保護層分析（LOPA）方法簡介保護層分析(LOPA)方法簡主要內容什么是LOPA1LOPA步驟2LOPA其他要求3LOPA實例42保護層分析(LOPA)方法簡1什么是LOPA3保護層分析(LOPA)方法簡

IPL1IPL2IPL3PFD1PFD2PFD3初始事件頻率成功成功成功后果頻率安全結果安全結果安全結果注：箭頭寬度代表后果頻率大小，長度代表后果嚴重性IPL—獨立保護層PFD—要求時失效概率1什么是LOPA4保護層分析(LOPA)方法簡1什么是LOPA□保護層分析（LOPA）是在定性危害分析的基礎上，進一步評估保護層的有效性，并進行風險決策的系統方法□其主要目的是確定是否有足夠的保護層使風險滿足企業的風險標準□基于事故場景的一種半定量分析方法5保護層分析(LOPA)方法簡發展歷程20世紀80年代末：美國化學品制造商協會出版了《責任關懷——過程安全管理實施準則》，書中建議將“足夠的保護層”作為有效的過程安全管理系統的一個組成部分。1993年：美國CCPS《化工過程安全自動化指南》，書中建議將LOPA作為確定安全儀表功能完整性水平的方法之一。2001年：CCPS發布了《保護層分析——簡化的過程風險評估》，書中詳細地討論了LOPA的基本規則和應用。2003年：國際電工委員會（IEC）發布了IEC61511：過程工業領域安全儀表系統的功能安全，將LOPA技術作為確定安全儀表系統完整性水平的推薦方法之一。1什么是LOPA6保護層分析(LOPA)方法簡主要內容什么是LOPA1LOPA步驟2LOPA其他要求3LOPA實例47保護層分析(LOPA)方法簡2LOPA步驟

a）場景識別與篩選

b）初始事件（IE）確認

c）獨立保護層（IPL）評估

d）場景頻率計算

e）風險評估與決策

f）后續跟蹤與審查場景信息變更分析事故分析HAZOP分析8保護層分析(LOPA)方法簡2LOPA步驟9保護層分析(LOPA)方法簡2LOPA步驟后果嚴重性10保護層分析(LOPA)方法簡2LOPA步驟后果嚴重性等級評估——泄漏量泄漏物質泄漏量1～5kg5～50kg50～500kg500kg～5t5～50t>50t劇毒，溫度>B.P345555劇毒，溫度<B.P或高毒性，溫度>B.P234555高毒性，溫度<B.P或易燃，溫度>B.P223455易燃，溫度<B.P123345可燃液體11122311保護層分析(LOPA)方法簡2LOPA步驟后果后果造成的直接經濟損失（元）不足50萬元50萬元以上、100萬元以下100萬元以上、500萬元以下500萬元以上、1000萬元以下1000萬元以上等級12345后果嚴重性等級評估——財產損失12保護層分析(LOPA)方法簡后果人員傷害急救處理；醫療處理，但不需住院；短時間身體不適。工作受限；1~2人輕傷3人以上輕傷，1~2人重傷；1~2人死亡或喪失勞動能力；3~9人重傷3人以上死亡；10人以上重傷等級等級1等級2等級3等級4等級52LOPA步驟后果嚴重性等級評估——人員傷害13保護層分析(LOPA)方法簡2LOPA步驟后果等級嚴重威脅人的生命威脅人的生命不可逆傷害間接影響熱輻射8kW/m25kW/m23kW/m2爆炸20kPa14kPa5kPa2kPa毒性LC5%LC

1%不可逆后果嚴重性等級評估——定量計算14保護層分析(LOPA)方法簡2LOPA步驟序號偏差原因后果保護措施后果嚴重性1冷卻水無流量冷卻水泵故障停反應器超溫超壓，可能發生爆炸1、反應器溫度高報警和人員響應；2、反應器溫度高聯鎖；

3、啟動備用泵5冷卻水閥故障關1、反應器溫度高報警和人員響應；2、反應器溫度高聯鎖；

3、冷卻水閥旁路調節15保護層分析(LOPA)方法簡2LOPA步驟類別外部事件設備故障人員失誤分類1）地震、海嘯、龍卷風、颶風、洪水、泥石流、滑坡和雷擊等自然災害2）空難3）臨近工廠的重大事故4）破壞或恐怖活動5）外部火災6）其他外部事件1）控制系統故障a）軟件失效b）元件失效c）控制支持系統失效2）機械系統故障a）磨損b）腐蝕c）振動d）缺陷e）超設計限制使用3）公用工程故障4）其他故障1）操作失誤2）維護失誤3）關鍵響應錯誤4）作業程序錯誤5）其他行為失誤16保護層分析(LOPA)方法簡2LOPA步驟獨立保護層能夠有效阻止后果的發生。化工企業保護層作為IPL時，應滿足：17保護層分析(LOPA)方法簡2LOPA步驟化工企業保護層作為IPL時，應滿足以下基本要求：a）獨立性——應獨立于初始事件；——應獨立于同一場景中的其它獨立保護層。18保護層分析(LOPA)方法簡2LOPA步驟IPLIPL19保護層分析(LOPA)方法簡化工企業保護層作為IPL時，應滿足以下基本要求：b）有效性——應能檢測到響應的條件；——在有效的時間內，應能及時響應；——在可用的時間內，應有足夠的能力采取所要求的行動。——應滿足所選擇的PFD的要求。2LOPA步驟20保護層分析(LOPA)方法簡化工企業保護層作為IPL時，應滿足以下基本要求：c）安全性。應使用管理控制或技術手段減少非故意的或未授權的變動。d）變更管理。設備、操作程序、過程條件等任何改動應執行變更管理程序，以滿足變更后保護層的IPL要求。e）可審查性。應有相應的信息資料，以說明保護層的設計、檢查、維護、測試和運行活動能夠使保護層達到IPL的要求。2LOPA步驟21保護層分析(LOPA)方法簡化工企業典型的保護層及作為IPL的要求a）本質安全設計——當本質安全設計可消除某些場景時，不應作為IPL；——當考慮本質安全設計在運行和維護過程中的失效時，在某些場景中，可將其作為一種IPL。2LOPA步驟22保護層分析(LOPA)方法簡化工企業典型的保護層及作為IPL的要求b）BPCS是執行持續監測和控制日常生產過程的控制系統，通過響應過程或操作人員的輸入信號，產生輸出信息，使過程以期望的方式運行。由傳感器、邏輯控制器和最終執行元件組成。2LOPA步驟23保護層分析(LOPA)方法簡化工企業典型的保護層及作為IPL的要求b）BPCSBPCS作為IPL應滿足以下要求：——BPCS應與安全儀表系統（SIS）在物理上分離，包括傳感器、邏輯控制器和最終執行元件；——BPCS故障不是造成初始事件的原因；——在同一個場景中，當滿足IPL的要求時，具有多個回路的BPCS宜作為一個IPL。2LOPA步驟24保護層分析(LOPA)方法簡2LOPA步驟25保護層分析(LOPA)方法簡2LOPA步驟化工企業典型的保護層及作為IPL的要求c）報警和人員響應——操作人員應能夠得到采取行動的指示或報警；——操作人員應訓練有素，能夠完成特定報警所要求的操作任務；——任務應具有單一性和可操作性，不宜要求操作人員執行IPL要求的行動時同時執行其它任務；——操作人員應有足夠的響應時間等。26保護層分析(LOPA)方法簡化工企業典型的保護層及作為IPL的要求d）安全儀表功能（SIF）通過檢測超限（異常）條件，控制過程進入功能安全狀態。一個安全儀表功能由傳感器、邏輯控制器和最終執行元件組成，具有一定的SIL。2LOPA步驟27保護層分析(LOPA)方法簡化工企業典型的保護層及作為IPL的要求d）安全儀表功能（SIF）——SIF在功能上獨立于BPCS；——SIF的規格、設計、調試、檢驗、維護和測試應按GB/T21109的有關規定執行。2LOPA步驟28保護層分析(LOPA)方法簡化工企業典型的保護層及作為IPL的要求e）物理保護（安全閥、爆破片等）——獨立于場景中的其他保護層；——在確定安全閥、爆破片等設備的PFD時，應考慮其實際運行環境中可能出現的污染、堵塞、腐蝕、不恰當維護等因素對PFD進行修正；——當物理保護作為IPL時，應考慮物理保護起作用后可能造成的其他危害，并重新假設LOPA場景進行評估。2LOPA步驟29保護層分析(LOPA)方法簡化工企業典型的保護層及作為IPL的要求f）釋放后保護設施（安全閥、爆破片等）——獨立于場景中的其他保護層；——在確定阻火器、隔爆器等設備的PFD時，應考慮其實際運行環境中可能出現的污染、堵塞、腐蝕、不恰當維護等因素對PFD進行修正；2LOPA步驟30保護層分析(LOPA)方法簡化工企業典型的保護層及作為IPL的要求g）工廠和社區應急響應——其有效性受多種因素影響，一般不作為IPL2LOPA步驟31保護層分析(LOPA)方法簡通常不作為IPL的防護措施2LOPA步驟32保護層分析(LOPA)方法簡2LOPA步驟式中：fiC——初始事件i的后果C的發生頻率，單位為/a；fiI——初始事件i的發生頻率，單位為/a；PFDij——初始事件i中第j個阻止后果C發生的IPL的PFD。33保護層分析(LOPA)方法簡在計算場景頻率時，可根據需要對場景頻率進行修正：采用點火概率、人員暴露和具體傷害的概率對不同后果場景頻率進行修正。2LOPA步驟34保護層分析(LOPA)方法簡初始事件發生頻率和獨立保護層失效概率其數據可采用：a)行業統計數據；b)企業歷史統計數據；c)基于失效模式、影響和診斷分析（FMEDA）和故障樹分析（FTA）等的數據；d）供應商提供的數據。2LOPA步驟35保護層分析(LOPA)方法簡選擇失效數據時，應滿足以下要求：a）具有行業代表性；b）使用企業歷史統計數據時，只有該歷史數據充足并具有統計意義時才能使用；c）使用普通的行業數據時，可根據企業的具體條件對數據進行修正。2LOPA步驟36保護層分析(LOPA)方法簡a）可根據場景頻率計算結果和后果等級，使用定量數值風險標準、風險矩陣等形式進行風險評估與決策，將風險降低到企業可接受的水平。2LOPA步驟37保護層分析(LOPA)方法簡后果等級5低中中高高很高很高4低低中中高高很高3低低低中中中高2低低低低中中中1低低低低低中中10-6~10-710-5~10-610-4~10-510-3~10-410-2~10-310-1~10-21~10-1頻

率

等

級（每年）2LOPA步驟38保護層分析(LOPA)方法簡b）風險決策宜采取ALARP原則：2LOPA步驟風險逐漸降低39保護層分析(LOPA)方法簡2LOPA步驟a）

應對LOPA分析結果的執行情況進行后續跟蹤，對LOPA提出的降低風險行動的實施情況進行落實。b）

LOPA的程序和分析結果可接受相關的審查。40保護層分析(LOPA)方法簡主要內容什么是LOPA1LOPA步驟2LOPA其他要求3LOPA實例441保護層分析(LOPA)方法簡3LOPA其他要求1)在使用LOPA前，企業應確定：a）后果度量形式及后果分級方法；b）初始事件頻率的確定方法；c）獨立保護層要求時失效概率（PFD）的確定方法；d）風險度量形式和風險可接受標準；e）分析結果與建議的審查及后續跟蹤管理機制。42保護層分析(LOPA)方法簡3LOPA其他要求2)LOPA應用時機在過程危害分析中出現以下情形時，可使用LOPA：a）事故場景后果嚴重，需要確定后果的發生頻率；b）確定事故場景的風險等級以及事故場景中各種保護層降低的風險水平；c）確定安全儀表功能（SIF）的安全完整性等級（SIL）；d）確定過程中的安全關鍵設備或安全關鍵活動等。43保護層分析(LOPA)方法簡3LOPA其他要求3)LOPA小組組成LOPA小組成員可包括但不限于以下人員：a）組長；b）記錄員；c）設計人員；d）操作人員；e）工藝人員；f）設備工程師g）儀表工程師；h）安全工程師。44保護層分析(LOPA)方法簡3LOPA其他要求3)LOPA小組組成根據需要，可要求以下人員參加LOPA：a）工藝包供應商；b）成套工藝設備供應商；c）公用工程工程師；d）電氣工程師；e）其他專業工程師。45保護層分析(LOPA)方法簡3LOPA其他要求4)LOPA的局限性a）LOPA不是識別危險場景的工具，LOPA的正確執行取決于定性危險評價方法所得出的危險場景，包括初始原因和相關的安全措施是否完全和正確；b）LOPA的意圖不是取代詳細的定量分析（QRA），QRA可以用于更復雜的少數危險場景分析；46保護層分析(LOPA)方法簡3LOPA其他要求4)LOPA的局限性所有場景都需要定性分析定性分析10~20%場景需要進行半定量分析半定量分析1%場景需要進行QRA定量分析技術HAZOPWhat-If/ChecklistFMEAFEI、CEILOPA粗略的事件樹分析ETA、FTA、HRA簡單問題√√√××復雜問題×

×

×√√47保護層分析(LOPA)方法簡3LOPA其他要求4)LOPA的局限性c）當使用LOPA時，場景風險的可比性僅僅在如下條件滿足時才有可能：——選擇失效數據的方法相同；——采用相同的風險標準為基礎的比較。d）不同的公司由于采用的風險標準和實施LOPA的方法不同，則LOPA的結果無法比較；48保護層分析(LOPA)方法簡主要內容什么是LOPA1LOPA步驟2LOPA其他要求3LOPA實例449保護層分析(LOPA)方法簡4LOPA實例正己烷緩沖罐溢流50保護層分析(LOPA)方法簡4LOPA實例1)場景識別與篩選序號偏差原因后果現有防護措施建議1.1流量高流量控制閥誤打開正己烷緩沖罐T-401高液位，超壓泄漏。1）液位監測和報警；2）防火堤；3）安全閥；4）單元操作程序。建議安裝一個SIS，在T-401高液位時切斷進料。1.2流量低或無流量管線堵塞1）正己烷緩沖罐T-401低液位；2）泵密封失效。閥門誤關閉1.3倒流上游泵失效損壞泵止回閥51保護層分析(LOPA)方法簡4LOPA實例泄漏物質泄漏量1～5kg5～50kg50～500kg500kg～5t5～50t>50t劇毒，溫度>B.P345555劇毒，溫度<B.P或高毒性，溫度>B.P234555高毒性，溫度<B.P或易燃，溫度>B.P223455易燃，溫度<B.P123345可燃液體11122352保護層分析(LOPA)方法簡4LOPA實例1）場景識別與篩選液位控制回路失效導致緩沖罐溢流，并且由于防火堤失效而導致溢出物流出防火堤2）初始事件確認初始事件為液位控制回路失效，初始事件頻率為：fI=1×10-1/a53保護層分析(LOPA)方法簡4LOPA實例3）獨立保護層評估BPCS報警和人員響應：BPCS液位控制回路失效（初始事件）導致系統不能產生報警，從而不能提醒操作人員采取行動以阻止緩沖罐進料。因此，BPCS產生的任何報警不能完全獨立于BPCS系統，不能作為獨立保護層安全閥：緩沖罐上的安全閥無法防止緩沖罐發生溢流，因此，對于本場景，安全閥不是獨立保護層防火堤：可作為IPL：如果按照設計運行，防火堤可有效地包容儲罐的溢流；防火堤獨立于任何其他獨立保護層和初始事件。54保護層分析(LOPA)方法簡4LOPA實例4）場景頻率計算fiC=fiI×PFDd

=1×10-1/a×0.01=1×10-3/a55保護層分析(LOPA)方法簡4LOPA實例5）風險評估與決策后果等級5低中中高高很高很高4低低中中高高很高3低低低中中中高2低低低低中中中1低低低低低中中10-6~10-710-5~10-610-4~10-510-3~10-410-2~10-310-1~10-21~10-1頻

率

等

級（每年）56保護層分析(LOPA)方法簡4LOPA實例5）風