HAZOP及LOPA分析在废润滑油加氢装置燃气加热炉中的应用

王利勇，李兴建，夏克勤，沈康文，李青泽

(武汉科林化工集团有限公司，湖北 武汉 430223)

HAZOP/LOPA(SIL定级)分析目前已经广泛应用于各种化工装置。HAZOP作为一种形式结构化的方法，可全面、系统的对装置中每一个元件进行分析，找出其中重要的参数偏离了指定的设计条件所导致的危险和可操作性问题，并提出切实可操作性的意见。LOPA主要分析工艺系统是否需要SIF安全回路作为保护层，如果需要，则提出相应SIF回路的SIL等级要求。

近年来各地石油化工行业时常有事故发生，因此各地政府均纷纷出台了更为严厉的安全管理制度及政策，例如江苏省应急管理厅即出台文件《省应急管理厅关于印发<本质安全诊断治理基本要求>的通知》(苏应急〔2019〕53号)中就明确要求：在2020年9月底前，经诊断治理核查未达到《基本要求》的企业应停止生产或停止相关生产装置、设备设施使用，2020年12月底前，经诊断治理核查仍然未达到《基本要求》的企业应关闭退出。涉及到两重点一重大的项目或装置均需进行HAZOP分析，包括设计阶段和在役装置。

管式加热炉是炼油厂和石油化工厂的重要设备之一，被加热物质在管内流动介质为气体或液体，并且都是易燃易爆的物质，操作条件苛刻，同时长周期运转不间断操作，加热方式直接受火，一旦控制不当，极易发生火灾、爆炸事故。

本次主要以废润滑油加氢装置中加氢加热炉为分析目标，介绍HAZOP及LOPA分析在废润滑油加氢加热炉中的应用。

1 某废润滑油加氢装置加热炉单元简介

某厂废润滑油加氢装置是以废润滑油为原料，经过预处理脱沥青脱轻之后，分馏出润滑油基础油馏分，然后再去加氢精制，提升润滑油基础油品质。

图1 燃气加热炉工艺流程图

经预处理之后的润滑油基础油经原料泵增压后与氢气混合，经过换热器换热升温至300℃左右，然后进入加热炉F-401加热至320℃后去往加氢反应器。加热炉F-401燃料来自燃料气管网，主要为瓦斯气并有少量装置排放的轻烃。加热炉出口物料温度(TIC40605)与加热炉燃料气流量(FIC40601)串接控制来控制加热炉出口物料温度。燃料气进燃烧器前设置有同时加热炉出口炉管设置温度监控TIAS40606A/B/C 三取二(2OO3),当出现超温情况时，将会联锁关闭燃料气主线、副线上开关阀XV40601(XV40604)、XV40603(XV40606),使加热炉熄火，同时打开进气线放空线上的开关阀XV40602(XV40605) ，以排空管线上残留的瓦斯气，避免其带来安全隐患。加热炉烟道风门挡板与炉膛压力联锁，控制炉膛内压力。加热炉工艺流程见图1。

2 HAZOP及LOPA分析

2.1 节点划分

由于加热炉仅作为废润滑油加氢装置其中一个加热单元，因此本次分析将加热炉作为一个整体进行分析，包括废润滑油进、出料线，燃料气线及炉体本身。

2.2 引导词及偏差

通常在进行HAZOP分析前会由HAZOP分析小组主席提前告知分析中所用的引导词及偏差。这是因为当装置工艺流程的主要状态参数(如温度、压力、流量等)一旦与设计规定的基准状态发生偏离，就有可能发生问题或出现危险，即出现偏差。这种偏离的状态参数通常与引导词“无、过小、过大、过高、过低”等组合在一起，例如“温度过低”、“压力过高”、“流量无”等等，且一般对一种状态参数的两种极端状态都要同时进行分析，例如分析某一状态偏差“温度过低”，对应的另一种 状态偏差“温度过高”也需要进行分析。从表1中可看出本次加热炉HAZOP分析常用的引导词和偏差。

为了帮助定性HAZOP分析中对每个偏差所导致的风险程度，并由此确定分析结论中每项建议措施的优先级别。我们根据项目装置情况定义了一套风险矩阵，用以辨别后果的严重性。

表1 HAZOP风险矩阵

2.3 HAZOP分析

表2 加热炉HAZOP分析记录结果

通常一个项目HAZOP分析是经与各专业工程师讨论分析，所有的分析结果由业主单位、设计院、设备供应商等几方共同讨论并确认。HAZOP会议结束后，业主与设计单位需对建议措施进行了回复并需要进行持续的跟踪并落实，加热炉HAZOP分析记录结果见2。

2.4 LOPA(SIL定级)分析

本加热炉安全仪表系统评估SIL定级分析是基于加热炉的HAZOP 分析基础上，采用保护层分析方法(LOPA)(符合IEC61511-3 2016附录F)对装置各个重要回路逐一讨论，并确定每个回路安全仪表功能的完整性等级。

IEC61508将安全完整性等级(SIL)划分为4个等级，即SIL1～SIL4,安全相关系统的SIL级别是通过风险分析得来，SIL级别越高，要求其危险失效概率越低，即安全等级越高。

本次加热炉采用的SIL等级表见表3。

表3 SIL等级表

由于篇幅限制，本次仅列出一个场景进行分析。

选取场景为：反应进料加热炉主燃料气管线压力低造成加热炉熄火，炉内燃料气积聚导致遇明火爆炸。

初始事件：PCV40601开度过小或误关

主燃料气管线上的SIF回路为：反应进料加热炉主燃料气管线压力低低联锁PALL40605A/B/C(2oo3)，触发机构为PT40605A/B/C，执行机构为XV40604，XV40605，XV40606，该SIF回路动作为反应进料加热炉主燃料气管线压力低低PALL40605A/B/C(2oo3)联锁关闭XV40604，XV40606，开XV40605。

场景中人员暴露概率按操作人员巡检每2小时1次，每次单体设备停留5min，机电仪人员每班巡检一次，每次停留5min计算为0.073，经过分析对比，该事件可以作为IPL(独立保护层)的为：反应进料加热炉设有火检报警BAL40601A/B/C/D。

该事件LOPA分析记录表见表4。

表4 LOPA分析记录表

从表中可以看出，该SIF的SIL定级为SIL1。

该加热炉的SIL定级分析清单见表5。

3 结束语

HAZOP及LOPA分析由一组多专业背景的人员，以会议的形式，将废润滑油加氢装置加氢进料加热炉单元作为一个节点，通过构建偏差对加热炉工艺过程中危险和可操作性的问题进行分析研究，再通过SIL分析定级验证安全仪表系统安全性。通过一次系统的评估，可以找出加热炉工艺潜在的设计失误或风险，辨别其对整个装置运行的影响，从而达到在加热炉事故发生初始阶段就可以进行有效的干预和控制的目的。