CN103955786A - 用在化工工艺装置的风险分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用在化工工艺装置的风险分析方法，主要解决现有技术中在化工工艺装置中进行风险分析耗时长、投资大等问题。本发明通过采用一种用在化工工艺装置的风险分析方法，以确定安全仪表系统作为保护措施时的安全完整性等级，在进行安全仪表系统功能安全评估时，使用风险图分析与危险源相关的风险，采用一套风险参数评估风险等级，为每个风险源分配风险等级，应用改进的修改和扩展了ROHA过程风险图，确定安全完整性等级，其特征在于所述ROHA过程风险图如图1所示的技术方案，有效的解决了该问题，可用于化工工艺装置的风险分析中。

Description

用在化工工艺装置的风险分析方法

技术领域

本发明涉及一种用在化工工艺装置的风险分析方法。

背景技术

石油化工行业属于高危行业，高危险性行业希望防范涉及有害物质的重大事故。他们还希望采取措施，限制此类事故对人员和环境的影响。对于现代化的工艺装置必须实行现代化安全管理，也就是从系统的观念出发，运用科学分析方法识别、评价、控制危险，使工艺装置达到最佳安全状态，进而保证人身安全、经济损失和环境破坏，保障装置长周期安全稳定运行。

应用系统的方法预先找出影响工艺装置正常运行的各种事件出现的条件，可能导致的后果，以及消除和控制这些事件的相关措施，以达到预防事故、实现装置安全的目的。

辨识危险、分析事故及其影响后果的过程就是危险性分析。常用的危险分析方法可分为定性、定量和半定量三种类型。定性分析是找出工艺装置中存在的危险因素，分析危险在什么情况下能发生事故及对工艺装置安全影响的大小，提出针对的安全措施控制危险。而定量分析是在定性分析的基础上，进一步研究事故或故障与其影响因素之间的数量关系，以数量大小评定系统的安全可靠性。

定性方法的优点是省时、简单、所需资源少，而缺点也非常明显，那就是太过于依赖人的经验和主观判断，一致性差，书写文档和在复杂的过程中使用困难。定量的方法具有结果更加准确，能够使用一个框架来为产生的特定后果建立文档，有利于管理，而不足之处是所需资源大，对于特定过程的可靠性数据缺乏，确定安全措施的可靠性等级相对比较耗时。

发明专利CN200910052211.9设计一种静电保护装置的可视性检验测试方法，包括：第一场效应管和第二场效应管，所述第一场效应管的栅极与其漏极、以及所述第二场效应管的源极相连接，作为所述静电保护装置的输入端；所述第二场效应管的栅极与其漏极、以及所述第一场效应管的源极相连接，作为所述静电保护装置的输出端。该方法将静电保护与可视性检验测试相结合，不仅能有效地实施静电保护,还可通过控制所述静电保护装置上的电压使其导通和截断从而实施可视性检验测试,降低了工艺复杂度。

本研究在对比分析定性和定量分析优缺点的基础上，提出了一种半定量的识别危险的风险分析方法——ROHA（Risk Oriented Hazard Analysis），有针对性的解决了该问题。

发明内容

本发明要解决的主要问题是现有技术中在化工工艺装置中进行风险分析耗时长、投资大等问题，提供一种新的用在化工工艺装置的风险分析方法，具有及时快速、实时匹配和监控、火灾处置方案提供及时、投资少的优点。

本发明采用的技术方案如下：在进行安全仪表系统功能安全评估时，使用风险图分析与危险源相关的风险，采用一套风险参数评估风险等级，为每个风险源分配风险等级，应用改进的修改和扩展了ROHA过程风险图，确定安全完整性等级，其特征在于所述ROHA过程风险图如图1。

上述技术方案中，所述风险图的修改和扩展基于IEC61508/61511；所述安全完整性等级基于IEC61508定义的低要求模式下的安全完整性等级；所述ROHA风险分析方法属于半定量方法；确定一个所述风险等级的过程是为风险源选择合适的风险参数，包括危险事件后果的严重程度、在危险区域中的频率和暴露时间、避开危险事件的概率、不期望事件的发生概率；所述根据危险源的风险等级，可靠性被分为六个等级来评估安全相关措施的可靠性；对于一个处理危险物质的系统，将危险分析结果制成了表格，列出了辨识的危险源、事故预防措施、采取措施的次序、危险源的风险等级、分配的风险参数、分配的每个预防措施的可靠性等级。

在工艺装置寿命不同阶段的危险因素辨识中，应该选择相应的危险分析方法。例如在装置的开发、设计初期，可以应用预先危险性分析方法；在系统运行阶段，可以应用危险与可操作性分析（HAZOP）、故障类型和影响分析（FMEA）等方法进行详细分析，或者应用事件树分析、事故树分析或因果分析等方法对特定的事故或系统故障进行详细分析。危险分析方法的选择应该能够满足对分析的要求。危险分析的最终目的是辨识危险源。危险源是指处理危险物质的装置，其内部物质能够释放出来的情景或状态。分析危险源应按系统的不同层次来进行，例如，从全国范围来说，对于危险行业（如石油、化工等）具体的一个企业（如炼油厂）就是一个危险源。而从一个企业系统来说，可能是某个车间、仓库就是危险源，一个车间系统可能是某台设备是危险源。对于考虑到的重大事故及公认的危险源，必须考虑辨识安全措施以预防事故的发生及减轻其后果严重程度。避免重大事故发生而必须采取的安全措施被描述为“屏障Ⅰ”，减轻其后果严重程度的措施被描述为“屏障Ⅱ”，在检查清单帮助下，保护工艺装置防止从环境和未授权的人员干预带来的危险效应的措施，被称为“屏障Ⅲ”。

在进行危险分析的实际工作中要达到一些具体目的，例如：对装置中所有危险源，查明并列出清单；掌握危险源可能导致的事故，列出潜在事故隐患清单；列出降低危险性的措施和需要深入研究部位的清单；将所有危险源按危险大小排序；为定量的危险分析提供数据。

在进行危险分析时，某些方法只能用于查明危险原因，而大多数方法都可以用于列出潜在的事故隐患或确定降低危险性的措施，但能提供定量数据的方法并不多。基于IEC61508/61511修改和扩展ROHA过程风险图，就是基于以上问题提出的。

某一特定危险事件发生的频率和后果的组合，如公式（1）：

R=f×C     （1）

式中：

R——没有安全相关措施时的风险；

f——没有安全相关措施时的危险事件的频率；

C——危险事件的后果。

在这种情况下，危险事件的频率f认为是由三种有关因素组成：

a）频率、暴露时间、危险区域；

b）避开危险事件的概率；

c）没有任何附加安全相关措施时危险事件发生的概率（但有外部风险降低设施）——这意味着不期望事件发生的概率。

确定一个风险等级RC（Xj）的过程是为风险源选择合适的风险参数，如下面公式（2）所示：

RC(Xj)=RC(Xj)[Sk,Am,Gm,Wn]k=1～4,m=1～2,n=1～3   （2）

式中：

RC(Xj)——风险等级；

Sk——危险事件后果的严重程度（S1：微小的、S2：中等的、S3：重大的、S4：灾难性的）；

Am——在危险区域中的频率和暴露时间（A1：很少至较多暴露在危险区域、A2：经常至永久暴露在危险区域）；

Gm——避开危险事件的概率（G1:在一定条件下可能、G2：几乎不可能）；

Wn——不期望事件的发生概率（W1：很低、W2：低、W3：相当的高）。

为设备中使用的技术和管理方面的安全相关措施分配了可靠性等级（DC），用来证明安全相关措施足以预防识别到的重大安全事故的发生。如果当暴露出危险源时，一个安全相关措施包含了能够保证其功能的所有必要的操作，就要评估这个安全相关措施的可靠性等级。为安全相关措施选择可靠性等级要综合考虑制造商资料、法规安全要求、工厂操作经验等方面，在使用风险图的背景下得到评估结果。通过为安全相关措施分配可靠性等级，就能对比不同类别的技术和管理措施的可靠性。

根据危险源的风险等级，可靠性被分为6个等级来评估安全相关措施的可靠性，如公式（3）、（4）所示。

DC(Yi)=-log Fi     (3)

Fi=10-Yi       (4)

式中：

DC(Yi)——措施i的可靠性；

Fi——措施i失效的可能性；

Yi——措施i的可靠性等级DC(Yi)值。

根据以上描述的风险参数的组合，结合风险图和IEC61508定义的低要求模式下的安全完整性等级（如表1所示），开发出了如图1所示的ROHA修改的风险图。

表1安全完整性等级：要求时的失效概率

对于一个处理危险物质的系统，将其危险分析结果制成了一个表格，这个表格按照一定的格式列出了辨识的危险源和根据技术和管理设计的工艺装置的相关事故预防措施。列出了采取措施的次序，如果前面预防措施失败，后一预防措施将采取行动。列出了每个危险源的风险等级（RC）和分配的风险参数、分配的每个预防措施的可靠性等级（DC）。安全相关措施的总和必须大于等于辨识到的危险源，如公式5所示。

(X_i)≤∑_iDC(Y_i)     （5）

式中：

DC（Yj）——可靠性等级；

Xj——风险等级。

ROHA分析结果文档化表格如表2所示。

表2ROHA分析结果表

本专利在对比分析定性和定量分析优缺点的基础上，提出了一种半定量的识别危险的风险分析方法——ROHA，结果更加严谨，评估过程直观，此方法很好的兼顾了准确性和工程实用性，相对于定量分析花费的时间少，同时适用于对定性风险评估来说过于复杂的场景，取得了较好的技术效果。

附图说明

图1为本发明所述方法ROHA修改的风险图——风险分析；

图2为丙烯腈反应部分工艺流程简图；

图3为丙烯腈反应器压力高联锁风险图。

下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。

具体实施方式

【实施例1】

丙烯腈装置是易燃、易爆、剧毒的大型化工装置，生产过程具有工艺流程复杂、技术要求高、危险性大等特点，一旦在管理上和操作上出现疏忽，就会造成事故的发生，随着装置运行年限的延长，生产规模扩大，工艺复杂程度提高，设备、仪表的老化等客观因素的存在，装置的安全生产就显得更加重要了。

该丙烯腈装置装置以丙烯、氨氧化法合成丙烯腈（AN），原料丙烯、氨、空气，在催化剂作用下、气固相流化床反应器中进行反应。反应器的催化剂床层高度及密度的测量，易自聚、堵塞部位的压力、差压测量采用吹气法测量（吹氮气）。将反应器两个床层的平均温度经过选择开关选择与丙烯流量构成串级调节；丙烯流量分别与氨流量、空气流量构成双闭环比值调节；温度调节器的输出用纯丙烯目标值作上、下限幅；丙烯、氨、空气流量进行温度压力补偿。

表3给出了丙烯腈反应器安全仪表系统的所有SIF回路。

表3SIF回路一览表

以丙烯腈反应器压力高联锁回路为例，如图2所示。原料丙烯TRC-1105根据反应器（R-101）进料流量前温度控制，经过PIC-1113调节控制输出管道压力，FICA-1101计量，进入丙烯-氨混合管；原料氨由TRC-1106根据R-101进料流量前温度控制，经PIC-1114调节控制输出管道压力，FICA-1102计量，进入丙烯-氨混合管；原料空气由空气压缩机加压，由PI-1122指示压力，经FRCAS-1103计量，进入R-101底部椎体、空气分散板下。丙烯、氨、空气以规定摩尔比在催化剂作用下，发生氧化反应，生成主要产物丙烯腈。

图3表示了基于表4中数据实现的ROHA风险图示例。使用风险参数Sk、Am、Gm和Wn导出的8个输出之一，每一个输出映射为三个尺度（W1、W2、W3）之一，这些尺度上的每个点都是安全相关措施需满足的必要的风险降低的指示。

辨识到的风险参数为S3、A2、W1如图3所示，得到风险等级为RC4。

【实施例2】

按照实施例1所述的条件，辨识出化工装置中使用的技术和管理方面的安全相关措施，并为其分配可靠性等级，用来证明安全相关措施足以预防识别到的安全事故的发生。为安全相关措施选择可靠性等级要综合考虑制造商资料、法规安全要求、工厂操作经验等方面，在使用风险图的背景下得到评估结果。

举例来说，根据欧盟承压设备指令PED（Pressure Equipment Directive），在装有危险物质的压力容器上安装的组件为为Ⅳ类，其设置的可靠性等级为DC6。为阀门分配可靠性等级的例子见表6。

用这种方法定义可靠性对应的离散分布等级度，正如IEC61508定义的安全完整性等级（SIL）的离散等级。确保充分考虑了可靠性的类别，评估遇到的每个危险源的安全相关措施的可靠性等级，作为评估各项措施其可靠性类别的汇总。为技术和管理措施分配风险等级，受国家安全技术的限制，见表7所示。

表4ROHA风险图中有关数据示例

表5严重性等级分类

表6阀门的可靠性等级，安全目标：阀杆密封（摘录）

表7评估措施的可靠性等级时的上限

在丙烯腈反应器压力高联锁回路中，保护措施包括“反应器压力高报警、安全阀”的可靠性等级分别为DC1、DC1，为了预防事故的发生，“反应器压力高联锁”的可靠性等级应该为DC2，对应的安全完整性等级为SIL2。评估结果如表8所示。

表8“丙烯腈反应器压力高联锁”分析结果

根据“丙烯腈反应器压力高”的分析步骤和方法，应用半定量风险分析方法——ROHA进行丙烯腈反应器的危险分析，分析结果如表9所示。

表9分析结果

Claims (7)

1.一种用在化工工艺装置的风险分析方法，在进行安全仪表系统功能安全评估时，使用风险图分析与危险源相关的风险，采用一套风险参数评估风险等级，为每个风险源分配风险等级，应用改进的修改和扩展了ROHA过程风险图，确定安全完整性等级；其特征在于所述ROHA过程风险图如图1所示。

2.根据权利要求1所述用在化工工艺装置的风险分析方法，其特征在于所述风险图的修改和扩展基于IEC61508/61511。

3.根据权利要求1所述用在化工工艺装置的风险分析方法，其特征在于所述安全完整性等级基于IEC61508定义的低要求模式下的安全完整性等级。

4.根据权利要求1所述用在化工工艺装置的风险分析方法，其特征在于所述ROHA风险分析方法属于半定量方法。

5.根据权利要求1所述用在化工工艺装置的风险分析方法，其特征在于确定一个所述风险等级的过程是为风险源选择合适的风险参数，包括危险事件后果的严重程度、在危险区域中的频率和暴露时间、避开危险事件的概率、不期望事件的发生概率。

6.根据权利要求1所应述用在化工工艺装置的风险分析方法，其特征在于所述根据危险源的风险等级，可靠性被分为六个等级来评估安全相关措施的可靠性。

7.根据权利要求1所应述用在化工工艺装置的风险分析方法，其特征在于对于一个处理危险物质的系统，将危险分析结果制成了表格，列出了辨识的危险源、事故预防措施、采取措施的次序、危险源的风险等级、分配的风险参数、分配的每个预防措施的可靠性等级。