袁照華

（中海油安全技術(shù)服務(wù)有限公司，天津 300450）

0 引言

從使用壽命來看，氟碳樹脂具有高耐候性是一種經(jīng)濟(jì)型環(huán)保的涂料。在橋梁、海上平臺、軌道交通、風(fēng)電和光伏背板等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景[1]。但是氟碳樹脂的制程反應(yīng)過程往往很劇烈，溫度控制稍有不慎，反應(yīng)釜的壓力就會瞬間升高，極易發(fā)生超壓，損壞設(shè)備，甚至?xí)?dǎo)致火災(zāi)、人員傷亡等。LOPA 是一種對具體事故場景風(fēng)險進(jìn)行半定量評估的方法，可為企業(yè)解決氟碳裝置多安全為足夠安全，需要多少保護(hù)層，每一個保護(hù)層降低了多少風(fēng)險等問題，從而判定該場景發(fā)生時，系統(tǒng)所處的風(fēng)險水平是否達(dá)到可容許風(fēng)險標(biāo)準(zhǔn)要求。

1 LOPA分析方法

LOPA 分析作為一種簡化半定量的風(fēng)險評價方法可以減少定性評價方法的主觀性，且相較于單純的定量評價方法更容易實行，在風(fēng)險評估中被越來越廣泛地應(yīng)用。

LOPA 分析主要是對具體場景的風(fēng)險進(jìn)行相對量化的研究，包括通過對場景的準(zhǔn)確表述及識別已有的獨立保護(hù)層，從而判定該場景發(fā)生時系統(tǒng)所處的風(fēng)險水平是否達(dá)到可容許風(fēng)險標(biāo)準(zhǔn)的要求，并可根據(jù)需要增加適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)層，以將風(fēng)險降低至可接受風(fēng)險標(biāo)準(zhǔn)所要求的水平，避免過度設(shè)計或者設(shè)計欠缺，進(jìn)而提供科學(xué)的評估確認(rèn)要求。

2 LOPA分析過程

LOPA 通常使用后果嚴(yán)重程度篩選事故場景、使用初始事件頻率、后果嚴(yán)重程度和獨立保護(hù)層（IPL）失效概率的數(shù)量級大小來近似表征場景的風(fēng)險。LOPA基本程序（如圖1 所示）可以概況為以下6 個步驟：

圖1 LOPA 基本程序

1）確定場景篩選。最常見的篩選方法是以場景后果作為依據(jù)。

2）選擇一個事故場景。LOPA 一次只應(yīng)用于一個場景。每個場景必須包括單獨的初始事件-損失事件對（原因-后果對）。

3）確認(rèn)場景初始事件及其發(fā)生頻率。

4）識別獨立保護(hù)層并且預(yù)估每個獨立保護(hù)層的PFD（Probability of Failure of Demand， 需 求 失效概率）。

5）計算場景發(fā)生頻率。

6）通過保護(hù)層分析進(jìn)行風(fēng)險決策。

2.1 工藝流程簡述

油性氟碳樹脂制程（如圖2 所示）為液體一次進(jìn)料，氣態(tài)單體分段進(jìn)行，視反應(yīng)釜內(nèi)溫度的變化，適時下層冷凍或全程冷凍水冷卻，確保反應(yīng)溫度在65 ℃～66 ℃之間。若反應(yīng)溫度超過73 ℃，反應(yīng)壓力超過125 PSI（約0.862 MPa），須打開排放閥SV-06，釋放釜內(nèi)壓力停止反應(yīng)。當(dāng)反應(yīng)釜溫度控制不下來，依實驗室經(jīng)驗，反應(yīng)壓力會在短時間2 ～3 min 內(nèi)急速上升，最壞狀況為反應(yīng)釜所有排放閥與安全裝置皆無法動作時，造成設(shè)備損壞，以及反應(yīng)物質(zhì)、原料等泄漏。

圖2 油性氟碳樹脂簡化制程

安全防護(hù)措施包括：槽體與管路耐壓設(shè)計；PI-01 高壓指示警報；安全閥PSV-01 開啟設(shè)定；SV-06 與反應(yīng)釜內(nèi)溫TI-01 及壓力PI-01 的聯(lián)鎖開啟；爆破片RD-01 等。

2.2 場景篩選

根據(jù)事故后果，本研究篩選出的場景如表1 所示。

表1 安全自動化場景

3 問題討論

3.1 可容許風(fēng)險

根據(jù) GBT 32857—2016《保護(hù)層分析(LOPA)應(yīng)用指南》中風(fēng)險矩陣（如表2 所示），該場景后果屬于等級5 級，可接受風(fēng)險頻率10-4～10-6。

3.2 初始事件

對于初始事件，一般需要從外部事件、設(shè)備故障和人的失效三方面分析。本研究根據(jù)場景篩選的情況，查詢了典型初始事件及頻率[2]，如表3 所示。

表3 初始事件典型頻率值fI

1）場景1 使能條件：冷卻失效（初始事件）可能會導(dǎo)致間歇放熱反應(yīng)失控和超壓，但這種現(xiàn)象只發(fā)生在部分反應(yīng)階段（觸發(fā)條件），如果在間歇操作的其他步驟發(fā)生冷卻系統(tǒng)故障，則不會導(dǎo)致反應(yīng)超溫。對于間歇反應(yīng)器LOPA 同時滿足以下兩個條件下的可能性為0.5[2-3]：一是在使用；二是初始事件發(fā)生，而導(dǎo)致了超溫超壓的后果。

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2）場景2 使能條件：每當(dāng)操作人員執(zhí)行特定操作活動時他們就面臨相應(yīng)的風(fēng)險，操作人員每次操作時都會有可能存在操作失誤的風(fēng)險。修正后的后果頻率等于每年投料批次乘以操作人失誤概率[4]。每年投料批次：2/ 周×52 周/ 年=104/a（每周生產(chǎn)不超過2 批次產(chǎn)品，一年共52 周）。假定在該過程中出現(xiàn)錯誤的可能性為10-2，則未減緩后果頻率104×10-2=1.04/a。

3.3 獨立保護(hù)層IPL 評估

1）BPCS 報警和人員響應(yīng)行動

針對場景1，冷卻水失效時，BPCS 將會產(chǎn)生高壓報警，人員打開閥門泄壓停止反應(yīng)。BPCS 高溫報警和人員響應(yīng)可作為獨立保護(hù)層應(yīng)獨立于IE，并有足夠的響應(yīng)時間。但是對于本例冷卻水失效，反應(yīng)失控較快，人員響應(yīng)的時間不足10 min[2]。因此，在本案例中人員響應(yīng)不作為獨立保護(hù)層。

針對場景2，在本項目中人員響應(yīng)不作為獨立保護(hù)層。因為初始事件由人員的操作引起，人員響應(yīng)不能獨立于初始事件。

2）安全閥/爆破片

反應(yīng)釜上安全閥、爆破片入口獨立設(shè)置，當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)定值時自動起跳放空，具有獨立性、有效性等，可以作為IPL。安全閥PSV 的PFD 為1×10-2，爆破片PFD 為1×10-2[2]。但是，物質(zhì)直接排放到大氣中，分析人員考慮安全閥的釋放是否應(yīng)該進(jìn)入廢水罐，以降低釋放后的風(fēng)險。

3）安全儀表功能

按照GB/T 50770—2013《石油化工安全儀表設(shè)計規(guī)范》安全完整性等級一般規(guī)定，安全完整性等級為SIL1-SIL4 共4 級。但通常石油化工工廠和裝置的安全儀表系統(tǒng)工作于低要求操作模式[5]，其安全完整性等級最高位SIL3 級。各等級分別對應(yīng)不同大小的失效概率（PDF）及風(fēng)險降低目標(biāo)（RRF），如表4。

表4 安全完整性等級

在反應(yīng)器上安裝安全儀表系統(tǒng)，為溫度變送器、壓力變送器同時高高警報時聯(lián)鎖開啟閥門，進(jìn)行泄壓。符合SIF1，PDF 為1×10-2。

4）釋放后保護(hù)措施

緩沖罐不能作為IPL。緩沖罐在安全設(shè)施（安全閥/爆破片、人員響應(yīng)行動后）等開啟后才能取到作用；若以上失效，物料將通過與反應(yīng)釜連接薄弱處破裂泄漏，緩沖罐將起不到反應(yīng)釜釋放后保護(hù)作用。

3.4 場景頻率計算

具體的數(shù)值見表5 所示。

表5 LOPA分析

3.5 風(fēng)險評估與決策

針對場景1，冷卻水失效，導(dǎo)致反應(yīng)失控，反應(yīng)器潛在的超壓、泄漏、斷裂，人員受傷和死亡，風(fēng)險承受后果頻率為10-4～10-6/a。通過保護(hù)層等減緩后的后果頻率5×10-8，風(fēng)險滿足可容許頻率，不需采取行動。

針對場景2，操作員失效，導(dǎo)致反應(yīng)失控，反應(yīng)器潛在的超壓、泄漏、斷裂，人員受傷和死亡，風(fēng)險承受后果頻率為10-4～10-6/a。通過保護(hù)層等減緩后的后果頻率1.04×10-6，風(fēng)險滿足可容許頻率，不需采取行動。但是，物質(zhì)從緩沖罐直接排放到大氣中，分析人員考慮物質(zhì)直接排放對環(huán)境造成污染，在特定條件下還可能引起火災(zāi)爆炸，建議將排放口接入廢水罐，以降低釋放后的風(fēng)險。

4 結(jié)語

氟碳樹脂制程中極易發(fā)生超壓，導(dǎo)致泄漏、爆炸等后果。本研究通過LOPA 分析，確定有足夠的保護(hù)層以使風(fēng)險滿足風(fēng)險容忍標(biāo)準(zhǔn)，SIL 定級滿足要求，提高風(fēng)險評估的科學(xué)性、全面性和可用性。此外，企業(yè)也要做好在后期的操作、維護(hù)、變更過程管理，確保保護(hù)層的完整性，使其能夠有效地使用于過程生命周期。