基于HAZOP与LOPA的输油站场泄压罐风险分析

朱灵波

（中国石油天然气管道工程有限公司，四川成都 610000）

输油站场泄压罐是保障整个输油管线安全运行，防止管线发生水击的保护设施，同时自身也面临一定的运行风险。泄压罐存储介质汽油、柴油等属于危险化学品，具有易燃易爆、易挥发、受热膨胀、静电荷积聚等特点。当泄压罐发生冒顶、火灾、爆炸等意外事故，造成的后果不仅仅是经济财产的损失，还可能引发附近人员的伤亡，周边环境的污染，以及对企业声誉产生的不利影响。因此，在日常生产管理中确保泄压罐的安全可靠运行是生产管理的核心内容，采用科学合理的风险分析方法是泄压罐安全运行的有效手段。

1 HAZOP概述

危险与可操作性分析（HAZOP）是具有一定危险性行业普遍采用的风险评价方法，通过HAZOP分析可识别出各环节发生偏离设计工况可能的原因及导致的后果，并针对性提出建议措施降低风险发生的概率或产生的后果。不足之处是HAZOP分析不能分析出各类安全措施对风险降低的程度和剩余风险的量化程度[1]。

2 LOPA概述

保护层分析方法（LOPA）是一种半定量的风险评价方法，在通过定性危害评估（例如HAZOP、PHA）之后，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。对其已有保护措施在可靠性方面进行量化分析，判断在消除风险或降低风险后果严重程度的能力[2]。

过程工业典型的保护层包括本质安全设计、基本过程控制系统、关键报警与人员干预、安全仪表功能、物理保护、释放后物理保护、应急响应等[2]。对于特定的场景，不是所有保护层都能作为独立保护层，设备、系统、行动等需满足必要的条件才能作为独立的保护层：

（1）有效性，按照预先设计的功能发挥作用，有效地防止后果发生。

（2）独立性，保护层功能不受危险场景的初始事件和其他保护层失效的影响。

（3）可审查性，对于阻止后果的有效性和PFD能以某种方式（如记录、审查、测试等）进行验证。

3 输油站场泄压罐风险分析

3.1 泄压流程概述

上游站场来油管道输送压力超过水机泄压阀开启压力设定值时，水机泄放阀自动打开，介质通过泄压管路进入泄压罐，当输油管道运行压力恢复正常时，水机泄压阀自动关断；泄压罐存油可经过转输泵装车外运处理。泄压罐设置有液位及温度检测仪表（K6、K12），高液位报警开关（K7），紧急泄放人孔（K1、K2），呼吸阀（K3、K4），量油孔（K5），罐壁人孔（K11），排水口（K10）。流程图如图1所示：

图1 泄压流程图

3.2 HAZOP分析

以水机泄压阀故障开启产生的事故后果进行HAZOP分析[3]，分析结果见表1。

表1 HAZOP工作表

以某企业的HSE风险划分标准（表2），对水机泄压阀故障开启，可能导致的储罐溢流，油品流散，可燃性挥发气体遇点火源发生着火爆炸进行事故后果分析[4]：该区域同时出现人员多数情况不超过2人，人员伤害的后果严重程度为3级；该区域平面布置包括泄压罐3座1 000m3储罐，2座2 000m3原料油储罐，2座600m3成品油储罐，2座300m3柴油储罐，储罐之间采用防火堤分割。事故造成的财产损失包括设施损毁、油品损失、管道停输损失，财产损失的后果严重程度为5级；根据站场选址情况分析事故造成的环境影响，环境污染的后果严重程度为4级；声誉影响的后果严重程度为4级。综合评估事故的后果严重程度为5级，企业可接受的频率数量级为小于10-5/a。

表2 事故后果严重程度分级表

3.3 LOPA分析

按照符合独立保护层的原则对HAZOP工作表中已有的安全措施进行逐项分析（独立保护层需要响应时的失效概率根据CCPS/AIChE的LOPA指导书和工业数据资料选取）：

（1）泄压罐设置有液位检测仪表和液位报警开关，数据通过PLC采集并在上位机进行显示和报警。基本过程控制系统的控制回路由现场检测仪表、可编程控制器、现场执行机构组成，对于该场景，泄压罐入口管道未设置与液位联动的远程控制阀门，因此不能作为独立保护层。

（2）操作人员响应需要考虑操作人员必要的响应时间、紧急情况操作熟练程度、人员身体状态等情况。针对该事故场景，水击泄漏阀失效打开，泄压罐液位迅速升高，液位开关报警后，操作人员达到现场操作时间超过10min，泄压罐冒顶风险依旧较大，因此不建议作为独立保护层。

（3）泄压罐顶部设置有紧急泄压人孔，是防止罐体超压或抽真空的一种安全应急通风装置，不能满足该事故场景泄压罐的泄放量，因此不能作为独立保护层。

（4）泄压罐周围设置有防火堤，可减轻该场景下油品泄漏后大面积的扩散，因此防火堤可作为泄压罐物理保护的独立保护层，失效频率取10-2。

3.4 LOPA分析

低要求模式后果发生频率[5]：

结合事故场景分析和输油站场泄压罐的现场管理情况，初始事件水机泄压阀失效概率取10-1，使能事件概率取1，条件修正因子取值0.25（点火概率取值1，人员暴露概率取值0.5，人员伤亡概率取值0.5）。根据公式计算得出，该场景减缓前的事故后果频率=10-1×1×0.25=2.5×10-2。

采取已有的符合条件的独立保护层措施后，该场景减缓后的事故后果频率=10-1×1×0.25×10-2=2.5×10-4，不能满足可接受的风险允许标准＜10-5。因此，可将水机泄压阀入口手动阀门改成远控阀门，增加一个PFD为1×10-2的泄压罐的液位高高自动联锁水机泄压阀入口远控阀门关断的安全仪表功能，液位开关、可编辑逻辑控制器、远控阀门需满足SIL2等级。该场景进一步减缓后的事故后果频率=10-1×1×0.25×10-2×10-2=2.5×10-6，满足企业可接受的风险允许标准＜10-5。

4 结论

采取HAZOP与LOPA有效结合的风险分析方法，可以更加全面地评估事故场景风险，直观地分析出了各种保护措施的有效性，以及独立保护层对风险场景发生频率的减轻效果。弥补了单独使用HAZOP分析的缺陷，为输油站场泄压罐的安全管理提供了更加科学合理的依据。