保护层分析方法探讨

2013年第39卷第11期工业安全与环保N ovem ber2013I ndust r i al Saf et y a nd Envi r onm e nt al Pr o t ect i on39保护层分析方法探讨朱常龙1蒋军成1袁雄军2(1．南京工业大学城市建设与安全工程学院南京210009；2．常州大学环境与安全工程学院江苏常州213164)摘要首先介绍了安全保护层类型、功能及设置，然后介绍了该方法的分析程序，指出了L O PA除了利用H A Z O P进行融合外，还可以结合FI'A、E TA分析初始事件、后果事件和工艺过程保护层，分析风险时可利用传统的风险矩阵、模糊逻辑和贝叶斯理论度量风险。

最后指出了LO PA应用过程中要注意不宜过度使用，要合理设置保护层等问题。

关键词保护层分析半定量风险分析风险矩阵模糊逻辑D i scussi on on L ayer of Pr ot ect i on A nal ysi s M et hodol ogyZ H U C h砌ong J I A N G Junche ngJ Y U A N X i ongj un2(1．School of U r b an C onst r uc t i on and Safety踟驴咖，Nanjing U ni ve r si t y of Tec hnol ogy N anj i ng210009)A b s t r act I n t his pa per，t he t ypes，f unct i ons a nd s et t ings0f saf et y protect ion蛳are f ir st ly i nt roduce d；s ec ondl y，t heanal归ns pr ocedure s of t his m et hod ar e i l l ust r at ed，poi nt i ng oU t t hat not onl y L O P A c an be com bi ned w i t h H A ZO P，b ut al soi t c al l be i nt egnl t ed i nt o FF A a nd ET A t o c onduct ana l ys es o n t he i ni t iat i ng e v e nt s，c o ns equenc es a nd pr o t ect i on hyer B，m eanw hi l e t he t r adi t i onal r i sk m atr ix，the蛔logic a nd B ayes i an t heor y咖be appl i e d w he n an al y=n s t he r i sks；f i nal l y s o r t i e probl e m s t h at shoul d be pai d at t en t i on t o i n t he app l i cat i on of L D PA m e t hodol ogy．K eyW or ds L D PA se m i—quant i t at i ve r i sk a8驼s团nem r i sk m a t r i x f uz zy l ogi cO引言L oPA(保护层分析)方法是一种简化的半定量风险分析方法…1，该方法于1993年由美国化学工程师协会(A J Q l E)的化工过程安全中心(C C PS)提出，并于2001年发布了其指南“保护层分析，简化的过程风险管理”(L ayer of Pr ot ect i on A nal ys i s，s i m pl i f i ed pr oces s r i sk m anagem ent)。

近年来该方法在国内外过程工业领域应用广泛【2-7J。

L O PA方法本质是通过对化工工艺过程重大事故场景进行风险分析，评估现有的安全保护层是否满足风险控制要求，合理分配风险缩减措施，以及考虑是否增加新的安全保护层。

L O PA方法本身不能用于危险辨识，无法寻找到事故场景，大都结合H A Z O P开展分析，一般集中对工艺过程中几个严重事故场景开展分析。

另外，L oPA方法还需与其他风险评价方法相结合以便更科学地分析风险，例如应用“bow—t i e”模型到L O PA I4|，基于专家系统的L O PA E5l，基于B ayes i an—LO PA方法论应用【6J，基于Fuzzy—l ogi c LO PA方法的应用…8等。

本文讨论如何将各种风险分析方法与L O PA有机地结合，以便更好地使用L O PA。

1安全保护层C C_PS将过程工业的安全保护层(PL)定义为“能够阻止化工过程偏离的设备、系统和行动”。

一个典型石油化工企业的安全保护层主要包括3个层次：预防层、保护层和减缓层。

如图1所示【11。

预防层确保储存危险有害物质和能量的设备处于安全状态。

包括：①固有工艺安全设计(PD)；②基本过程控制系统(B C PS)；③关键报警、操作监控和人为干预(oP)。

保护层是指避免事故发生的措施或在泄漏事故发生后能够检测到泄漏物质，收容泄漏物质，遏制泄漏事故进一步恶化。

包括：④自动动作的安全仪表或停车系统(SI S)；⑤物理减缓措施(R V)，如安全阀、爆破片、火炬系统等；⑥被动物理保护系统(PS)，如围堰、隔离系统等。

减缓层是指在事故发生后采取措施减轻事故后果的措施。

包括：⑦主动保护系统(A C)，如水喷淋冷却系统，泡沫灭火系统等；⑧厂区紧急响应(PR)；⑨周围社区紧急响应(C R)。

根据LO P A方法，上述化工过程的3个安全保护层(PL)必须是独立保护层(Ⅱ)L)，即不受其他保护层失效的影响。

此外，还需要满足有效性(按照设计的功能发挥作用)、可审查性(确认保护层构成元件设计、安装、运行、维护良好)。

I PL 对事故发生的频40率缩减和事故后果减缓作用如图2所示。

g 鸠。

『『垒1停风险：L _I 风险：U 风险：U 风险：图2独立保护层(理L )功能例如，典型石油化工企业工艺过程保护层分析设置如图3所示方框区域。

2保护层分析与其他风险分析方法的结合典型石油化工企业保护层分析与其他风险分析冷凝器破裂——无法充＼冷却循环水不够分冷却1j 温度显示装置iI}鼗粪薹捌堕蓑委I哑霉匦卿匦獬I蕊翌盟婆篡赫班鲁嚣鲁簇岩瓣!液位报警装置!——系统故障Ir ．一一竺=一一』～”畎陴胖”队悍11““、=蒜碴r---I 一薏舅篙l 露蕤蠹I 匦圉匦函圜其他外因——多米诺IL ……J 效应／pI-tA 一一一一]I I -眦O P：FrA b细关事故案例；：专家系统：L ．．．．．．—．．．．．．．JL ‘，PA重大事故场景8确定初始事件8识别相关PL l估测口Ll 的Fl '1)l 识别相关口L2贝叶斯理论模糊逻辑岭篓鎏韶募荤件：估测mk 的FPD{／：识别相关口b ：蠹》一P廿r ’，日不’导仕捉后果事件及分析／Il丐届瑁删马)‘元晋D L 、口L2、P k仃否，岭冕譬蠡蓄膏且是圆勰图4L O PA 方法程序(1)通过大量的事故案例，分析过程工业可能存．初始事件(皿)，工艺过程中需要设置的独立保护层。

在的事故场景和事故类型；通过过程危害分析这些前期研究为LoPA 提供信息支撑。

(m L)和危险及可操作性研究(ⅢZoP)分析造成事(2)根据事故统计数据、风险分析手册，并考虑故的偏差、原因、后果及措施等，其中措施包括对现到保护层等因素，确定初始事件发生的频率，为了更有保护层进行改进和增补等；通过事故树分析分析加科学地分析，可采用贝叶斯理论对此频率值(即先顶上事件发生的基本原因事件，如独立保护层失效验概率)进行修正，确定更准确的后验概率，还可以等；另外还可以通过专家提供的信息确定L O PA 的采用模糊逻辑法对频率值的不确定性进行模糊化4l处理，以便更准确地确定风险情况。

(3)应用E TA分析方法、事故后果模型等对事故场景进行分析，确定事故发生后果严重程度，并考虑到安全保护层等因素，对其进行修正，应用模糊化处理等手段，准确度量后果严重度。

(4)根据初始事件发生的频率和事故后果严重度定性或半定量分析工艺过程的风险值，定性方法主要是根据风险矩阵来判断(见图4右上)，半定量方法主要是根据风险曲线(见图4右中)或曲面(见图4右下)对风险值进行判断，判断上述风险是否在允许承受的范围之内，若风险未达到所需要的控制范围，则根据需要的保护层失效概率(PFD)增加和完善保护层以降低风险，反之则开展新的事故场景分析。

LoPA分析与H A Z O P分析的关系主要是：H A．Z O P分析得到的偏差经过筛选得到典型事故场景，是进行LO PA分析的基础；偏差产生的原因事件为L oPA分析的初始事件提供直接信息；偏差产生的后果为L O PA分析典型事故场景产生的后果提供依据；H A ZO P分析得到的已有安全措施为L oPA分析的独立保护层I PL提供依据，建议措施为需要增加和改善的保护层安全整体功能(SⅡ’)及I PL提供信息。

FTA通过对顶上事件演绎分析得到的基本原因事件可作为LoPA的初始事件(Ⅲ)，再通过ET A归纳分析事故后果为L O PA分析提供支持。

根据事故发生频率．厂和后果严重程度s可以度量风险。

最常用的是利用风险矩阵(根据厂和s两个维度确定的矩阵)定性判定风险。

另外，还可以对风险进行定量，如公式(1)所示。

，：血×Ⅱ啪i(1)进行模糊数运算为：厂=血国儿P肋f(2)式中，．厂Ⅲ为初始事件发生的频率(．危为模糊处理值)，啪f为独立保护层i的失效概率(而：为模糊处理值)，圆代表应用模糊逻辑运算，，为根据模糊法则运算出的事故发生频率模糊处理值。

同样，事故发生的后果严重程度s及风险腧s也可进行相似处理。

此外，还可以根据贝叶斯定律对初始事件发生的概率进行修正。

3结语保护层分析是一种较为快速的半定量风险分析方法，在过程工业应用广泛，但该方法不能用于危险辨识，无法寻找到事故场景，大都结合H A Z O P开展分析，一般集中对工艺过程中几个严重事故场景开展分析。

LoPA能够评估潜在事故发生的频率及保护层失效概率，评价保护层是否足够减缓过程风险，确保保护层有效性，合理分配风险缩减措施，提供科学的管理工具。

L oPA除了H A Z O P进行融合外，还可以结合Fr A、E T A分析初始事件、后果事件和工艺过程保护层，分析风险时除了传统的风险矩阵度量风险外，利用模糊逻辑准确度量风险，对初始事件发生频率还可以根据贝叶斯理论进行修正。