化工安全仪表系统SIL定级中LOPA的应用研究

杨庆超

安徽华东化工医药工程有限责任公司 安徽 合肥 230000

引言

根据实际调查显示，我国许多化工企业都存在安全仪表系统设计、维护与安装等阶段冗余不够科学、选择不够合理、质量风险把控不足等问题，为了保证化工安全仪表系统能够正常使用，需要将LOPA技术应用在安全仪表系统的SIL定级当中，并要求相关人员能够认识到系统本身存在的风险，明确系统技术要求，根据实际情况提出切实可行的优化措施。

1 SIL定级以及LOPA的主要内容

1.1 SIL定级

安全仪表系统与传统的分散过程控制系统不同，两者的差异性相对明显，通常来说，安全仪表系统大多会处在静止状态，只有在进行化工生产以及关联设备产生运行故障的情况下，才会做出精准反应，并第一时间停止生产过程，之后将运行设施调整到安全控制状态。一般情况下，安全仪表的主要功能可以分为4个完全不同的等级阈值，而不同等级的安全仪表在进行电路调试、安装与设计、维护的过程中都需要对应不同的技术要求，简单来说，SIL定级是由每小时发生的危险失效概率进行区分，共分为4个等级，第4级表示最高的完整性程度，而第1级表示最低，并规定了能够减少设计错误的设计规范[1]。

1.2 LOPA

LOPA又称保护层分析，是指半定量的工艺危害分析技术，可以用于判断危险场景的实际危险程度，利用定量计算的方法评估危害发生的概率，分析已有保护层的失效概率，若出现保护措施难以起到实际作用的情况，可以直接推算出所需采用的保护措施等级，其主要特点在于能够分析未采取独立保护层前的风险水平，之后借助参照风险容许准则的方式，实现独立保护层风险降低程度的二次评估[2]。

2 LOPA在化工安全仪表系统SIL定级中的应用路径

2.1 实际案例

本文将以某地方化工公司造纸化学品、精细化工产品、乳化型聚乙酯项目作为研究对象，阐述液氯储罐的SIL定级中LOPA的应用路径，具体的工艺流程图如图1所示，本次SIL定级的工作目标是进一步明确安全仪表系统的设计安全功能，确保要求的安全仪表功能完整，保证与各SIF相关的所需达到的SIL等级。具体的SIL定级清单如表1所示。

表1 SIL定级分析清单

图1 液氮储罐流程图

2.2 注意事项

危险与可操作性分析方法的分析结果存在重大风险时，则需要采用LOPA进行分析。通常来说，对于安全仪表系统以及需要附加的仪表功能电路来说，所采取的风险防护措施需要以确定安全仪表功能电路SIL电平的保护作为主要目标，并判断是否需要额外的SIS保护，并进一步确定附加SIS保护的安全仪表系统安全性能检测标准，LOPA本身属于一种半定量分析方法，因此可以借助评价或者计算以此获取最终结果，在不同的应用场景下，保护层本身的失效概率以及风险标准等一系列数据参数的选择都需要保持一致性。在应用LOPA的过程中，需要优先确定有效的独立保护层，用以避免场景发展到无法控制的程度，避免出现意想不到的结果，确保与场景设备或动作的其余保护层不存在直接联系，并注意由于联锁不会独立于初始事件，所以联锁不可作为单独保护层。

采用LOPA分析的技术人员需要注意，在实际分析过程中所产生的错误结果要采取二次分析，但这就会造成不必要的重复工作，浪费相关资源，若初始事件结果被评估为存在偏差，则添加的SIL保护也可能出现不足状况，当使用风险表确定风险等级后可利用定性分析的方法，明确后果等级，但根据实际调查显示，除了典型频率外，后果频率还受到众多因素的影响，比如火源概率危险后的死亡概率等，因此在确定修正值的过程中难以避免的会对分析准确性造成影响，此类数据通常来说都是来源于经验数据的推荐参考值，其中绝大部分都控制在一定范围内，所以在具体应用时是参考值内应当包含一个能够确定以上数据的原则。

LOPA分析方法在使用时需要相关人员采用确切合理的定量数据，以此保证分析结果的合理性与准确性，在使用LOPA技术时，一方面要确保保护层具有极高的独立性以及有效性，比如当调节阀在发生故障时对于部分初始事件来说，高连锁开关阀需要设置在下游蒸汽阀上，若SIS保护不断提升，则要在给水管道上设置开关阀以及控制阀，以此实现SIS保护效果的进一步提高，若在下游蒸发器的液位区域设置液位连锁，同时调节器处于关闭状态，此时即便相关设置已经完成，但也不可作为单独的保护层，究其原因在于连锁与初始事件不存在直接联系。除此之外，还要根据LOPA的技术特征，依照相关评价方法以及计算，获取实际结果，并注意在完成初始事件频率选择后，要确保场景数据能够与标准高度保持一致。

2.3 不足之处

本人通过将风险标准作为分析基础使其与场景计算风险进行对比可知，在进行LOPA分析时，需要重视失效数据，失效数据本身是开展SIL定级以及LOPA分析的重要基础支撑，但根据实际调查显示，我国当前对于失效数据的获取并没有特定的标准系统，同时工业化的失效数据库也没有得到及时建立，因此难以避免的会出现失效数据的分析与计算方法不够科学与完善，通常来说，LOPA的失效数据来源主要来自以下几方面[3]：一方面是已有的研究文献以及失效数据库；另一方面是国外研究机构公布的数据手册以及可靠性研究手册。通常来说，关联数据库所针对的大多是国外的产品数据表、数据目录等，而在实际应用时则要充分重视相关检测技术工艺，及时修正标准水平。至于化工设备供应商所给出的数据参数以及认证证书等，同样可作为LOPA失效数据的来源之一。除此之外。在进行LOPA技术分析时所使用的性能测试实验，需要在满足一定标准下才可开展，对于实际条件下的失效率无法完全反应，因此需要借助各类数据库进行组合分析，从而收集高质量信息。

2.4 优化措施

在应用LOPA技术的过程中，技术人员不单单要切实遵守相关规范数据范围，还要充分结合化工企业的实际发展情况，切实保障LOPA技术的分析有效性，在实现安全仪表系统SIL定级时，从业人员要充分认识到独立保护层的规范性，合理选择定量数据，准确完成风险性分析，借助独立的保护层，避免场景出现意外结果，使初始事件始终独立于其他场景，并且技术人员还要认识到所采取的一系列风险应对方法都与初始场景的失败不存在联系。而对于依照SIL定级的安全仪表系统在应用时，需要以定性风险分析的数据信息结果作为基础，但这难以避免的会对风险概率计算的准确性造成影响，对SIL水平形成负面效果，为此相关技术人员需要做好危害分析工作，从而达到优化SIL定级的目的。

3 结束语

综上所述，通过对SIL定级以及LOPA的主要内容进行分析讨论，提出LOPA在化工安全仪表系统SIL定级中的应用路径，并以实际案例作为分析对象，阐述相关注意事项、应用问题以及针对性的解决措施，以此达到减少安全事故发生概率的目的，使工作人员可以更高效的完成安全仪表系统的验证以及操作，设置科学的安全等级，推动化工产业的可持续发展。