綜合應用HAZOP、LOPA、F&EI三種風險分析方法葉闖摘要：在進行工藝過程風險分析時，選用合理有效的平安評價方法是至關重要的。道化學火災、爆炸指數法(F＆EI)、危急與可操作性分析(HAZOP)和愛護層分析法(LOPA)作為重要的平安評價方法，在化工平安評價中得到了廣泛應用。針對HAZOP分析主觀性強、耗費時間長等缺點，提出了將F&EI、LOPA與HAZOP相結合的平安評價方法。F&EI的結果可以為HAZOP分析供應必要的數據支持，推斷評價單元的本質平安性，對后果嚴峻程度處于可接受范圍內的單元可以少進行或不進行HAZOP分析；對后果嚴峻度較高的事故場景進行半定量的LOPA分析，提高評價過程的客觀性。從風險矩陣的角度，探討了利用F&EI推斷后果嚴峻程度的兩種方式。同時從HAZOP、LOPA的信息共享上，探討了較困難事故場景下，可以借助LOPA完善未完成的HAZOP分析，并豐富HAZOP案例庫。最終以1984年印度博帕爾事故為例，說明通過3種平安評價方法的數據與信息共享，風險評價過程更加便利、高效，評價結果更加全面、細致。關鍵詞：危急與可操作性分析（HAZOP）；道化學火災、爆炸指數法(F&EI)；愛護層分析法(LOPA)；數據傳輸；信息共享正文1、引言對化工工藝系統實施工藝危害分析(processhazardanalysis，PHA)，可以系統地辨識、評估工藝裝置或設施的潛在危急性，并提出降低危急性的建議措施，它對保障企業的平安生產具有重要意義。PHA方法較多，不同的方法具有不同的特點和適用范圍。危急與可操作性分析(hazardandoperabilityanalysis，HAZOP)是系統化地發覺工藝平安隱患及可操作性問題的方法，通過逐一審查工藝過程并分析裝置的危急性，保證了分析的全面性，同時易于操作。道化學火災、爆炸指數法(dow’sfireandexplosionindex,F&EI)是常用的危急指數評價方法，它依據工藝單元的操作環境、物質的潛在能量和平安愛護措施狀況進行綜合評價，是一種表征過程本質平安特性的指數。愛護層分析法(1ayerofprotectionanalysis．LOPA)是一種半定量的分析方法，它依據獨立愛護層在事故發展過程中的失效概率，分析過程能否達到要求的風險等級。各種PHA方法中，HAZOP在化工和石化領域應用最為廣泛，但HAZOP分析也存在著主觀性強、耗費時間長等缺點。將F&EI、LOPA與HAZOP結合，具有兩方面的優點，一方面通過F&EI評價可以為HAZOP分析供應必要的數據支持，推斷評價單元的本質平安性，對后果嚴峻程度處于可接受范圍內的單元可以少進行或不進行HAZOP分析；另一方面，針對HAZOP主觀性較強的不足，可以對后果嚴峻度較高的事故場景進行半定量的LOPA分析，提高評價過程的客觀性。因此，本文提出對工藝過程進行平安評價時，可以HAZOP為基礎，利用F&EI加強對過程中危急最集中區域的風險分析，利用LOPA進行基于事故場景的愛護措施的有效性分析，并通過3種平安評價過程中數據與信息的共享，風險評價過程更加便利、高效，評價結果更加全面、細致。2、F&EI、LOPA與HAZOP結合提高分析結果的精確性傳統的HAZOP分析依據具體的過程流程圖(processflowdiagram，PFDs)以及工藝管道儀表流程圖(piping&instrumentdiagram，P&IDs)，將工藝過程分割為多個工藝單元，選擇所包含的探討節點，分析每個節點所包含的參數出現偏差緣由，以及偏差導致的后果并提出應實行的平安措施。該分析方法全面，能夠有效地辨識風險，但是HAZOP分析主觀性較強。在HAZOP分析的過程中，假如能結合F&EI評價和LOPA分析，將會大大提高分析過程的精確性。在F&EI評價中，F&EI值能較好體現本質平安設計的基本準則和要求。假如F&EI值大于128，一般認為工藝單元發生火災、爆炸事故的嚴峻度較大，劇烈舉薦進行具體的HAZOP分析；否則，建議對單元少進行或者不進行HAZOP分析。當HAZOP分析中發覺某個偏差下事故場景比較困難，分析人員難以進行精確評價時，需進一步實行半定量的LOPA分析，其結果可以返回給未完成的HAZOP分析。整合后的HAZOP分析如圖l所示，它將3種評價方法有機地結合起來，充分利用各自特點，可以有效地提高評價結果的精確性，也有利于分析數據的共享。圖1整合后的HAZOP分析3、F&EI、LOPA與HAZOP的數據共享3.1、利用F&EI分析推斷事故的后果嚴峻度風險是對事故造成的人員傷亡、環境損害和經濟損失等的描述，表達了事故發生可能性和后果的嚴峻程度，是事故發生頻率和后果嚴峻度的函數，是對事故的量化描述。圖2風險矩陣編制風險矩陣、確定風險等級是進行風險評價的必要步驟。在HAZOP和LOPA中，均運用風險矩陣評估風險大小。一般同一公司進行平安評價時，均運用相同的風險矩陣。圖2是典型的風險矩陣，事故后果依據其嚴峻程度分成5類，事故發生頻率依據每年發生的次數(表1)分成7個級別。依據某一事故場景的后果分類和頻率等級，可以得到相應的風險級別，針對每一風險級別有對應的建議措施（表2）。在實際的評價過程中，可以采納定量、半定量或定性的方法評定后果嚴峻程度，在HAZOP分析中一般依靠定性方法推斷后果嚴峻程度。當利用F&EI對某一單元進行了分析，利用分析結果可以生成具有半定量信息的后果嚴峻度。表1、頻率等級等級每年發生次數110^-6~10^-7（或更低）210^-5~10^-6310^-4~10^-5410^-3~10^-4510^-2~10^-3610^-1~10^-271.0~10^-1（或更高）表2、風險等級及對應措施風險等級對應措施1~5無需實行平安措施6~8在條件允許時應實行平安措施9~11通知公司管理層，在F次機會來臨時實行平安措施12~13馬上實行平安措施依據泄露物質的特征和泄漏量可以半定量地推斷事故后果的嚴峻性。美國化工過程平安中心據此編制了后果評價矩陣。該矩陣評估的物質泄漏量和泄露特征可由F&EI供應參考數據：表征泄露物質的特征時，可參考美國消防協會對物質的毒性指數NH和易燃性NF表分類方法，而物質泄漏量可由F&EI的“特別工藝易燃物質和不穩定物質的數量”供應。此外，還可以借助已進行F&EI評價，干脆利用F&EI值劃分的危急等級，將危急等級與事故的后果等級一一對應。這一方法看似簡潔，但它使人們對火災、爆炸的嚴峻程度有一個相對直觀的相識，F&EI值反映了工藝單元的本質平安信息，因此用F&EI值干脆進行后果分類是可行的。利用F&EI獲得事故后果分類，風險矩陣的數據來源更加客觀，有利于提高依靠風險矩陣進行平安評價的精確性。表3、F&EI值對應的危急等級及后果分類FE&I值危急等級后果分類1~60最輕1類61~96較輕2類97~127中等3類128~158很大4類>159特別大5類3．2、HAZOP和LOPA的信息共享HAZOP分析具有簡潔、便利的特點，但是對于較困難的事故場景，HAZOP分析可以識別事故場景的始發事務，但是卻簡潔忽視條件事務、后果修飾和某些平安愛護措施，從而影響風險評估的客觀性和精確性。LOPA是半定量的風險評價方法，它用始發事務頻率等級、后果嚴峻程度以及獨立愛護層的失效概率來評定事故場景的風險大小，目的在于確定是否存在足夠的獨立愛護層。許多學者提出LOPA可以從HAZOP中獲得相關信息。美國化工過程平安中心、DowellAMIII、BinghamK等考慮了在較困難事故場景下，LOPA對HAZOP的事故場景等有用信息加以整合利用，完成風險評價。事實上，信息不僅可以由HAZOP傳遞至LOPA，LOPA的評價結果也可以豐富HAZOP案例庫。由于LOPA在評價過程中包含大量信息，在向HAZOP逆向傳輸數據的過程中，須要留意信息的有效整合。LOPA的“始發事務”和“條件事務”構成了HAZOP的“緣由”，而“獨立愛護層”和“非獨立愛護層的愛護措施”則一起構成了HAZOP的“平安措施”。4、3種方法的數據傳輸與信息共享案例在1984年發生的印度博帕爾甲基異氰酸酯(MIC)泄露事故，是人類迄今為止災難最嚴峻的化工事故之一，超過2000名平民在事故中喪生。事故工廠生產殺蟲劑的中間產品MIC，該物質具有揮發性、有毒且易燃，室溫下為無色液體，常壓下沸點39.1℃，閃點低于-15℃，能與水發生放熱反應。事發當天，在沒有通知操作人員、沒有申請作業許可證、沒有安裝盲板進行隔離的狀況下，修理人員對工藝管道上的過濾器進行違規清理。由于儲罐進料管閥門發生了腐蝕泄露，修理人員在反沖洗過濾器時，沖洗水由該閥門進入MIC儲罐并發生放熱反應，溫度和壓力也隨之上升。而溫度、壓力儀表因缺乏維護無法正常工作，冷凍系統事發前停用，火炬系統處于修理之中，主要的愛護措施均處于失效狀態，導致610號儲罐大量MIC泄漏到四周環境中，造成重大人員傷亡。以下以該事故為例說明3種方法在數據上的傳輸以及信息上的共享。首先，須要進行F&EI評價，數據參考C.B.Etowa等2004年對該事故的F&EI評價。事故發生前，操作溫度約為20℃，MIC在610號儲罐中的儲量為9．04X104lb，NH值為4，故M1C為劇毒物質且操作溫度低于沸點，事故場景的后果嚴峻度為“5類”。假如干脆利用F&EI值來判定后果嚴峻度，由于工藝單元危急系數為229．68，危急等級為“特別大”，所以后果等級也為“5類”。F&EI指數遠大于128，后果嚴峻度特別高。但在對610儲罐進行HAZOP分析時，卻發覺事故場景涉及到條件事務、諸多平安措施，僅僅依靠HAZOP分析難以得到滿足的結果。為提高評價結果的客觀性和精確性，須要對610儲罐進行LOPA分析，事故場景的信息可以干脆取自未完成的HAZOP分析。LOPA分析花費的時間要比HAZOP多，但是考慮得要細致全面。HAZOP中沒有“條件事務”的評價項，而LOPA中須要考慮“條件事務”。在該事故場景中，“儲罐進料管上的閥門發生內部泄露”是事故場景發生的前提條件，其發生可能性必需納入到事故風險的評價中。于本領故場景而言，“冷凍系統”、“超壓、超溫警報”、“洗滌器和火炬系統”以及“平安閥”是主要的平安措施。其中“平安閥”不能視為獨立愛護層，因為泄壓后MIC對外界的釋放不能視為事故的終止與緩和，而事故的持續。在未實行建議措施前，“冷凍系統”、“超壓、超溫警報”、“洗滌器和火炬系統”因失效而不視為獨立愛護層，這也意味著事故前沒有嚴格意義上的平安措施，風險級別高達2，須要馬上實行平安措施。在依據建議措施的要求增加獨立愛護層后，風險級別降到了5級。在完成LOPA分析后，可以將其結果返回給HAZOP分析，從而完善了未完成的HAZOP分析。這里須要留意的是，HAZOP的緣由應當表達為LOPA分析“始發事務”和“條件事務”整合后的結果。因此，和LOPA的逆向信息傳輸，不僅可以豐富HAZOP案例庫，也能提高HAZOP對事故場景描述的精確性。5、結論F&EI是一種本質平安指數，領先進行的F&EI評價，可以對后續HAZOP分析供應指導和數據支持。當HAZOP分析的事故場景比較困難時，采納LOPA分析，深化分析事故的緣由、后果及愛護層狀況，提高分析的精確度。將F&EI、LOPA與HAZOP相結合，利用各自優勢，實現數據共享