李冰毅

(中國(guó)石化華北油氣分公司，河南鄭州 450006)

針對(duì)天然氣凈化處理過程中的危險(xiǎn)有害因素，許多學(xué)者開展了相關(guān)分析研究。許述劍等[1]通過相關(guān)事件案例分析，明確高含硫天然氣凈化過程中硫冷凝器實(shí)際存在的腐蝕機(jī)理，并提出了相關(guān)措施和建議；李根生[2]通過劃分作業(yè)評(píng)價(jià)單元，運(yùn)用事故樹定量分析法(FTA)與作業(yè)條件危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)法(LEC)對(duì)甲醇泄漏時(shí)可能引發(fā)的火災(zāi)、爆炸事故進(jìn)行了定量對(duì)比評(píng)價(jià)，并提出了針對(duì)性的對(duì)策措施；周寧等[3]通過層次分析法(AHP)和模糊綜合評(píng)價(jià)法建立了完整性評(píng)價(jià)模型，為降低潛在風(fēng)險(xiǎn)提出了措施；張賀等[4]通過總結(jié)天然氣凈化廠安全監(jiān)管過程中的經(jīng)驗(yàn)，提出了基于情景構(gòu)建的安全監(jiān)管模式。

Bow-tie分析法能夠直觀地顯示“危害因素→事故→事故后果”的全過程，清楚地展現(xiàn)引起事故的各種途徑；分析人員可以有效利用屏障設(shè)置獲得預(yù)防事故發(fā)生的措施，以及如何加強(qiáng)控制措施來降低風(fēng)險(xiǎn)或杜絕事故。本論文選取某氣田甲醇污水凈化站為研究對(duì)象，采用Bow-tie分析法，開展危害識(shí)別與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，通過制定相應(yīng)的管控措施，降低甲醇、凝析油等危險(xiǎn)物質(zhì)的火災(zāi)、爆炸風(fēng)險(xiǎn)，以保證天然氣凈化安全平穩(wěn)運(yùn)行。

1 研究背景

1.1 生產(chǎn)現(xiàn)狀介紹

某氣田甲醇污水凈化站承擔(dān)該氣田集氣站的甲醇污水處理、凝析油回收等工作。主要工藝單元有甲醇污水儲(chǔ)運(yùn)、水質(zhì)預(yù)處理、甲醇再生、凝析油和甲醇儲(chǔ)運(yùn)、污水回注、污泥處理等。其工藝流程如圖1所示。

1.2 Bow-tie介紹[5]

Bow-tie，即風(fēng)險(xiǎn)管控措施與行動(dòng)模型，又稱領(lǐng)結(jié)圖。主要原理是：以領(lǐng)結(jié)圖的方式將危險(xiǎn)源、危險(xiǎn)有害因素、預(yù)防措施、頂上事件、減緩措施和事件后果關(guān)聯(lián)在一起，如圖2所示。領(lǐng)結(jié)圖左邊表示事件樹，表明了可能導(dǎo)致頂級(jí)事件發(fā)生的可能性和預(yù)防措施；領(lǐng)結(jié)圖右邊表示事故樹，表明了頂上事件失效發(fā)生事故后果的嚴(yán)重性和減緩措施。

圖1 甲醇污水凈化站工藝流程

圖2 Bow-tie分析示意

2 Bow-tie分析

以危險(xiǎn)源為核心，以甲醇污水處理工藝流程為主線，按照“危險(xiǎn)源辨識(shí)、工藝流程梳理、風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)排查、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、控制措施制定”5個(gè)步驟開展Bow-tie分析。

2.1 危險(xiǎn)源辨識(shí)

甲醇污水凈化站主要危險(xiǎn)、有害物質(zhì)有甲醇、凝析油、天然氣、含油污水、廢水、含油污泥、化學(xué)試劑等。根據(jù)GB18218-2018《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源辨識(shí)》[5]進(jìn)行重大危險(xiǎn)源辨識(shí)，得出甲醇構(gòu)成重大危險(xiǎn)源。

甲醇，無色澄清液體，有刺激性味，具有易燃、易爆、有毒的特性。根據(jù)GB50183-2004《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》，其火災(zāi)危險(xiǎn)性屬于甲B類。

2.2 工藝流程梳理及風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)排查

根據(jù)甲醇的危險(xiǎn)特性和甲醇輸送工藝流程，對(duì)甲醇輸送過程風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行排查，排查結(jié)果如表1所示。

表1 甲醇處理過程風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)排查一覽

2.3 風(fēng)險(xiǎn)分析及管控措施

根據(jù)甲醇處理過程排查出的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，參照《中國(guó)石化安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指導(dǎo)意見》(中國(guó)石化安風(fēng)[2018]38號(hào))，選取風(fēng)險(xiǎn)程序較高的精餾塔腐蝕導(dǎo)致甲醇泄漏和儲(chǔ)罐腐蝕或誤操作冒罐導(dǎo)致甲醇泄漏兩個(gè)事件，采用Bow-tie分析法開展風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，確定事件發(fā)生的概率和風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，最后提出相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)管控措施。

2.3.1精餾塔甲醇泄漏分析

按照Bow-tie分析步驟，選取甲醇為危險(xiǎn)源，精餾塔甲醇泄漏為頂上事件，甲醇爆炸為事故后果，預(yù)防屏障2道，減緩屏障4道，分析結(jié)果如圖3所示。

對(duì)6道安全屏障進(jìn)行評(píng)估，發(fā)現(xiàn)：①未按照TSG 21-2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》相關(guān)要求，定期對(duì)精餾塔進(jìn)行檢測(cè)，導(dǎo)致“安全評(píng)估”屏障失效；②消防設(shè)施未進(jìn)行防凍保溫、消防系統(tǒng)未經(jīng)檢測(cè)驗(yàn)收，導(dǎo)致“應(yīng)急處置”屏障失效。

圖3 精餾塔甲醇泄漏Bow-tie分析

通過對(duì)屏障的有效性評(píng)估，提出以下控制措施：①定期對(duì)壓力容器等重要設(shè)備進(jìn)行定期檢測(cè)、維修，保障設(shè)備的本質(zhì)安全；②開展應(yīng)急能力評(píng)估，根據(jù)應(yīng)急預(yù)案、應(yīng)急設(shè)施等方面存在的問題逐一進(jìn)行完善，保障在頂級(jí)事件突發(fā)時(shí)，應(yīng)急處置得當(dāng)。

2.3.2儲(chǔ)罐甲醇泄漏分析

按照Bow-tie分析步驟，同樣選取甲醇為危險(xiǎn)源，儲(chǔ)罐甲醇泄漏為頂上事件，甲醇爆炸為事故后果，預(yù)防屏障6道，減緩屏障9道，分析結(jié)果如圖4所示。

對(duì)15道安全屏障進(jìn)行評(píng)估，發(fā)現(xiàn)：①液位超限沒設(shè)置報(bào)警后的聯(lián)鎖處置，導(dǎo)致“聯(lián)鎖切斷”屏障失效；②消防系統(tǒng)未經(jīng)檢測(cè)，未通過消防驗(yàn)收導(dǎo)致“應(yīng)急處置”屏障失效。

圖4 儲(chǔ)罐甲醇泄漏Bow-tie分析

通過對(duì)屏障的有效性評(píng)估，提出以下控制措施：①定期檢測(cè)液位計(jì)和高液位報(bào)警系統(tǒng)，并設(shè)置聯(lián)鎖功能；②按計(jì)劃開展消防檢測(cè)，取得消防驗(yàn)收手續(xù)。

3 風(fēng)險(xiǎn)對(duì)比分析

依據(jù)中國(guó)石化安全風(fēng)險(xiǎn)矩陣[7，8](如圖5所示)，將各類風(fēng)險(xiǎn)的嚴(yán)重性分為A、B、C、D、E、F、G共7級(jí)，工作中A級(jí)最輕，G級(jí)最重；將各類風(fēng)險(xiǎn)的可能性分為1～8級(jí)，其中1級(jí)最小，8級(jí)最大；風(fēng)險(xiǎn)矩陣中每一個(gè)具體數(shù)字代表該風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)值，最小為1，最大為200。

圖5 中國(guó)石化最新版安全風(fēng)險(xiǎn)矩陣

為了降低精餾塔甲醇泄漏和儲(chǔ)罐甲醇泄漏的風(fēng)險(xiǎn)，針對(duì)失效的兩項(xiàng)屏障措施，采用保護(hù)層分析方法(LOPA，如圖6所示)。結(jié)合有效性評(píng)估結(jié)果，對(duì)落實(shí)相關(guān)控制措施后，風(fēng)險(xiǎn)的變化情況進(jìn)行分析對(duì)比。結(jié)果分別如表2和表3所示。

通過風(fēng)險(xiǎn)對(duì)比分析，可以看出：采取相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)管控措施后，精餾塔甲醇泄漏引發(fā)爆炸的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)由D5(25)降低到D3(12)，儲(chǔ)罐甲醇泄漏引發(fā)爆炸的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)由E4(22)降低到E3(15)。

圖6 保護(hù)層分析方法示意

控制措施頂級(jí)事件初始概率修正系數(shù)保護(hù)層點(diǎn)火概率事故概率事故后果風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)措施落實(shí)前精餾塔爆炸1×10-20.11×10-31～2人死亡D5,25較大風(fēng)險(xiǎn)措施落實(shí)后精餾塔爆炸1×10-21×10-20.11×10-51～2人死亡D3,12一般風(fēng)險(xiǎn)

表3 控制措施落實(shí)前后風(fēng)險(xiǎn)對(duì)照(甲醇儲(chǔ)罐爆炸)

4 結(jié)論

a)以危險(xiǎn)源為核心，以工藝流程為主線，按照“危險(xiǎn)源辨識(shí)、工藝流程梳理、風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)排查、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、控制措施制定”5個(gè)步驟開展Bow-tie分析，能夠本質(zhì)安全層面識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)，明確關(guān)鍵行動(dòng)和任務(wù)。

b)Bow-tie模型是集故障樹、事件樹和圓蔥圖理論相結(jié)合的系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)分析及量化技術(shù)，與傳統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別方法相比，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

c)Bow-Tie模型用圖形的方式清晰地表示問題，更加直觀、便于理解，能夠全面的識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)、制定措施，真正從源頭管控重大風(fēng)險(xiǎn)，消除重大隱患。