胡川,孙佳佳,赵振峰
(青岛诺诚化学品安全科技有限公司,山东 青岛 266000)
保护层分析(LOPA)是一种简化的半定量风险评估方法,可以有效地帮助人员分析识别危险场景中各个保护层的有效性,并计算场景的事故风险。
近年来,随着各个危化品企业对过程安全的重视程度逐步加大,安全仪表系统SIL等级评估项目的广泛开展应用,LOPA分析也被越来越多地应用于过程生命周期的各个阶段,如保护层功能分配、安全仪表系统SIL等级评估、保护层维护、工艺变更、停用等。
本着“以人为本”的要求,在事故后果分析中,人员方面被越来越重视,其中人员暴露概率作为LOPA分析中修正因子的重要部分,对危险场景的风险评估结果有着重要影响。因此更准确的使用人员暴露概率修正对风险评估的准确性有着重要意义。
LOPA分析技术是使用初始事件频率、后果严重程度和独立保护层(IPL)失效频率的数量级大小来近似表征场景的风险;是建立在危险识别的基础上,进一步评估事故场景中保护措施的有效性,确保事故场景的风险减少到可接受水平的一种方法。
LOPA分析的典型分析步骤为: 识别后果,筛选场景;选择一个原因/后果场景;识别场景初始事件,并确定初始事件频率(次数/年);识别IPL,评估每个IPL的需求时的失效概率(PFD);计算初始事件减缓后的发生频率,根据后果和减缓后的发生频率评估场景风险;进行风险决策。LOPA分析步骤如图1所示。
在进行风险评估时,需要调整减缓前的后果频率,以反映人员暴露于危险中的概率、点火概率、发生爆炸后人员伤害或死亡概率等因素。
人员暴露概率是指泄漏、火灾、爆炸等事故发生时,人员出现在影响区域内的时间比例。要考虑影响区域内所有可能出现的人员,包括所有的操作人员、维护人员、承包商、保卫、工程师等。
图1 LOPA分析步骤示意
在LOPA分析中,识别IPL是其中重要的一个环节,采用IPL削减风险时,IPL应满足独立性、有效性与可审计性。
因此在考虑人员暴露概率时,应注意危险场景分析中,人员出现在现场的情况与各IPL的相关性问题。
IPL包含本质安全设计、基本过程控制系统(BPCS控制、BPCS联锁)、关键报警及人员响应、安全仪表功能(SIL1~SIL3)、物理保护(安全阀、爆破片等)、释放后保护(防火堤、防爆墙等)、应急响应。
IPL中关键报警及人员响应是操作人员或其他工作人员对报警响应,或在系统常规检查后,采取的防止不良后果的行动。很多企业的操作习惯中,在操作人员接收到过程变量的仪表报警后,会让外部操作员到现场进行检查或确认等工作。如果此时发生可燃有毒气体泄漏,极易导致现场人员发生伤亡事故。
因此在危险场景分析中,当使用了关键报警及人员响应作为IPL时,此时人员暴露概率的使用根据危险场景的不同主要可分为以下三种情况:
1)人员响应中不包含操作人员前往现场的动作。该情况下,如果危险场景分析中后果影响区域在装置区域内,则可以考虑使用人员暴露概率修正初始风险的发生频率。
2)人员响应中包含操作人员前往现场的动作,并且操作人员前往区域为危险场景分析中后果影响区域。在该情况下,当操作人员接收到关键过程变量的报警信号后前往现场,此时一旦发生火灾爆炸或有毒气体泄漏的事故时,危险区域内存在人员的概率非常大,从保守角度考虑,此时不宜考虑采用人员暴露概率修正初始风险的发生频率。
保护层关键报警及人员响应的不同情况将影响危险场景后果人员方面的严重性,具体事件树分析如图2所示。
图2 人员响应与后果影响故障树示意
3)人员响应中包含操作人员前往现场的动作,但操作人员前往区域不是危险场景分析中后果影响区域。如高压设备液位空造成高压气相窜至下游低压设备,当下游低压设备在其他装置区域或距离较远的不同单元时,此时操作人员前往的现场区域不会发生危险事件。因此该危险场景下,可以考虑使用人员暴露概率修正初始风险的发生频率。
根据人员暴露概率定义,在计算人员暴露概率时考虑影响区域内所有可能出现的人员。
分析危险场景后果时,如影响区域中可能发生多人伤亡的事件,可根据人员情况修正人员暴露概率。
1)如装置周边的厂内马路或停车场处于影响范围区域,当上下班期间一旦发生事故可能造成群死群伤的较大或重大事故,而如果在其他时间,影响范围内一般只有装置区域内1~2个外操或巡检人员。
该情况下可考虑根据不同严重性后果分开分析计算危险场景。当危险场景分析下多人伤亡事故的剩余风险在可接受区域以外时,可考虑改变员工的上下班路线或增加防爆墙等措施。当危险场景分析下装置区域内人员伤亡的剩余风险在可接受区域以外时,可考虑增加额外的保护层对风险降级。
2)如装置在运行期间,危险场景分析的后果影响范围内存在定期的检维修工作时,则在分析中应考虑事故发生在检维修期间造成多人伤亡的较重大事故后果。
该情况下可根据检维修工作的时间比例修正人员暴露概率。当剩余风险在可接受区域以外时,如无法增加额外的工程措施对风险降级时,可考虑控制同时在影响范围内参与检维修任务的人员,以此来降低事故后果的严重性等级。
本文结合LOPA分析方法,分别分析修正因子中的人员暴露概率与IPL、后果场景的关系,并举例说明不同情况下人员暴露概率的取值条件或取值修正依据。帮助LOPA分析人员更好地了解与使用该方法,得到更准确的风险分析结果,更加有针对性的执行风险管控活动。