危险与可操作性-保护层分析方法与双重预防机制在液氨风险分析中的应用

刘克忠

（湖北大峪口化工有限责任公司，湖北 钟祥 431910）

危险与可操作性分析（HAZOP）是一种基于事故场景的工艺危险与可操作性分析的评估方法，主要应用于化工、炼油、石化及制药等行业，是一种被工业界广泛应用的工艺危险分析方法。通过借助引导词和团队协作，识别工艺系统中事故剧情，评估相应的风险，并根据需要建议更多危险控制措施。这种方法有很强的结构性和系统性，既可以应用于新建项目，也可以用于在运行的生产装置，并且不受工艺系统的类别与规模限制［1］。但HAZOP分析是一种定性的分析方法，具有一定的局限性，在工业实践中一般在定性危害分析完成后，对得到的结果中过于复杂的、危险的部分进行保护层分析（LOPA）。LOPA 分析是在定性危害分析的基础上，进一步评估保护层的有效性，并进行风险决策的系统方法，是一种半定量分析方法，用于识别是否能够满足独立保护层要求。双重预防机制是要将安全风险逐一建档入账，采取风险分级管控、隐患排查治理双重预防性工作机制。

液氨是一种较为常用的原料，被广泛应用于化工、石化及制冷等各行各业中。因为液氨属于有毒且易燃易爆的危险化学品，一定要在安全的前提下使用。笔者利用HAZOP-LOPA 分析方法及双重预防机制分析液氨风险，介绍其分析流程。

1 HAZOP-LOPA 分析方法在液氨风险分析中的应用

以合成氨回路一个单元，驰放气急冷器设备为节点，对其壳侧、管侧及进出口管线进行分析。

1.1 驰放气急冷工艺流程

驰放气急冷工艺流程见图1。

图1 驰放气急冷工艺流程

来自CH01-PO-EF-017 的驰放气进入驰放气急冷器09-E004，通过来自CH01-PO-EF-019的液氨进行冷却。冷凝下来的液氨送往CH01-PO- EF-019，不凝气体去CH01-PO-EF001和驰放气回收装置。

1.2 驰放气急冷器运作条件

壳程设计压力1.8 MPa，管程设计压力12.7 MPa，设计温度-33 ℃。

1.3 危险因素分析

运用北京思创信息系统有限公司软件对图1中虚线部分流程进行分析，以驰放气急冷器壳程压力过高和管程液位过低进行偏离举例分析，概念性参数选择压力分界进行举例分析。

（1）驰放气急冷器壳程压力过高。驰放气急冷器壳程压力过高的原因及导致的危险有以下两种情况。

情况一：驰放气急冷器管程泄漏导致12.7 MPa的驰放气进入设计压力1.8 MPa 的壳程，若遇火源，达到爆炸极限，驰放气急冷器发生物理爆炸后，会发生氨气爆炸。

情况二：驰放气急冷器壳程出口阀门故障关闭，或者壳程液氨蒸发，造成气体集聚，导致其壳程压力急剧上升，大于4倍壳程设计压力时，驰放气急冷器发生物理爆炸，液氨被释放到大气中进而导致人员灼伤、中毒。

（2）驰放气急冷器管程液位过低。可能原因：上游进入驰放气急冷器驰放气流量过低；驰放气急冷器管程液位调节阀处于手操状态，人员误操作使阀门开度过大，导致液氨流量过大；驰放气急冷器管程液位调节阀控制回路出现故障，使阀门开度过大，导致液氨流量过大。此时驰放气急冷器中驰放气进入氨分离器，出现出界区物料偏离。

（3）驰放气急冷器压力分界不当。可能原因：驰放气急冷器壳程安全阀起跳；驰放气急冷器壳程排空管压力不当；驰放气急冷器壳程驰放气区压力不当。可能导致驰放气急冷器管程及壳程所有出口管线爆管。

1.4 风险分析

风险分析是基于中国海洋石油集团有限公司（简称中海油）安全风险矩阵（见表1）中得出，风险分析中后果严重度分值是运用LOPA分析得出。

表1 安全风险矩阵

1） 情况一

此种情况的原始设计风险为非常重大的安全事故、类似事件在化工行业发生过的等级的交集（见表1 中的F 等级20）。针对此种风险现在采取的安全措施为：在驰放气急冷器壳程处设压力指示；在驰放气急冷器壳程设安全阀。采取以上两种安全措施后，此种风险降为严重的安全事故、类似的事件没有在化工行业发生过等级的交集（表1中E等级10）。建议增加下列安全措施：（1）计划停车对管程进行打压试漏；（2）驰放气急冷器壳程压力设置远传显示，并设置压力高报警，以便于人员及时发现、响应；（3）驰放气急冷器周围设置警戒区，禁止外来人员进入，防止事故时造成人员伤亡；（4）对驰放气急冷器壳程液氨进行定期采样检测，确认是否含有驰放气组分；（5）现场设置可燃气体报警仪。

2） 情况二

此种情况中，驰放气急冷器物理爆炸风险为非常重大的安全事故、在设备设施的使用寿命内可能发生多次等级的交集（见表1 中的F 等级94）；液氨被释放到大气中导致人员灼伤、中毒风险为非常重大的安全事故、在设备设施的使用寿命内可能发生1或2次等级的交集（见表1中的F等级64）。针对此种风险现在采取的安全措施为：在驰放气急冷器壳程处设压力指示；在驰放气急冷器壳程设安全阀。采取以上两种安全措施后，此种急冷器物理爆炸风险降为非常重大的安全事故、类似的事件在中国海洋石油集团有限公司曾经发生过等级的交集（表1中F等级30）；液氨被释放到大气中导致人员灼伤、中毒风险降为非常重大的安全事故、类似事件在化工行业发生过等级的交集（见表1 中的F 等级20）。建议增加下列安全措施：（1）在驰放气急冷器壳程出口气氨管线到手阀增加旁路阀门；其余措施同情况一建议增加措施中（2）至（5）项。

2 HAZOP-LOPA 分析与双重预防机制应用方法及流程

通过上述应用举例可以看出，针对一个偏离，通过HAZOP分析，找出原始风险，并对原始风险进行分级，找出现有的安全措施和建议措施。将原始风险按照分值（红、橙、黄、蓝）建立风险分级管控清单。对于重大风险进行LOPA分析。利用建立的风险分级管控清单，到现场核查所有的安全措施是否有效实施，完成隐患排查。现有安全措施和建议措施见表2和表3。

表2 现有安全措施

表3 建议措施

驰放气急冷器风险分析流程：①根据HAZOP分析方法中“偏离”2+1法则（列出节点内可能产生的偏离，选择有价值的偏离，描述清楚），对驰放气急冷器节点定偏离（偏离=引导词+参数）；②以驰放气急冷器壳程压力过高的偏离进行分析，按照8+1原则（操作失误、设计错误、仪表故障、环境影响、公用工程不足、界外区来料偏离、原料错误、可以使用偏离做原因的情况（假如原因过于复杂、又跨越节点时；偏离还需进一步分析时）），向左找原因；③根据风险矩阵（中国海洋石油集团有限公司安全风险矩阵），对找到原因定频率；④根据后果分析9+1 原则（人员、财产、物料泄漏、环境污染、生产中断、质量问题、社会影响、出界区物料偏离、偏离当后果（后果在节点外，且离当前正在分析的偏离过远时，偏离还需进一步分析时）），向右找结果；⑤按照风险矩阵图，对后果的严重性进行判定；⑥针对偏离制定安全措施、现有措施、建议措施；⑦针对原因制定建议措施，针对后果制定建议措施；⑧基于HAZOP 分析后，对原始风险进行LOPA分析。

3 结论

通过驰放气急冷器风险分析应用举例，运用HAZOP-LOPA 分析方法，结合北京思创信息系统有限公司软件，得到驰放气急冷器存在的风险等级，根据风险等级对驰放气急冷器形成风险分级管控清单。

综上所述，HAZOP-LOPA 分析方法多应用于设计阶段对生产装置提出安全保护及措施，而工厂进入生产阶段后，亦会对自有设备设施进行安全隐患排查，可对工厂内设备设施实行风险分级管控、隐患排查治理双重预防性工作机制，形成一套标准化方法，进行推广和应用，达到过程安全管理的目的。