ＨＡＺＯＰ分析和ＬＯＰＡ ＳＩＬ定级在甲醇合成单元中的应用 李 阳 王佰亚 葛 阳 华陆工程科技有限责任公司 西安 ７１００６５
摘要 本文采用危险与可操作性分析（ＨＡＺＯＰ）方法，对某工程甲醇合成装置的安全性进行定性分析， 提出了相应的安全建议措施；并在此基础上采用保护层分析（ＬＯＰＡ）方法对相关联锁场景进行ＳＩＬ定级，进一步判断现有安全措施能否使风险处于可接受范围，如果风险较高，则选用相应的安全仪表等级（ＳＩＬ）来降低风险值，有效地实现对甲醇合成单元的风险评价，通过削减风险，保证装置的本质安全。 关键词 ＨＡＺＯＰ ＬＯＰＡ 甲醇合成 联锁
李 阳：工程师。２０１４年０７月毕业于西安交通大学动力工程及工程热物理专业获硕士学位。主要从事化工设计及安全分析工作，：１３９９１８８６７６０，：ｌｙ２５００＠ｈｌｅｔ ｃｏｍ。 甲醇作为一种重要的化工原料，广泛应用于各种产品领域，对工业发展有极其重要的意义。甲醇合成是典型的复合气－固相催化反应过程，生产过程中存在易燃、易爆、高温、中压、有毒、窒息等危险有害因素，属重点监管的危险化工工艺，在装置中存在多处重大危险源，一旦发生安全事故
将造成严重损失。随着目前甲醇合成装置规模的不断扩大及安全生产要求的不断提高，生产企业对甲醇合成装置的工艺控制和优化有迫切需求。因此，有必
要对于甲醇合成装置的危险与可操作性及安全仪表配置进行深入分析，即进行ＨＡＺＯＰ分析和ＳＩＬ定级，审查装置是否满足相关规定与风险标准，安全设施是否可以有效控制风险，可操作性是否满足需求等，以提高装置的本质安全水平。１ ＨＡＺＯＰ分析和ＳＩＬ定级方法简介１ １ ＨＡＺＯＰ分析ＨＡＺＯＰ（危险和可操作性）分析是安全评价的方法之一，它是通过一组参数（如压力、温度、流量、液位等）与引导词（如大、小、无、反向、异常等）组成有意义的偏差，系统地辨识装置设计可能存在的导致安全或操作问题的设计缺陷，评估是否需要进一步的安全措施。ＨＡＺＯＰ分析主要步骤为：①根据Ｐ＆ＩＤ，将工艺系统划分为若干节点；②小组成员根据事先确定的表１所示偏差矩阵，组成有意义的偏差，辨识产生偏差的原因并预计潜在的后果影响；③辨识已有的安全保护措施；
表１ 偏差矩阵表
参数引导词
多少无反向异常
温度温度过高温度过低
压力压力过高压力过低真空
采摘香蕉
流量流量过大流量过小无流量逆流
液位液位过高液位过低无液位
其它异常④评价风险的严重性、可能性；⑤如果认为安全保护措施不足，进一步提出建议防护措施及落实方案。重复以上分析步骤，直到所有的偏差都应用和经过讨论，一个节点的分析就完成。依此类推，继
续分析下一个节点，直到所有节点都被分析完为止［１］［２］。
１ ２ ＬＯＰＡ－ＳＩＬ定级
ＳＩＬ（ＳａｆｅｔｙＩｎｔｅｇｒｉｔｙＬｅｖｅｌ，安全完整性等级）
即确定安全仪表系统（ＳＩＳ）功能的安全完整性等
级，评估安全仪表功能和其他保护层达到规定安全功能的可能性，是安全仪表系统安全性能的衡量标准。ＳＩＬ定级的方法主要有矩阵法、矫正风险图法、ＬＯＰＡ（保护层）分析法。ＬＯＰＡ分析是
在定性分析的基础上，确定已发现事故场景的危险程度，半定量计算危害发生的概率，分析已有保护层的保护能力及失效概率，推算出需要补充的保护层等级，一定程度上可弥补ＨＡＺＯＰ分析的不足。ＬＯＰＡ ＳＩＬ定级工作基于ＨＡＺＯＰ分析结果、设计资料、运行记录、泄压阀设计、ＭＳＤＳ（化学品. All Rights Reserved.
安全技术说明书）等，逐一展开以下工作：①利用ＨＡＺＯＰ分析结果将可能发生的严重事故作为事故场景；②根据后果严重程度划分标准，确定当前事故场景的后果等级；③确定初始事件发生频率及条件修正，列举所有独立保护层措施，确定事故发生风险等级；④根据剩余风险等级，提出切实可行的安全措施，直至达到可承受的风险等级范围［３］。
２ 安全评价标准
２ １ 风险矩阵
本文以某工程甲醇合成装置为例，安全评价工作按照国家标准《危险与可操作性分析（ＨＡＺＯＰ分析）应用导则》（ＡＱ／Ｔ３０４９－２０１３）进行，并参照建设单位风险可承受标准，确定以下风险标准，见图１
。
图１ 风险矩阵图
如图１所示，“Ｅ”区域为重特大风险区域，“Ｈ”区域为较大风险区域。在这两个区域，除非 特殊情况，风险是不可接受的。“Ｍ”区域为一般风险区域，在这个区域内，必须满足以下条件之一时，风险才是可允许的：①在当前的技术条件下，进一步降低风险不可行；②降低风险所需的成本远远大于降低风险所获得的收益。“Ｌ”区域为可接受风险区域，在该区域，剩余风险水平可忽略，一般不要求进一步采取措施降低风险［３］。
２ ２ 风险概率分级表
该装置分析工作选用的风险概率分级表见表２［４］。
表２ 风险概率分级表
可能性描述频率
Ｅ发生可能性极大在装置生命周期内经常发生＞１０－１
Ｄ很可能发生
在装置生命周期内可能至少发生一
次（预期中会发生）１０－１至１０－２Ｃ有可能发生
在某个特定装置的生命周期里不太
可能发生，但有多个类似装置时，可
能在其中的一个装置发生（集团公司
内有过先例）１０－２至１０－３
Ｂ很少发生
预期不会发生，在特殊情况下有可能
发生（国内同行业有先例）１０－３至
１０－４
Ａ极少发生
现实中预期不会发生（在国内行业内
没有先例）＜１０－４
２ ３ 事故后果严重程度分级表
该装置分析选用的事故后果严重程度分级表见表３［５］。
表３ 事故后果严重程度分级表
严重性描述财产损失人员伤害环境污染声誉损害
５灾难性的严重财产损失，长期停车、直
接经济损失＞１０００万人民币
２人以上死亡
灾难性环境污染。环境影响范
围跨省，长时间污染物残留。
受国际舆论关注或受国内媒体
多次报道。
４严重的重大的财产损失，生产装置停
车、直接经济损失３００～１０００
万人民币
１人死亡或多
人重伤
重大环境污染。环境影响范围
混凝土隧道湿喷机
为地市，需采取行动恢复环境。
主要交通封闭超过２４小时，大
规模疏散，引发一次全国性报
道。
３中等的中等经济损失，局部停车、直
接经济损失５０～３００万人民
币
热再生
１人重伤
局部的环境污染。环境影响范
围为县级，持续影响。
小规模疏散，引起当地媒体的
多次报道，对公司有不利影响。
２较小的较小经济损失，生产无中断、
直接经济损失１０～５０万人民
币
轻伤，现场急救
处理，可以恢复
较小环境影响。影响周围社区、
相邻作业，无持续影响。
有一些当地的舆论关心，对公
司有潜在的不利影响。部分道
路封闭。
１轻微的轻微经济损失，生产无中断、
直接经济损失＜１０万人民币
轻伤，现场急救
处理，无工日损
失。
轻微环境影响。作业区内或场
界内。
公司内部存在公众知情的情
况，但不被当地舆论关心。轻
微交通影响。
３ 甲醇合成单元的ＨＡＺＯＰ分析３ １ 工艺流程说明
工业上采用ＣＯ、ＣＯ
２加压催化氢化法合成甲
醇，典型的流程包括原料气制备和净化、甲醇合
成、粗甲醇精馏等工序，本文针对某项目甲醇装置
的甲醇合成单元进行分析。该甲醇合成单元工艺流
程见图２。
图２ 甲醇合成单元工艺流程图
如图２所示，来自前序工段的新鲜气与氢回收装置来的富氢气混合后，经循环压缩机压缩段压缩后，再与循环压缩机循环段出口的循环气混合，经中间换热器壳程预热，进入甲醇合成塔，在管间触媒层进行甲醇合成反应。甲醇合成塔内的催化剂床层反应热使管束中水汽混合物产生相变，水／汽混合物通过上升管汇聚到汽包将蒸汽闪蒸而出，实现反应移热。水在汽包中沿下降管从合成塔底部再次进入甲醇合成塔的管束，实现水汽自然循环，所需中压除氧水从汽包补入。反应后的出塔合成气通过中间换热器管程，将热量传递给未反应气体来提高未反应气入塔温度；再经空冷器、水冷器进一步降温，进甲醇分离器分离甲醇；分离后的粗甲醇减压进入闪蒸槽，解析出溶解气体后送界外；甲醇闪蒸槽出来的闪蒸气（解析气）送至界外；分离后的循环气体小部分放空，大部分经循环压缩机循环段提压后和压缩机压缩段来的补充气混合，之后进入中间换热器预热，如此循环。
３ ２ 分析节点划分
结合工艺流程特点，将甲醇合成单元划分为５个节点，ＨＡＺＯＰ分析节点划分信息见表４。
３ ３ ＨＡＺＯＰ分析记录（部分）及建议措施该装置ＨＡＺＯＰ分析结果的汇总（部分）及建议措施详见表５。
通过以上对该甲醇合成单元的ＨＡＺＯＰ分析可知，该装置整体风险处于安全可控范围，其中甲醇 表４ ＨＡＺＯＰ分析节点划分
节点号主项／装置名称节点名称
０１
０２
０３
０４
０５
甲醇合成单元
甲醇合成循环机系统
甲醇反应器系统
甲醇合成汽包系统
甲醇合成冷却系统
甲醇合成分离系统
合成塔温度、汽包液位、甲醇分离器液位是工艺操作的关键控制点，需进一步通过ＬＯＰＡ分析设计相应安全仪表等级的安全联锁系统；同时，本次分析选取建设单位风险矩阵风险概率分级最低为Ｌ＜１０－４，对部分偏差进行ＨＡＺＯＰ分析后，存在风险矩阵“穿透”问题，导致部分风险无法进一步降至低风险（Ｌ）区间，经与建设单位沟通，根据ＡＬＡＲＰ原则接受本次分析中的部分一般风险（Ｍ）。
４ 甲醇合成单元的ＬＯＰＡ ＳＩＬ定级
本次ＳＩＬ定级根据分析范围内装置的复杂程度、风险特性以及ＳＩＬ定级分析小组的经验，确定使用保护层分析（ＬＯＰＡ）法。ＬＯＰＡ分析依托于该装置的ＨＡＺＯＰ分析结果，对该装置的具体分析中，事故场景的后果严重性等级来源于ＨＡＺＯＰ分析结果；初始事件的发生频率、独立保护层的失效频率采用《保护层分析（ＬＯＰＡ）方法应用导则》ＡＱ／Ｔ３０５４－２０１５附录Ｅ中推荐的失效数据。最终定级结果汇总见表６。
. All Rights Reserved.
表５ ＨＡＺＯＰ分析汇总表（
部分）
表６ ＬＯＰＡ ＳＩＬ定级汇总表
风险可容许
风险
条件
修正
原因独立保护层
场景描述分类严重度接受概率概率描述发生率描述失效量分类
消减后失效量
锅炉给水控制
ＦＶ２００４故障，开度
过小，反应热移出不
及时，造成甲醇合成塔Ｒ２００１温度升高，严重时飞温导致设备和催化剂损坏，合成气外泄。人员
伤害
４１ ０Ｅ－０５
暴露率
１ ０Ｅ－０１
点火概率
８ ５Ｅ－０１
致死概率
５ ０Ｅ－０１
ＦＶ２００４
故障，开
度过小
１ ０Ｅ－０１
ＬＩＡＳ２００３Ａ／Ｂ／
Ｃ液位低限报
警，４０分钟内通
过ＤＣＳ或现场
巡检调整阀门
开度
１ ０Ｅ－０１
关键报
警和人
员响应
ＴＩＡ２００４／２００５／
２００６／２００７温度
十六取四高高
限ＳＩＳ联锁
１ ０Ｅ－０２
安全仪
表功能
ＳＩＬ１
ＬＺＳＬＬ２００３液
位低低限三取
二ＳＩＳ联锁
１ ０Ｅ－０２
安全仪
表功能
ＳＩＬ１
q110４ ３Ｅ－０７
蒸发量大，汽包产生假液位，反应移热不
及时，造成合成塔床层温度升高，严重时飞温造成设备和催化剂损坏，合成气外泄。人员
伤害
４１．０Ｅ－０５
暴露率
１．０Ｅ－０１
点火概率
８．５Ｅ－０１
古代蹴鞠用什么做的致死概率
５．０Ｅ－０１
蒸发量
大，汽包
产生假
液位
１．０Ｅ－０１
三冲量调节１．０Ｅ－０１ＢＰＣＳ
ＴＩＡ２００４／２００５／测井设备
２００６／２００７温度
高限报警，通过
ＤＣＳ确认实际
液位，严重时人
工停车
１．０Ｅ－０１
关键报
警和人
员响应
ＴＩＡ２００４／２００５／
２００６／２００７温度
十六取四高高
限ＳＩＳ联锁
１．０Ｅ－０２
安全仪
表功能
ＳＩＬ１
４．３Ｅ－０７
过滤器Ｓ２０１Ａ／Ｂ堵
塞，造成甲醇分离器Ｖ２００１满罐，循环气带液进压缩机。财产
损失
３１．０Ｅ－０４
过滤器
Ｓ２０１Ａ／
Ｂ堵塞
１．０Ｅ－０１
过滤器压差高
报警，４０分钟内
巡检现场切换
备用过滤器
１．０Ｅ－０１
关键报
警和人
员响应
ＬＺＳＨＨ２００５液
位高高限三取
二ＳＩＳ联锁
１．０Ｅ－０２
安全仪
表功能
ＳＩＬ１
１．０Ｅ－０４
甲醇分离器出液控制阀ＬＶ２００５Ａ／Ｂ故
障，开度过小，造成甲醇分离器Ｖ２００１满罐，循环气带液进压缩机。财产
损失
３１．０Ｅ－０４
ＬＶ２００５Ａ／
Ｂ故障，
开度过
小
１．０Ｅ－０１
ＬＩＡＳ２００５Ａ／Ｂ／
Ｃ液位高限报
警，４０分钟内通
过ＤＣＳ调整阀
门开度
１．０Ｅ－０１
关键报
警和人
员响应
ＬＺＳＨＨ２００５液
位高高限三取
二ＳＩＳ联锁
１．０Ｅ－０２
安全仪
表功能
ＳＩＬ１
１．０Ｅ－０４
甲醇分离器出液控制阀ＬＶ２００５Ａ／Ｂ故
障全开，导致甲醇分离器Ｖ２００１液位持续降低，进而造成气相高压串低压，造成下游系统超压人员
伤害
４１．０Ｅ－０５
ＬＶ２００５Ａ／
Ｂ故障
全开
１．０Ｅ－０１
ＬＩＡＳ２００５Ａ／Ｂ／
Ｃ液位低限报
警，４０分钟内通
过ＤＣＳ调整阀
门开度
１．０Ｅ－０１
关键报
警和人
员响应
ＬＩＡＳ２００５Ａ／Ｂ／
Ｃ低低限ＳＩＳ联
锁三取二切断
ＸＶ２００４
１．０Ｅ－０２
安全仪
表功能
ＳＩＬ１
ＰＳＶ２００３Ａ／Ｂ安
全阀
１．０Ｅ－０２
物理保
护
１．０Ｅ－０６
. All Rights Reserved.
豫公网安备41160202000603
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