保护层分析核心技术简介

保护层分析核心技术简介

魏振强

(中国石油安全环保技术研究院,北京　100083)

摘　要:介绍了保护层分析(L OPA)技术的核心内容,主要包括L OPA的起源、在生命周期中的应用、分析程序以及优缺点等。以进一步了解L OP A技术内涵,掌握L OP A的技巧,更好的为安全服务。

关键词:L OPA技术;保护层分析

中图分类号:T E687 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2011)13—0110—02

随着社会生产力的不断进步,工业技术水平的不断提高,给炼油化工行业带来了前所未有的变化:新产品的涌现、装置规模不断扩大,过程系统变的越来越复杂、操作条件变的越来越苛刻。在世界范围内发生了多起重大的过程安全事故,这引起了人们对于过程安全的广泛关注和高度重视,并催生了一系列有关过程安全管理的法律规范及系统的分析方法和技术。在过程安全管理中,来自不同专业的人员进行危害分析与评估时,往往就“装置需要多少保护措施,每一种保护措施降低了多少风险?”等问题进行讨论。保护层分析(Lay er of Prot ect ion Analysis,以下简称:L OPA)希望运用合理、客观、基于风险的方法回答这些关键问题。LOP A是在危险识别的基础上,进一步评估过程保护层的有效性并进行风险决策的系统方法,是危险与可操作性研究(HAZOP)技术的延展和深入,是近年来国际上广泛应用且行之有效地一种安全设计与管理技术,值得安全工作者学习和借鉴。

1　LOP A的起源

一个典型的炼油化工过程包含各种保护层,如工艺设计(包括本质更安全概念)、基本过程控制系统、安全仪表系统、积极保护层(如安全阀)、被动保护设施(如防火堤、防爆墙)以及人员干预等,这些保护层降低了事故发生的概率。但独立保护层的关键问题主要包括: 多安全才算安全? 需要多少保护层? 每一个保护层能降低多少风险?

20世纪80年代末,当时化学品制造商协会出版了《责任关怀—工艺安全管理实施准则》,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,该化学品制造商协会现为美国化学理事会[1]。

1993年,CCPS出版了《化学过程安全自动化指南》,书中建议将L OPA作为确定安全仪表功能完整性水平的方法之一。虽然L OPA方法在当时还未发展成熟,但是它指明了这个领域前进的道路[2]。

2　LOP A简介

2.1　什么是L OPA

L OPA是一种简化的风险评估。L OP A通常使用初始时间概率、后果严重程度和独立保护层(IP Ls)失效概率的数量级大小来近似描述的风险的高低[3]。

L OPA的主要目的是确定是否有足够的保护层以防止意外事故发生(风险是否能够接受)。风险中可能有各种不同类型的保护层。一个风险的降低可能需要一个或多个保护层,这取决于事故发生的概率和后果的严重性。有的风险只需要一个保护层就能避免;当然,因为没有任何一个保护层是完全有效地,所以必须提供充足的保护层来减小事故风险,以满足风险容忍标准[4-6]。

对于特定的工况,L OPA提供了一致的标准,判断是否有足够的独立保护层来控制事故风险。如果风险不能接受,则需要增加额外的独立保护层。

2.2　LOP A的应用阶段

L OPA能够有效地用于一下阶段,主要包括[4]:

初始概念工艺设计阶段。L OPA可用于审查基本设计选择,并且可指导选择具有更低初始事件概率、更小事故后果或者更理想的独立保护层数量和类型的方案。理论上,L OPA可以通过客观的方法,迅速地对备选方案进行定量比较,设计一个“本质更安全”的工艺过程。 基础设计阶段。此阶段,工艺流程图和PID图已经基本完成。L OP A用于检查其他工艺危害分析方法(如HAZ OP、What-If、检查表等)发现的风险;L OP A可作为安全仪表功能设计的一部分,也可以对系统的设计进行研究,对各种工艺备选方案进行分类并且选出最佳的方案。 工艺危害分析阶段。一些公司的L OPA分析经验表明,以关注后果的研究方法,可以发现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。 L OP A可确定过程风险是否被接受。L OPA还可以检查安全仪表功能备选方案(改进工艺过程或添加其他独立保护层等)。L OPA是安全系统生命周期中一个非常有价值的工具。 L OPA可用于识别保证过程风险在企业风险容忍标准内的关键设备(作为独立保护层的一部分)。这些设备称为“安全关

110内蒙古石油化工 2011年第13期　

收稿日期:2011-04-15

作者简介:魏振强(1981-),男,天津,现中国石油安全环保技术研究院从事安全行业工作,工程师。

键设备”,它们需要特定的测试、检查和维护。不止一家公司发现:随着时间的推移,增加安全关键设备的数目来降低风险是不可行的。通过L OP A可大大降低安全关键设备的数目。 LOP A可用于识别操作人员的关键安全行为和关键安全响应。这将有助于在企业过程生命周期内开展更有针对性的培训和测试,并使得操作手册能反映最重要的过程变量、报警和行动。 工艺变更阶段。改进现有工艺、控制系统或安全系统(例如变更管理); L OPA也可用于组织内其他风险评估研究,包括运输过程(公路、铁路、管道)、终端业务、收费转换业务、第三方审计、损失预防和保险问题等等。

3　LOP A的分析程序

3.1　L OPA团队的建立

L OP A由一个小组团队执行,比如可在小组进行HAZ OP或W hat-if审查(例如P HA)期间或之后进行。L OP A也可单个的分析人员进行,在这种情况下通常已有危害分析人员(如危害评估小组)为L OP A分析人员识别出了风险。一般来说很少存在一个分析人员单独工作的情况,大多数分析人员需要与小组中其他人员进行协商。许多公司由分析人员、工艺工程师或者生产专家(非常熟悉该工艺的人员)组成分析小组来执行LOP A,然后由一个更大的小组或者一个独立的L OPA分析人员审查他们的工作。

3.2　L OPA的分析步骤

L OP A的分析程序详见图1,主要包括以下内容[4,7]:

第一步:筛选后果,确定分析范围。L OPA通常评估先前危害分析研究中识别的风险,因此L OPA 分析人员的第一步程序是筛选风险。最常见的筛选方法是基于后果。后果通常在定性危害分析(如HAZOP研究)过程中进行了识别。

第二步:选择原因/后果对。LOP A一次只能分析一个风险,这个风险可来自其他分析(如定性分析)过程,但是这个风险描述的应是单一的“原因/后果对”。

第三步:识别原因/后果的初始条件,并确定初始事件频率(次数/年)。在所有防护措施都失效时,初始事件必然会导致事故的发生。国外很多公司提供了评估事件概率数据库,以实现L OPA后果的一致性。

第四步:识别独立保护层,评估每个独立保护层要求时的失效概率(PF D)。有些事故预防只需要一个独立保护层,而另外一些事故预防,可能需要多个独立保护层,或失效概率非常低的独立保护层,以使事故的风险满足风险容忍标准。对于特定的原因/后果对,识别现有的安全防护措施是否满足独立保护层IP L s的要求是L OP A的核心内容。国外大多数公司提供了独立保护层的预设值,供分析人员使用。

第五步:将后果、初始事件和独立保护层相关数据进行计算,评估风险。计算方法包括公式法和图表法。

第六步:评估风险,做出决策。

4　L OPA的优缺点

4.1　LOP A的优势

L OPA与定量风险分析方法比较,花费的时间较少,可以提高危害评估会议的效率。 L OPA 可能帮助解决决策时的分歧,它提供了一致的、简化的框架来评估风险并且为讨论风险提供了一致的方法。 如果整个公司使用同样的方法,那么L OP A可用于单元之间或工厂之间的风险对比。 与定性方法相比,L OPA提供了更具有可靠性的风险判断,因为L OPA有更严格的纪录,并给定了事故频率和后果的具体数值。 L OPA的信息可以帮助组织决定操作、维护以及相关培训的重点放在那些防护措施上。

4.2　LOP A的局限性

L OPA是一种简化的方法,并不适用于所有的风险。 在风险决策过程中,与定性的方法如HA ZOP和What-if相比,L OPA用的时间较多。对于简单的决策,L OPA的使用价值不明显。而对于很复杂的决策,LOPA比定性方法更加节省时间,因为L OPA将重点放在了风险决策上。 L OPA本身并不是一个危害识别工具。L OPA依赖于识别初始危险事件的方法的确定事件原因和防护措施所采用的方法(包括定性危害审查方法)。 不同组织在风险容忍标准和L OPA执行程序上存在差异性,一般分析结果通常不能在各组织之间直接比较。

[参考文献]

[1]　American Chemist ry Council(2000),

Responsibl e Care P rocess Saf et y Co de of

Management Pract ices.Washingt on,DC,

American Chem ist ry Co uncil.

[2]　Cent er F or Chemical P rocess Safet y,

Guidelines for Saf e Auto mat io n of

Chemical P rocesses.New York:American

Inst it ut e of Chem ical Engineers.

[3]　卢卫,王延平.保护层分析法[J].安全、健康和

环境,2006,6(4):32～34.

[4]　Cent er F or Chem ical P rocess Saf ety,L ayer

Of P rot ect ion Analy sis:Simplified P rocess

Risk Assessm ent.Washing t on,DC:

American Inst it ut e of Chemical Eng ineers. [5]　周荣义,李石林,等.HAZ OP分析中L OP A的

应用研究[J].中国安全科学学报,2010,20

(7):76～81.

[6]　张其立,邱彤,赵劲松,等.3种安全评价方法

的集成研究[J].计算机与化学应用,2009,26

(8):961～965.

[7]　管杰,廖海燕.保护层分析(LOP A)在炼化生

产中的应用[J].安全、健康和环境,2010,10

(1):36～38.

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