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天然气大流量计量检定站HAZOP技术说明

时间:2018/04/06来源:未知

    要:

对石油天然气大流量计量站武汉分站的工艺流程进行了危险和可操作性分析 (HAZOP) 和保护层分析 (LOPA) 。通过分析, 找出了各流程单元的风险点, 并提出了防护措施, 为站场的自动化控制系统及紧急停车系统 (ESD) 的组态及运行提供了基础分析数据, 满足了站场安全生产的需要。

Study on HAZOP Technology of Large Flow Metering Calibration Station of Natural Gas

Gao Zhiguo

Sinopec Zhongyuan Petroleum Engineering Co.Ltd.;

Abstract:

Hazard and operability and analysis (HAZOP) and layers of protection analysis (LOPA) have been carried out on the process of national petrochemical natural gas large flow metering station of Wuhan substation.The potential risk for each process unit is defined through the analysis, meanwhile, protection measures are put forward.The basic analysis data for configuration and operation for automation control system and ESD is provided.The needs for safe production for the station are satisfied.

Keyword:

hazard and operability analysis; layers of protection analysis; risk analysis; danger deviation;

中国石化股份有限企业已建成投产的石油天然气大流量计量站武汉分站是具有原级标准的天然气实流检定站。风险分析是安全仪表系统设计阶段的首要任务, 利用危险和可操作性分析 (HAZOP) 方法对天然气检定系统进行系统风险分析, 通过保护层分析 (LOPA) 方法, 对HAZOP分析识别出的危险偏差进行风险等级与风险评价指数确定, 并在此基础上针对危险偏差进行安全合理设计。

1 计量检定站HAZOP分析

1.1 HAZOP分析流程

HAZOP分析过程包括:分析准备、实施分析、编制分析结果报告三个阶段。在分析过程中, 根据分析需要, 分析步骤可交替进行。

1) HAZOP分析准备阶段。主要任务是确定分析的目的、对象和范围, 获取必要的资料。

2) HAZOP分析实施阶段。需要将不同工艺过程划分为适当的节点, 采用引导词的方法, 尽量找出偏离设计意图的所有可能的偏差。分析过程的步骤如下:

a) 确定系统、熟悉系统, 了解系统的定义、范围、边界条件以及在其寿命和生命周期中所处的阶段, 明确系统的保护目标, 熟悉系统的设计和操作, 并收集相关的资料。

b) 建立HAZOP分析计划, 明确分析的目的、分析过程以及设计分析工作表, 建立风险矩阵, 确定可以接受的风险程度, 对系统进行适当的划分, 确定分析的节点。

c) 选择节点, 明确节点的设计意图, 运用引导词与参数相结合建立有意义的偏差, 确定偏差的原因, 偏差带来的后果以及现有的安全措施。

d) 确定现有的安全措施是否足够防止偏差所带来的后果, 确定偏差是否为危险偏差。如果不是危险偏差, 则可以按照步骤c) 对下一个引导词与参数组成的偏差进行分析, 直到该参数与所有引导词的组合分析完毕, 再进行下一个参数与引导词组合成偏差进行分析;如果是危险偏差, 则按照开始确定的风险矩阵进行风险评估, 确定危险等级, 并在此基础上制订建议的控制措施、编写分析报告。

3) HAZOP编制分析结果报告。是分析的一个重要组成部分, 通常HAZOP分析结果以表格的形式记录。

1.2 HAZOP分析工艺参数及产生偏差原因

HAZOP通过对引导词和工艺参数的组合进行分析, 可以得到无数偏差, 但HAZOP分析只关注并记录有意义的偏差。有意义的偏差是指偏差产生的原因是可能实际发生的, 其可能造成的后果会产生危险或带来操作问题。典型的引导词和参数及其生成的偏差见表1所列。

表1 典型的引导词和参数及其生成的偏差

表1 典型的引导词和参数及其生成的偏差

HAZOP分析涉及过程的各个方面, 包括工艺、设备、仪表、控制、环境等。HAZOP分析可以使人们对整个生产、制造、储存系统的危险性有个明确的认识, 针对性地进行管理、检查并消除安全隐患, 制订严格的操作规程并加强安全保护措施。

1.3 HAZOP分析风险矩阵

根据HAZOP分析列出风险矩阵, 见表2所列。

表2 风险矩阵    

表2 风险矩阵

1) E区域表示为特高风险区, H区域表示为高风险区, M区域为中等程度危险区, L区域为低危险区。

2) 表中各区域内的字母称为加权指数, 也称为风险评价指数。风险评价指数是综合危险事件的可能性和严重性确定的。***高风险指数定为E, 表示对应的偏差几乎肯定发生, 并有灾难性后果。较低风险指数定为L, 表示对应的偏差几乎不可能发生, 其后果是轻微的。中间风险指数按风险等级赋值。

3) 风险大的偏差应给予特别关注, 其对应的建议措施在落实响应时的优先级别较高, 在风险登记册中属于重点关注风险。反之, 风险小的偏差及其对应的建议措施关注度和优先级别则较低。

1.4 天然气大流量计量检定站HAZOP分析结果

根据天然气大流量计量站的项目特性, 天然气经过滤系统或加热系统后进入压力调节系统, 压力调节系统根据检定需求分为大压差压力调节系统、稳压系统。以下是以流程中的天然气压力调节系统为例进行的HAZOP分析, 见表3~表5所列。

同样, 分别对站场的天然气过滤系统、加热系统、流量检定系统、量值传递系统、流量调节系统、余气回收系统、排污和放空系统进行了HAZOP分析。

2 计量检定站LOPA分析

2.1 场景识别与筛选

采用前期进行的天然气大流量计量检定站HAZOP分析作为场景信息来源。以天然气检定系统压力为例, 对天然气检定系统的HAZOP分析结果进行筛选, 提供进行LOPA分析的场景。天然气检定系统分析场景为天然气检定系统入口压力过高造成下游检定系统仪表设备损坏, 引发天然气泄漏或爆管, 如果火气报警控制盘失效且安全放空阀失效时, 将导致大面积火灾、爆炸事故, 造成人员伤亡。

表3 天然气大流量计量检定站HAZOP分析结果 (压力)  

表3 天然气大流量计量检定站HAZOP分析结果 (压力)

表4 天然气大流量计量检定站HAZOP分析结果 (温度) 

表4 天然气大流量计量检定站HAZOP分析结果 (温度)

表5 天然气大流量计量检定站HAZOP分析结果 (流量) 

表5 天然气大流量计量检定站HAZOP分析结果 (流量)

2.2 初始事件确认

选定初始事件为基本过程控制系统 (BPCS) 压力控制回路失效导致仪表控制回路失效, 造成下游检定系统仪表设备损坏, 根据初始事件典型频率值, 其失效概率为1×10/a。

2.3 独立保护层评估

1) BPCS报警和人员响应行动。人员响应行动不作为独立保护层, 由于BPCS压力控制回路失效导致系统不能产生报警, 从而不能提醒操作人员采取行动阻止天然气压力检定系统压力继续升高。

2) 安全放空阀。发生天然气超压泄漏事件时, 打开天然气调压系统和天然气检定系统的安全放空阀, 能够阻止天然气泄漏事件。因此, 对于该场景, 安全放空阀是独立保护层 (IPL) , 安全放空阀的PFD取1×10。

2.4 场景频率计算

取点火概率为1, 人员暴露概率为0.5, 人员伤亡概率为0.5, 则后果发生频率为

 

计算公式

 

式中:fi———初始事件i的后果C的发生频率, a;fi———初始事件i的发生频率, a;PFDV1———天然气调压系统安全放空阀的失效概率;PFDV2———天然气检定系统安全放空阀的失效概率;Pig———点火概率;Pex———人员暴露概率;Pd———人员伤亡概率。

2.5 风险评估与决策

天然气调压系统的BPCS压力控制回路失效导致天然气检定系统超压, 造成检定系统仪表设备损坏, 引发天然气泄漏或爆管事件, 如果火气报警控制盘失效且紧急切断阀门失效时, 将导致火灾、爆炸事故, 造成人员的伤亡, 事故发生的频率为2.5×10/a。根据频率可能性等级D, 确定其风险等级为M:中风险, 即可选择性的采取行动。

应在天然气进站管道上设置1个独立的安全仪表功能 (SIF) 回路, 用于检测和阻止天然气过滤器超压泄漏事件。该SIF采用独立的压力传感器、逻辑控制器和独立的紧急切断阀门 (ESDV) , 其PFD不大于1×10。对于场景, SIF将释放事件的频率从2.5×10/a降低到2.5×10/a。在风险矩阵中, 对于频率为2.5×10/a的事件, 其风险等级为L:低风险, 不需要采取行动。

2.6 LOPA记录表

以天然气调压系统的BPCS压力控制回路为例, 根据分析做出场景LOPA分析记录及采取措施前后LOPA分析结果, 见表6、表7所列。

表6 天然气调压系统压力控制回路失效场景LOPA分析记录 

表6 天然气调压系统压力控制回路失效场景LOPA分析记录

表7 采取措施前后LOPA分析结果

表7 采取措施前后LOPA分析结果

从表7中可以得出:天然气调压系统的BPCS压力控制回路在未采取措施前的频率为2.5×10, 采取措施后的频率为2.5×10, 该压力控制回路可通过采取增加安全放空阀及安全仪表功能保障措施达到安全需求。

3 结束语

本文对石油天然气大流量计量站武汉分站的工艺流程进行了HAZOP分析和LOPA分析。通过分析找出了各流程单元的风险点, 并提出了防护措施, 为站场的自动化控制系统及ESD的组态及运行提供了基础分析数据, 满足了站场安全生产需要。


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