立即采取行动。表1 危害与可操作性分析记录表序号工艺偏离可能原因可能危害/

16、后果防护措施补充说明严重性可能性风险等级LOPA改善建议31高流量（进罐）无安全隐患N32高流量（调和组分油进料）FT/FICQ/FV00201故障，阀门开度过大影响产品品质1、在线分析仪AIC002012、阀门位置回馈信号N33低/无流量（调和组分油进料）FT/FICQ/FV00201故障，阀门开度过小或全关影响产品品质1、在线分析仪AIC002012、阀门位置回馈信号A5A5N34低/无流量（泵的进口）进口阀HV或进口电动阀故障关泵抽空损坏，严重时轻油外泄，引起局部火灾1、进口阀HV或进口电动阀关断讯号2、罐液位显示3、现场设置可燃气体报警仪4、泵的出口压力信号显示B5B5N35低/无流量

17、（泵的出口）1.出口阀HV或联锁关断阀故障关2.出口单向阀故障泵憋压损坏，严重时轻油外泄，引起局部火灾1、出口阀HV或联锁关断阀关断讯号2、罐液位显示3、现场设置可燃气体报警仪4、泵的出口压力信号显示及高压力回流控制B4B4N36逆流（P-04A/B）泵P-04A/B故障停泵泵出口逆流（1.5MPa），致使泵逆转损坏，严重时汽油外泄，引起火灾1、泵出口设有单向阀2、泵停机信号C4C4N建议：泵P-04A/B停机信号增设联锁切断出口阀HV00503/00504（00507/00508）37流动方向错误人员操作错误进错罐，影响产品质量罐的液位显示A5A5N38高压无安全隐患N39低压无安全隐患N3

18、10真空浮盘落底，继续抽空造成真空，设备损坏浮盘落底后，设有机械式自动通气阀B3B3N311高温无安全隐患N312低温无安全隐患N313高液位1.液位显示错误2.人员误操作高液位严重时油品溢出，造成油品外泄，引起火灾1(T-03)LIA00601（磁致伸缩）高液位报警，LAS00601（音叉）高高液位联锁关进口阀HV00601/00602C5C5Y建议：(T-03)LIA00601（磁致伸缩）高液位报警，LAS00601（音叉）高高液位联锁关进口阀HV00601/00602应符合SIL1及TSO等级14低/无液位1.液位计故障2.人员误操作泵抽空损坏，严重时造成火灾1.LI00603低液位警报

19、B5B5N建议：液位LI00603低低液位联锁停泵315过度混合无安全隐患N316混合不佳混合时间不够影响产品质量产品定期采样分析A4A4N317起泡现象N/AN318杂质设备使用时间长影响产品质量定期清罐A4A4N319错误物质N/AN320高浓度1.浮盘密封不严，轻组分挥发至浮盘上部空间1.轻组分挥发，造成浪费2.进入爆炸极限范围内，严重时发生火灾爆炸静电接地C5C5N建议：增设氮封系统21低浓度N/AN322破裂/泄漏罐体及附件、法兰腐蚀泄漏汽油外泄，引起火灾1、罐区设置火灾及可燃气体报警2、消防自动喷淋设施3、罐区设置围堰4、现场视频监控C3C3N323其它（静电）静电引起火灾1、罐体

20、周围静电接地，管线跨接静电接地，扶梯静电导线2、每半年检测一次C4C4N324其它（雷击）雷击引起火灾1、罐体设有避雷设施2、罐区设有消防喷淋系统、泡沫系统、消防蒸汽C4C4N2.3风险评估与决策根据中华人民共和国安全生产行业标准危险与可操作性分析（HAZOP分析）应用导则AQ/T:30492013和中国石油化工集团公司企业标准HSE风险矩阵标准Q/SH05602013 HSE风险矩阵具体见图A.1，后果严重性等级及说明见表A.1，可能性等级及说明见表A.2，风险区域及说明见表A.3。表A.1 后果严重性等级及说明后果严重性等级说明A人员伤害急救处理；医疗处理，但不需住院；短时间身体不适。财产

21、损失事故直接经济损失在10万元以下。环境影响装置内或防护堤内泄漏，造成本装置内污染。声誉影响企业内部关注；形象没有受损。B人员伤害工作受限；12人轻伤。财产损失直接经济损失10万元以上，50万元以下；局部停车。环境影响排放很少量的有毒有害污染废弃物，造成企业界区内污染，没有对企业界区外周边环境造成污染。声誉影响社区、邻居、合作伙伴影响。C人员伤害3人以上轻伤，12人重伤（包括急性工业中毒，下同）；职业相关疾病；部分失能。财产损失直接经济损失50万元及以上，200万元以下；1套装置停车。环境影响：因污染物排放造成企业界区外轻微污染，不会使当地群众的正常生活受到影响；发生在江、河、湖、海等水体及环

22、境敏感区的油品泄漏量在1吨以下或发生在非环境敏感区的油品泄漏量10吨以下；危险化学品以污水形式排出厂界，其危险物质相对环境风险数小于或等于40。声誉影响本地区内影响；政府管制，公众关注负面后果。D人员伤害12人死亡或丧失劳动能力；39人重伤。财产损失直接经济损失200万元以上，1000万元以下；2套以上装置停车。环境影响：因污染物排放造成企业界区外中等污染，使当地群众的正常生活受到影响；引起公众投诉；发生在江、河、湖、海等水体及环境敏感区的油品泄漏量在1吨以上10吨以下；或发生在非环境敏感区的油品泄漏量10吨以上100吨以下；危险化学品以污水形式排出厂界，其危险物质相对环境风险数4080（不含

23、40和80）；声誉影响国内影响；政府管制，媒体和公众关注负面后果。E人员伤害3人以上死亡；10人以上重伤。财产损失事故直接经济损失1000万元以上；失控火灾或爆炸。环境影响：因污染物排放造成企业界区外严重污染，使当地群众的正常生活受到严重影响；引起企地纠纷，影响企地的社会安定；发生在江、河、湖、海等水体及环境敏感区的油品泄漏量在10吨以上；或发生在非环境敏感区的油品泄漏量100吨以上；危险化学品以污水形式排出厂界，其危险物质相对环境风险数大于或等于80；因环境污染造成水源地取水中断；造成区域生态功能部分丧失；造成国家重点保护的动植物物种受到破坏或大量死亡的；跨国（界）的环境事件。声誉影响国际影

24、响。注1：“以上”包括本数，“以下”不包括本数。注2：“环境敏感区”参见中华人民共和国环境保护部令 第2号建设项目环境影响评价分类管理名录第三条，环境敏感区，是指依法设立的各级各类自然、文化保护地，以及对建设项目的某类污染因子或者生态影响因子特别敏感的区域，主要包括：（一）自然保护区、风景名胜区、世界文化和自然遗产地、饮用水水源保护区；（二）基本农田保护区、基本草原、森林公园、地质公园、重要湿地、天然林、珍稀濒危野生动植物天然集中分布区、重要水生生物的自然产卵场及索饵场、越冬场和洄游通道、天然渔场、资源性缺水地区、水土流失重点防治区、沙化土地封禁保护区、封闭及半封闭海域、富营养化水域；（三）以

25、居住、医疗卫生、文化教育、科研、行政办公等为主要功能的区域，文物保护单位，具有特殊历史、文化、科学、民族意义的保护地。注3：危险物质相对环境风险数的计算见中国石油化工集团公司水体环境风险防控要点。注4：危险化学品见危险化学品名录。表A.2 可能性等级及说明可能性等级频率F（次/年）（半定量）定性描述6F10-1作业场所发生过/本企业发生过多次510-1F10-2本企业发生过/系统内发生过多次410-2F10-3系统内发生过/石油石化行业发生过多次310-3F10-4石油石化行业发生过/世界范围内发生过多次210-4F10-5世界范围内发生过/石油石化行业内未发生过110-5F10-6世界范围内

26、未发生过表A.3 风险区域及说明区域说明低风险A1、A2、A3、A4、A5、A6、B1、B2、B3、B4、C1、C2、D1中风险B5、B6、C3、C4、C5、D2、D3、D4（无人员死亡时）、E1、E2、E3（无人员死亡时）高风险C6、D4（有人员死亡时）、D5、E3（有人员死亡时）、E4严重高风险D6、E5、E6附录A（规范性附录）HSE风险矩阵风险矩阵可能性半定量（次/年）10-510-610-410-510-310-410-210-310-110-210-1严重性后果可能性定性人员伤害财产损失环境影响声誉影响123456世界范围内未发生过世界范围内发生过/石油石化行业内未发生过石油石化行

27、业发生过/世界范围内发生过多次系统内发生过/石油石化行业发生过多次本企业发生过/系统内发生过多次作业场所发生过/本企业发生过多次A 急救处理；医疗处理，但不需住院；短时间身体不适 事故直接经济损失在10万元以下 装置内或防护堤内泄漏，造成本装置内污染 企业内部关注；形象没有受损 A1A2A3A4A5A6B 工作受限；12人轻伤 事故直接经济损失10万元以上，50万元以下；局部停车 排放很少量的有毒有害污染废弃物，造成企业界区内污染，没有对企业界区外周边环境造成污染 社区、邻居、合作伙伴影响 B1B2B3B4B5B6C 3人以上轻伤，12人重伤（包括急性工业中毒，下同）；职业相关疾病；部分失能

28、事故直接经济损失50万元及以上，200万元以下；1-2套装置停车 见表A.1 本地区内影响；政府介入，公众关注负面后果 C1C2C3C4C5C6D 12人死亡或丧失劳动能力；39人重伤 事故直接经济损失200万元以上，1000万元以下；3套及以上装置停车 见表A.1 国内影响；政府介入，媒体和公众关注负面后果 D1D2D3D4D5D6E 3人以上死亡；10人以上重伤 事故直接经济损失1000万元以上；失控火灾或爆炸 见表A.1 国际影响 E1E2E3E4E5E6根据表A.1 后果严重性等级及说明，表A.2 可能性等级及说明和附录A（规范性附录）HSE风险矩阵分析出某石化公司汽油罐区HAZOP和LOPA危害与可操作性分析记录表1。从该汽油罐区实际安全设施的配备情况看能够保证较低风险的或可以接收的风险，就不需要进一步采取安全措施。而对于较高风险的而安全措施不够的则提出建议措施。如高液位在原有相关安全措施的情况下再增设（T-03)LIA00601（磁致伸缩）高液位报警，LAS00601（音叉）高高液位联锁关进口阀的措施及HV00601/00602应符合SIL1及TSO等级。3 结语近年来，在国家安全生产监督管理总