化工装置本质安全评估

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化工装置本质安全评估
化工企业的原料及产品多数为易燃易爆、有毒有害物质,工艺操作条件多数为连续生产、高温高压,加上设备密集程度高,过程安全风险突出。

随着国家对于化工企业安全监管力度加大,如何科学评估验证在役生产装置安全完整性,有效管控生产安全风险,显得尤为重要。

本文结合典型化工装置进行个例剖析,以供参考。

1 化工装置风险类别和降低思路
1.1 风险类别
化工企业安全风险主要包括直接作业环节风险及过程安全风险。

直接作业环节风险可能导致机械伤害、高处坠落、触电等事故,其影响范围一般局限个别作业人员;而过程安全风险容易导致火灾、爆炸、中毒窒息等事故,可能造成群死群伤事故,影响范围及程度较大,理应成为企业安全监管重点。

1.2 风险降低思路
就危险事件的周期而言,化工企业的过程安全初始风险较大,需要通过各类防护措施将实际风险降低到可接受范围。

可接受风险是企业根据最低合理可行性(ALARP)原则制定的管控策略,实际风险必须满足企业的可接受风险标准,否则需要通过设计、操作等手段削减风险,或者通过购买保险的方式进行风险转移,从而降低实际风险。

化工企业常见的过程安全事故主要包括火灾、爆炸、中毒窒息等事故,通常从事故可能性、后果严重性等方面采取措施,降低事故风险。

根据保护层分析(LOPA)的方法,如图1所示,可从本质安全入手,分析事故防控措施的独立性及有效性,防止事故发生或减小事故后果。

保护层分析的核心因素在于本质安全设计,但出于认知水平、成本等限制很难完全实现,因而需要外层级的多重保护。

其中,安全仪表系统(SIS)作为保护层的第4层级,既是降低化工装置事故风险的重要手段和渠道,也可通过石化工业监控预警与安全应急系统进行风险的综合管控。

图1 LOPA分析策略
1.3 开展安全完整性等级评估的必要性
根据国家对于安全仪表系统(SIS)功能的管理要求,例如原国家安全监督管理总局2014年发布的《关于加强化工安全仪表系统管理的指导意见》(安监总管三〔2014〕116 号),中国石化等企业也相继出台管理制度,加强安全仪表系统(SIS)的设计管理,相关内容也适用于开展在役化工装置的安全完整性等级(SIL)评估。

2 典型化工装置SIL评估
2.1 SIL评估方法简介
针对在役化工装置,可先基于HAZOP分析识别出装置存在的各类风险,再对照风险矩阵确定可接受的风险概率,对于高风险以上等级的事件进行LOPA分析,确定是否需要设置SIS,以及安全仪表功能(SIF)的SIL等级。

SIL等级评估主要内容包括:安全仪表功能辨识、SIL 定级、SIL 验证、结构约束评估、检验测试周期、建议措施。

如果SIL等级不满足需求,可从危险与风险分析、SIL 验证、操作维护、规范要求等方面提出针对性的对策措施。

2.2 典型装置SIL评估示例
某企业石脑油吸附分离联合装置为2012年投用的在役化工装置,包括预加氢处理装置及石脑油吸附分离装置。

预加氢处理装置处理能力为130万t/a,主要包括加氢反应系统、压缩机系统、汽提塔系统等;石脑油吸附分离装置处理能力为120万t/a,主要包括脱轻脱重系统、吸附分离系统、抽出液/抽余液精馏系统、余热回收系统等。

本文采用中国石化安全风险矩阵和其推荐的TMEL (目标风险降低频率)值进行风险分析,并使用LOPA对该装置涉及的SIF判定其SIL等级,对于未达到企业风险可接受标准的事故场景增设SIF并判定其SIL等级,合理评价装置SIS系统所需的完整性等级。

对需要进行验证的SIF 回路使用软件进行验证计算,针对不能满足SIL目标等级要求的SIF回路提出改进建议。

结合装置联锁台账,对装置已有的28个SIF回路进行分析,确定回路的安全完整性等级,其中无SIL等级要求的SIF共计11条,处在SIL1级别的SIF共计16条,处在SIL2级别的SIF共计1条,详见表1。

表1 石脑油吸附分离联合装置已有SIF回路SIL定级
结果统计表
注:SILA——无SIL等级要求,保留功能即可(无需进行SIL验证)。

现以燃料气压力PT-66045低低联锁停预加氢进料加热炉BA6602(关闭BA6602燃料气切断阀UV66014、UV66016(1oo2))回路为例进行分析,SIF描述如表2所示。

表2 需SIL定级的SIF回路
对燃料气压力PT-66045低低联锁停预加氢进料加热炉BA6602回路进行SIL定级分析,具体分析情况如表3所示。

在分析过程中,后果等级主要基于事故场景导致的健康和安全影响、财产损失、非财务性影响和社会影响等因素,根据事故后果等级参考中石化风险矩阵确定事故可容忍概率。

对使能事件
及独立保护层进行分析,确定未削减事件频率及削减后事件频率从而确定风险降低因子,并得出SIL等级要求为SIL1。

基于分析,得出LOPA建议。

表3 SIF1回路分析表。