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用在化工工藝裝置的風險分析方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201410146653.0

申請日:

2014.04.11

公開號:

CN103955786A

公開日:

2014.07.30

當前法律狀態:

駁回

有效性:

無權

法律詳情: 發明專利申請公布后的駁回IPC(主分類):G06Q 10/06申請公布日:20140730|||實質審查的生效IPC(主分類):G06Q 10/06申請日:20140411|||公開
IPC分類號: G06Q10/06(2012.01)I; G06Q50/00(2012.01)I 主分類號: G06Q10/06
申請人: 中國石油化工股份有限公司; 中國石油化工股份有限公司青島安全工程研究院
發明人: 李榮強
地址: 100728 北京市朝陽區朝陽門北大街22號
優先權:
專利代理機構: 上海申新律師事務所 31272 代理人: 張惠明
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201410146653.0

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2017.11.07|||2014.08.27|||2014.07.30

法律狀態類型:

發明專利申請公布后的駁回|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明涉及一種用在化工工藝裝置的風險分析方法,主要解決現有技術中在化工工藝裝置中進行風險分析耗時長、投資大等問題。本發明通過采用一種用在化工工藝裝置的風險分析方法,以確定安全儀表系統作為保護措施時的安全完整性等級,在進行安全儀表系統功能安全評估時,使用風險圖分析與危險源相關的風險,采用一套風險參數評估風險等級,為每個風險源分配風險等級,應用改進的修改和擴展了ROHA過程風險圖,確定安全完整性等級,其特征在于所述ROHA過程風險圖如圖1所示的技術方案,有效的解決了該問題,可用于化工工藝裝置的風險分析中。

權利要求書

權利要求書
1.  一種用在化工工藝裝置的風險分析方法,在進行安全儀表系統功能安全評估時,使用風險圖分析與危險源相關的風險,采用一套風險參數評估風險等級,為每個風險源分配風險等級,應用改進的修改和擴展了ROHA過程風險圖,確定安全完整性等級;其特征在于所述ROHA過程風險圖如圖1所示。

2.  根據權利要求1所述用在化工工藝裝置的風險分析方法,其特征在于所述風險圖的修改和擴展基于IEC61508/61511。

3.  根據權利要求1所述用在化工工藝裝置的風險分析方法,其特征在于所述安全完整性等級基于IEC61508定義的低要求模式下的安全完整性等級。

4.  根據權利要求1所述用在化工工藝裝置的風險分析方法,其特征在于所述ROHA風險分析方法屬于半定量方法。

5.  根據權利要求1所述用在化工工藝裝置的風險分析方法,其特征在于確定一個所述風險等級的過程是為風險源選擇合適的風險參數,包括危險事件后果的嚴重程度、在危險區域中的頻率和暴露時間、避開危險事件的概率、不期望事件的發生概率。

6.  根據權利要求1所應述用在化工工藝裝置的風險分析方法,其特征在于所述根據危險源的風險等級,可靠性被分為六個等級來評估安全相關措施的可靠性。

7.  根據權利要求1所應述用在化工工藝裝置的風險分析方法,其特征在于對于一個處理危險物質的系統,將危險分析結果制成了表格,列出了辨識的危險源、事故預防措施、采取措施的次序、危險源的風險等級、分配的風險參數、分配的每個預防措施的可靠性等級。

說明書

說明書用在化工工藝裝置的風險分析方法
技術領域
本發明涉及一種用在化工工藝裝置的風險分析方法。
背景技術
石油化工行業屬于高危行業,高危險性行業希望防范涉及有害物質的重大事故。他們還希望采取措施,限制此類事故對人員和環境的影響。對于現代化的工藝裝置必須實行現代化安全管理,也就是從系統的觀念出發,運用科學分析方法識別、評價、控制危險,使工藝裝置達到最佳安全狀態,進而保證人身安全、經濟損失和環境破壞,保障裝置長周期安全穩定運行。
應用系統的方法預先找出影響工藝裝置正常運行的各種事件出現的條件,可能導致的后果,以及消除和控制這些事件的相關措施,以達到預防事故、實現裝置安全的目的。
辨識危險、分析事故及其影響后果的過程就是危險性分析。常用的危險分析方法可分為定性、定量和半定量三種類型。定性分析是找出工藝裝置中存在的危險因素,分析危險在什么情況下能發生事故及對工藝裝置安全影響的大小,提出針對的安全措施控制危險。而定量分析是在定性分析的基礎上,進一步研究事故或故障與其影響因素之間的數量關系,以數量大小評定系統的安全可靠性。
定性方法的優點是省時、簡單、所需資源少,而缺點也非常明顯,那就是太過于依賴人的經驗和主觀判斷,一致性差,書寫文檔和在復雜的過程中使用困難。定量的方法具有結果更加準確,能夠使用一個框架來為產生的特定后果建立文檔,有利于管理,而不足之處是所需資源大,對于特定過程的可靠性數據缺乏,確定安全措施的可靠性等級相對比較耗時。
發明專利CN200910052211.9設計一種靜電保護裝置的可視性檢驗測試方法,包括:第一場效應管和第二場效應管,所述第一場效應管的柵極與其漏極、以及所述第二場效應管的源極相連接,作為所述靜電保護裝置的輸入端;所述第二場效應管的柵極與其漏極、以及所述第一場效應管的源極相連接,作為所述靜電保護裝置的輸出端。該方法將靜電保護與可視性檢驗測試相結合,不僅能有效地實施靜電保護,還可通過控制所述靜電保護裝置 上的電壓使其導通和截斷從而實施可視性檢驗測試,降低了工藝復雜度。
本研究在對比分析定性和定量分析優缺點的基礎上,提出了一種半定量的識別危險的風險分析方法——ROHA(Risk Oriented Hazard Analysis),有針對性的解決了該問題。
發明內容
本發明要解決的主要問題是現有技術中在化工工藝裝置中進行風險分析耗時長、投資大等問題,提供一種新的用在化工工藝裝置的風險分析方法,具有及時快速、實時匹配和監控、火災處置方案提供及時、投資少的優點。
本發明采用的技術方案如下:在進行安全儀表系統功能安全評估時,使用風險圖分析與危險源相關的風險,采用一套風險參數評估風險等級,為每個風險源分配風險等級,應用改進的修改和擴展了ROHA過程風險圖,確定安全完整性等級,其特征在于所述ROHA過程風險圖如圖1。
上述技術方案中,所述風險圖的修改和擴展基于IEC61508/61511;所述安全完整性等級基于IEC61508定義的低要求模式下的安全完整性等級;所述ROHA風險分析方法屬于半定量方法;確定一個所述風險等級的過程是為風險源選擇合適的風險參數,包括危險事件后果的嚴重程度、在危險區域中的頻率和暴露時間、避開危險事件的概率、不期望事件的發生概率;所述根據危險源的風險等級,可靠性被分為六個等級來評估安全相關措施的可靠性;對于一個處理危險物質的系統,將危險分析結果制成了表格,列出了辨識的危險源、事故預防措施、采取措施的次序、危險源的風險等級、分配的風險參數、分配的每個預防措施的可靠性等級。
在工藝裝置壽命不同階段的危險因素辨識中,應該選擇相應的危險分析方法。例如在裝置的開發、設計初期,可以應用預先危險性分析方法;在系統運行階段,可以應用危險與可操作性分析(HAZOP)、故障類型和影響分析(FMEA)等方法進行詳細分析,或者應用事件樹分析、事故樹分析或因果分析等方法對特定的事故或系統故障進行詳細分析。危險分析方法的選擇應該能夠滿足對分析的要求。危險分析的最終目的是辨識危險源。危險源是指處理危險物質的裝置,其內部物質能夠釋放出來的情景或狀態。分析危險源應按系統的不同層次來進行,例如,從全國范圍來說,對于危險行業(如石油、化工等)具體的一個企業(如煉油廠)就是一個危險源。而從一個企業系統來說,可能是某個車間、倉庫就是危險源,一個車間系統可能是某臺設備是危險源。對于考慮到的重大事故及公認的危險源,必須考慮辨識安全措施以預防事故的發生及減輕其后果嚴重程度。避免重大事故發生而必須采取的安全措施被描述為“屏障Ⅰ”,減輕其后果嚴重程度的措施被描述為“屏 障Ⅱ”,在檢查清單幫助下,保護工藝裝置防止從環境和未授權的人員干預帶來的危險效應的措施,被稱為“屏障Ⅲ”。
在進行危險分析的實際工作中要達到一些具體目的,例如:對裝置中所有危險源,查明并列出清單;掌握危險源可能導致的事故,列出潛在事故隱患清單;列出降低危險性的措施和需要深入研究部位的清單;將所有危險源按危險大小排序;為定量的危險分析提供數據。
在進行危險分析時,某些方法只能用于查明危險原因,而大多數方法都可以用于列出潛在的事故隱患或確定降低危險性的措施,但能提供定量數據的方法并不多。基于IEC61508/61511修改和擴展ROHA過程風險圖,就是基于以上問題提出的。
某一特定危險事件發生的頻率和后果的組合,如公式(1):
R=f×C     (1)
式中:
R——沒有安全相關措施時的風險;
f——沒有安全相關措施時的危險事件的頻率;
C——危險事件的后果。
在這種情況下,危險事件的頻率f認為是由三種有關因素組成:
a)頻率、暴露時間、危險區域;
b)避開危險事件的概率;
c)沒有任何附加安全相關措施時危險事件發生的概率(但有外部風險降低設施)——這意味著不期望事件發生的概率。
確定一個風險等級RC(Xj)的過程是為風險源選擇合適的風險參數,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)——風險等級;
Sk——危險事件后果的嚴重程度(S1:微小的、S2:中等的、S3:重大的、S4:災難性的);
Am——在危險區域中的頻率和暴露時間(A1:很少至較多暴露在危險區域、A2:經常至永久暴露在危險區域);
Gm——避開危險事件的概率(G1:在一定條件下可能、G2:幾乎不可能);
Wn——不期望事件的發生概率(W1:很低、W2:低、W3:相當的高)。
為設備中使用的技術和管理方面的安全相關措施分配了可靠性等級(DC),用來證明安全相關措施足以預防識別到的重大安全事故的發生。如果當暴露出危險源時,一個安全相關措施包含了能夠保證其功能的所有必要的操作,就要評估這個安全相關措施的可靠性等級。為安全相關措施選擇可靠性等級要綜合考慮制造商資料、法規安全要求、工廠操作經驗等方面,在使用風險圖的背景下得到評估結果。通過為安全相關措施分配可靠性等級,就能對比不同類別的技術和管理措施的可靠性。
根據危險源的風險等級,可靠性被分為6個等級來評估安全相關措施的可靠性,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的可靠性等級DC(Yi)值。
根據以上描述的風險參數的組合,結合風險圖和IEC61508定義的低要求模式下的安全完整性等級(如表1所示),開發出了如圖1所示的ROHA修改的風險圖。
表1安全完整性等級:要求時的失效概率

對于一個處理危險物質的系統,將其危險分析結果制成了一個表格,這個表格按照一定的格式列出了辨識的危險源和根據技術和管理設計的工藝裝置的相關事故預防措施。列出了采取措施的次序,如果前面預防措施失敗,后一預防措施將采取行動。列出了每個危險源的風險等級(RC)和分配的風險參數、分配的每個預防措施的可靠性等級(DC)。安全相關措施的總和必須大于等于辨識到的危險源,如公式5所示。
(Xi)≤∑iDC(Yi)     (5)
式中:
DC(Yj)——可靠性等級;
Xj——風險等級。
ROHA分析結果文檔化表格如表2所示。
表2ROHA分析結果表

本專利在對比分析定性和定量分析優缺點的基礎上,提出了一種半定量的識別危險的風險分析方法——ROHA,結果更加嚴謹,評估過程直觀,此方法很好的兼顧了準確性和工程實用性,相對于定量分析花費的時間少,同時適用于對定性風險評估來說過于復雜的場景,取得了較好的技術效果。
附圖說明
圖1為本發明所述方法ROHA修改的風險圖——風險分析;
圖2為丙烯腈反應部分工藝流程簡圖;
圖3為丙烯腈反應器壓力高聯鎖風險圖。
下面通過實施例對本發明作進一步的闡述,但不僅限于本實施例。
具體實施方式
【實施例1】
丙烯腈裝置是易燃、易爆、劇毒的大型化工裝置,生產過程具有工藝流程復雜、技術要求高、危險性大等特點,一旦在管理上和操作上出現疏忽,就會造成事故的發生,隨著裝置運行年限的延長,生產規模擴大,工藝復雜程度提高,設備、儀表的老化等客觀因素的存在,裝置的安全生產就顯得更加重要了。
該丙烯腈裝置裝置以丙烯、氨氧化法合成丙烯腈(AN),原料丙烯、氨、空氣,在催化劑作用下、氣固相流化床反應器中進行反應。反應器的催化劑床層高度及密度的測量,易自聚、堵塞部位的壓力、差壓測量采用吹氣法測量(吹氮氣)。將反應器兩個床層的平均溫度經過選擇開關選擇與丙烯流量構成串級調節;丙烯流量分別與氨流量、空氣流量構成雙閉環比值調節;溫度調節器的輸出用純丙烯目標值作上、下限幅;丙烯、氨、空氣流 量進行溫度壓力補償。
表3給出了丙烯腈反應器安全儀表系統的所有SIF回路。
表3SIF回路一覽表

以丙烯腈反應器壓力高聯鎖回路為例,如圖2所示。原料丙烯TRC-1105根據反應器(R-101)進料流量前溫度控制,經過PIC-1113調節控制輸出管道壓力,FICA-1101計量,進入丙烯-氨混合管;原料氨由TRC-1106根據R-101進料流量前溫度控制,經PIC-1114調節控制輸出管道壓力,FICA-1102計量,進入丙烯-氨混合管;原料空氣由空氣壓縮機加壓,由PI-1122指示壓力,經FRCAS-1103計量,進入R-101底部椎體、空氣分散板下。丙烯、氨、空氣以規定摩爾比在催化劑作用下,發生氧化反應,生成主要產物丙烯腈。
圖3表示了基于表4中數據實現的ROHA風險圖示例。使用風險參數Sk、Am、Gm和Wn導出的8個輸出之一,每一個輸出映射為三個尺度(W1、W2、W3)之一,這些尺度上的每個點都是安全相關措施需滿足的必要的風險降低的指示。
辨識到的風險參數為S3、A2、W1如圖3所示,得到風險等級為RC4。
【實施例2】
按照實施例1所述的條件,辨識出化工裝置中使用的技術和管理方面的安全相關措施,并為其分配可靠性等級,用來證明安全相關措施足以預防識別到的安全事故的發生。為安全相關措施選擇可靠性等級要綜合考慮制造商資料、法規安全要求、工廠操作經驗等方面,在使用風險圖的背景下得到評估結果。
舉例來說,根據歐盟承壓設備指令PED(Pressure Equipment Directive),在裝有危險物質的壓力容器上安裝的組件為為Ⅳ類,其設置的可靠性等級為DC6。為閥門分配可靠性等級的例子見表6。
用這種方法定義可靠性對應的離散分布等級度,正如IEC61508定義的安全完整性等級(SIL)的離散等級。確保充分考慮了可靠性的類別,評估遇到的每個危險源的安全相關措施的可靠性等級,作為評估各項措施其可靠性類別的匯總。為技術和管理措施分配風險等級,受國家安全技術的限制,見表7所示。
表4ROHA風險圖中有關數據示例

表5嚴重性等級分類

表6閥門的可靠性等級,安全目標:閥桿密封(摘錄)

表7評估措施的可靠性等級時的上限

在丙烯腈反應器壓力高聯鎖回路中,保護措施包括“反應器壓力高報警、安全閥”的可靠性等級分別為DC1、DC1,為了預防事故的發生,“反應器壓力高聯鎖”的可靠性等級應該為DC2,對應的安全完整性等級為SIL2。評估結果如表8所示。
表8“丙烯腈反應器壓力高聯鎖”分析結果

根據“丙烯腈反應器壓力高”的分析步驟和方法,應用半定量風險分析方法——ROHA進行丙烯腈反應器的危險分析,分析結果如表9所示。
表9分析結果

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化工 工藝 裝置 風險 分析 方法
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