保护层分析在HAZOP 分析中的应用

陈鑫，王三明

(南京工业大学城市建设与安全工程学院，江苏 南京 210009)

HAZOP 分析，因其参数多，覆盖面广，可通过引导词找到偏差，并获取潜在危险、预期后果和现有解决措施等信息，被认为在危险识别方面是最有效的安全评价方法。但在遇到工作小组所提出的安全措施是否已经有效消除了安全隐患，是否已经将风险度控制在了可接受范围内，安全措施是否都起到了应有的保护作用，是否会对其他安全措施形成负面影响等方面仍存在问题。LOPA 分析[1]是以HAZOP 为前提理论的一种延伸性安全措施，是HAZOP 在安全设计中的具体应用。采取LOPA 分析法对相对复杂和难以把握的事故现场进行半定量保护层分析，最后将通过该分析法获得的结果作为HAZOP 的分析基数，以此来进一步完善HAZOP分析[2]。近年来，2 种分析法结合应用于化工装置的安全分析已逐渐成为一种主流。

1 HAZOP 分析方法

1.1 HAZOP 分析的准备

为了顺利开展HAZOP 分析，需要提前做好以下工作：对分析对象、分析范围、分析目的加以确定；确定分析小组；收集整理相关资料；以表格的形式对资料加以有序呈现；安排会议。

1.2 HAZOP 分析的步骤

1.2.1 划分节点

为了获取精准的风险分析结果，要根据具体的工艺流程图将工艺划分为分析节点，或者是根据间歇过程的操作步骤将工艺划分为操作步骤。对于完整的生产工艺流程，可依照生产过程的具体环节作为HAZOP 的分析节点。对于间歇操作流程来讲，依照时间先后而划分的关键操作步骤便是HAZOP的分析节点。通常情况下，根据工艺流程有序进行，从最开始的生产原料输送环节开始，依次进行纵向分析，直到设计意图或是工艺环境的改变，或者直到下一个设备或环节[3]。

1.2.2 确定工艺参数和偏差

所选的工艺参数应适用于所选的分析节点，如流量、温度、时间、pH 值、频率、电压、混合、分离、压力、组成、速度、黏度、信号、添加剂、反应等。引导词和工艺参数的组合形成的工艺偏差，通常用“引导词+工艺参数=偏差”表示。

1.2.3 客观分析工艺偏差

根据既定程序对所选分析节点的偏差加以全面分析，最终得到偏差的形成原因、可能造成的后果、安全措施以及建议措施等一系列分析结果。偏差分析应坚持2 个原则：一是循序渐进，完成一个偏差的分析之后再分析下一个偏差分析；二是在对分析节点潜在的危险因素进行全面分析基础上，综合考虑要采取的安全保护措施。

2 LOPA 分析方法

2.1 LOPA 分析的准备

与HAZOP 分析相同。

2.2 LOPA 分析的步骤

2.2.1 确定分析情景

保护层分析中所需的情景实际上就是事故场景。本质上来讲，事故场景就是事故的时间链，在具体点，就是起始事件、过程事件和后果事件。通常都会选择后果事件比较严重的事故场景作为LOPA 的分析情景[4]。

2.2.2 对情景的严重等级进行确定

根据相关的定型分析获取的不利后果和情景严重等级划分表进行最终的等级判定。后果分析主要包括对现场影响、短期影响以及对相关因素的长期影响的分析。

2.2.3 确定始发事件、过程事件、后果事件及相应的频率

始发事件，即是引发事故发生的最初事件；而过程事件，就是最初事件之后发生的一系列事件；后果事件，即事故造成的严重后果。相应的频率根据实际情况而定。 2.2.4 计算潜在事故发生频率并确定等级

未减轻事件，是指始发事件发生并且所有保护层都失效的情况下发生的后果事件。实际上，未减轻事件发生频率就是始发事件、过程事件和后果事件发生频率的乘积。根据频率等级划分表和事故后果严重等级划分表确定潜在事故等级来计算潜在事故发生频率并确定等级。

2.2.5 确定独立保护层(IPL)及其需求故障概率

一种设备、系统或行为作为IPL 时，应满足IPL的有效性、独立性和可审查性的要求[6]。

2.2.6 根据独立保护层失效概率，确定剩余风险等级

发生于安全保护措施已实施之后的事故事件即减轻事件，所产生的风险也被称为剩余风险。

2.2.7 确定附加保护层

提出切实可行的对策措施，将风险等级降到可接受范围内。

3 应用举例

在采取HAZOP 分析法对某工厂的氨合成塔装置进行分析后，分析小组依照所得结果对节点潜在的事故场景加以LOPA 分析[7](工艺流程图与氨合成塔结构图略)，相关分析结果见表1。

表1 氨合成塔部分HAZOP 分析结果

结果表明，HAZOP 分析法在偏差原因、后果以及安全措施方面都进行了全面的描述，但是在事故风险、事故风险承受度和接受度以及建议措施有效性等方面均未给出相应结果。还应采取LOPA 分析法对事故场景进行进一步分析，结果见表2。从表2 可以看出，LOPA 分析给出了事故场景的完整过程和相关风险数据。通过给出频率和风险等级，能够准确知道该设备的风险等级是否在可接受范围以内，是否需要增加安全保护设施。在HAZOP分析结果的基础上进行LOPA 分析，不仅完善了HAZOP 分析的结果，而且为企业决策提供了真实 可靠的数据信息。

表2 基于HAZOP 分析的LOPA 分析结果

4 结 论

HAZOP 分析无法对不良后果的风险大小、风险承受范围以及风险承受度等加以分析，所以有必要在HAZOP分析的基础上进一步引入LOPA分析，用LOPA 分析的结果来修改和完善HAZOP 分析的结果。LOPA 分析方法作为一种简化的半定量风险评价方法，通过分析事故场景、比较风险界限、计算风险频率等来确定风险的企业承受度和现有保护措施的有效性以及建议安全保护措施。LOPA 分析方法侧重于事故场景的工艺危害分析，不仅能够揭示HAZOP 分析方法未涉及的工艺安全问题，更能够有效地解决HAZOP 分析结果中产生的分歧。事实证明，HAZOP 分析法和LOPA 分析法的结合应用，不仅有效弥补了HAZOP 分析法的不足，而且完善了HAZOP 的分析结果，可为企业的决策提供真实可靠的数据信息。

[1]卢卫，王延平．保护层分析方法[J]．安全、健康和环境，2006，6(4)：32–37．

[2]张景林，崔国章．安全系统工程[M]．北京：煤炭工业出版社，2002．

[3]张艳辉，陈晓春．改进的HAZOP 风险评价方法[J]．中国安全生产科学技术，2011，7(7)：174–178．

[4]李娜，孙文勇，宁信道．HAZOP、LOPA 和SIL 方法的应用分析[J]．中国安全生产科学技术，2012，8(5)：102–106．

[5]万古军，张广文，党文义．保护层分析应用规则研究[J]．安全、健康和环境，2013，13(1)：14–16，21．

[6]白永忠，万古军，张广文．保护层分析中独立保护层的识别研究[J]．中国安全科学报，2011，21(7)：74–78．

[7]李相甫．氨合成塔运行中的问题与处理[J]．小氮肥设计技术，2001，22(1)：42–43．