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HAZOP和LOPA分析 | SIL定级

开普工程技术有限公司承接HAZOP分析、LOPA分析、SIL定级等工作,公司拥有多个行业的设计、咨询资质,设计团队从事化工行业多年,经验丰富,分析人员具备深厚的风险管理功底且取得HAZOP分析主席证书。

HAZOP分析

危险与可操作性(HAZOP:Hazard Operability取前字母组成)研究是以系统工程为基础的一种可用于定性分析或定量评价的危险性评价方法,用于探明生产装置和工艺过程中的危险及其原因,寻求必要对策。通过分析生产运行过程中工艺状态参数的变动,操作控制中可能出现的偏差,以及这些变动与偏差对系统的影响及可能导致的后果,找出出现变动与偏差的原因,明确装置或系统内及生产过程中存在的主要危险、危害因素,并针对变动与偏差的后果提出应采取的措施。

危险和可操作性研究方法可按分析的准备、完成分析和编制分析结果报告三个步骤来完成。由各种专业人员按照规定的方法对偏离设计的工艺条件进行过程危险和可操作性研究。

HAZOP是全面考察对象分析,对每一个细节提出问题,如在工艺过程的生产运行中,要了解工艺参数与设计要求不一致的地方(即发生偏差),继而进一步分析偏差出现的原因及其产生的结果,并提出相应的对策。具体为: HAZOP方法基本原理就是从“偏离”(如压力过高、压力过低、液位无、液位过高等)出发,反向产生查找偏离的“原因”,正向查找偏离导致的不利“后果”识别“原因-偏离-后果”整个危险传播路径上已有的“安全措施”,如果已有安全措施不够,则提出“建议措施”,将风险降低到可接受的范围。

LOPA分析

保护层分析(LOPA)是半定量的工艺危害分析方法之一。用于确定发现的危险场景的危险程度,定量计算危害发生的概率,已有保护层的保护能力及失效概率,如果发现保护措施不足,可以推算出需要的保护措施的等级。

LOPA是由事件树分析发展而来的一种风险分析技术,作为辨识和评估风险的半定量工具,是沟通定性分析和定量分析的重要桥梁与纽带。LOPA耗费的时间比定量分析少,能够集中研究后果严重或高频率事件,善于识别、揭示事故场景的始发事件及深层次原因,集中了定性和定量分析的优点,易于理解,便于操作,客观性强,用于较复杂事故场景效果甚佳。所以在工业实践中一般在定性的危害分析如HAZOP,检查表等完成之后,对得到的结果中过于复杂的、过于危险的以及提出了SIS要求的部分进行LOPA,如果结果仍不足以支持最终的决策,则会进一步考虑如QRA等定量分析方法。

LOPA先分析未采取独立保护层之前的风险水平,通过参照一定的风险容许准则,再评估各种独立保护层将风险降低的程度,其基本特点是基于事故场景进行风险研究。

保护层是一类安全保护措施,它是能有效阻止始发事件演变为事故的设备、系统或者动作。兼具独立性、有效性和可审计性的保护层称为独立保护层(Independent Protection Layer,IPL),它既独立于始发事件,也独立于其他独立保护层。正确识别和选取独立保护层是完成LOPA分析的重点内容之一。典型化工装置的独立保护层呈“洋葱”形分布,从内到外一般设计为:过程设计、基本过程控制系统、警报与人员干预、安全仪表系统、物理防护、释放后物理防护、工厂紧急响应以及社区应急响应等。

在开展化工过程工艺危害分析时,保护层是否足够,能否有效防止事故的发生是分析人员最为关注的一个问题。保护层分析(Layer of protection analysis,简称LOPA)是在定性危害分析(如HAZOP)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。

其主要目的是确定是否有足够的保护层使过程风险满足企业的风险可接受标准。LOPA是一种半定量的风险评估技术,通常使用初始事件频率、后果严重程度和独立保护层(IPL)失效频率的数量级大小来近似表征场景的风险。

SIL定级

安全完整性等级(SIL,Safety Integrity Levels)是对安全仪表系统各个安全仪表功能(SIF,Safety Instrumented Function)的能力的衡量。在实际的生产过程中,过程风险越高,对安全系统安全性能的要求越高。

SIL定级需要依据以下步骤顺序执行:①设置安全目标(风险矩阵及风险可接受标准);②填写SIF回路属性(触发机构,执行机构,后果等);③分析初始事件,匹配初始风险;④独立保护层分析匹配;⑤确认是否需要配置SIF回路;⑥为配置的SIF回路指定其所需的SIL等级。

在进行SIL定级时,每种事件的失效都有对应的失效模式,因此概率是可以统计的,事件的概率可以参考:GB/AQ、CCPS、EXIDA、OREDA等权威数据库。识别SIF回路时要全面,SIF回路数量的确定通常与场景相关;除考虑正常的联锁设置外,还需结合HAZOP分析,将其中一些高风险的事故剧情、复杂的事故剧情、后果严重的事故剧情拎出来进行分析,因此HAZOP报告的质量为影响SIL定级的关键因素。

SIL定级过程还要注意以下几点:例如,风险可接受标准的制定需要结合企业的现状;SIL定级中初始事件及修正因子影响结果的准确度;SIL定级中“IPL”三个特性(功能性、完整性、可靠性)的细节把握;在役装置中现场调研及MOC变更梳理。

此外,在SIL定级报告中,当SIF回路定级结果为a时,该回路无SIL等级,RRF为1-10之间;a的定义为:保留该SIF回路的功能,对其SIL等级不做要求。SIF回路满足其SIL等级,要求SIF回路(包含触发机构、逻辑处理器、最终元件)的PFD值和HFT(硬件故障裕度)同时满足其要求。

三种分析方法之间的关系:LOPA分析是HAZOP分析的继续,可以解决HAZOP分析中残余风险不能定量化的不足,是对HAZOP分析结果的丰富和补充;SIL分析则在LOPA分析的基础上,进一步对需要增加的安全仪表系统(SIS)进行设计,并对LOPA分析结果进行验证,即HAZOP、LOPA分析是SIL分析的前期准备工作。

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