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1、保護(hù)層分析（LOPA）方法簡介,,,,萬古軍,,,中國石化安全工程研究院 高級(jí)工程師,2,主要內(nèi)容,什么是LOPA,1,LOPA步驟,2,LOPA其他要求,3,LOPA實(shí)例,4,3,1 什么是LOPA,4,?,,注：箭頭寬度代表后果頻率大小，長度代表后果嚴(yán)重性IPL—獨(dú)立保護(hù)層PFD—要求時(shí)失效概率,1 什么是LOPA,5,1 什么是LOPA,6,,,發(fā)展歷程,20世紀(jì)80年代末：美國化學(xué)品制造商協(xié)會(huì)出版了《責(zé)任關(guān)懷——

2、過程安全管理實(shí)施準(zhǔn)則》，書中建議將“足夠的保護(hù)層”作為有效的過程安全管理系統(tǒng)的一個(gè)組成部分。1993年：美國CCPS《化工過程安全自動(dòng)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(fā)布了《保護(hù)層分析——簡化的過程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估》，書中詳細(xì)地討論了LOPA的基本規(guī)則和應(yīng)用。2003年：國際電工委員會(huì)（IEC）發(fā)布了IEC61511：過程工業(yè)領(lǐng)域安全儀表系統(tǒng)的功能安全，將LOPA技術(shù)作為確定安全儀

3、表系統(tǒng)完整性水平的推薦方法之一。,1 什么是LOPA,7,主要內(nèi)容,什么是LOPA,1,LOPA步驟,2,LOPA其他要求,3,LOPA實(shí)例,4,8,2 LOPA步驟,,,,,9,2 LOPA步驟,,,10,2 LOPA步驟,,11,2 LOPA步驟,,后果嚴(yán)重性等級(jí)評(píng)估——泄漏量,12,2 LOPA步驟,,后果嚴(yán)重性等級(jí)評(píng)估——財(cái)產(chǎn)損失,13,,2 LOPA步驟,后果嚴(yán)重性等級(jí)評(píng)估——人員傷害,14,2 LOPA步驟,,后果嚴(yán)重性等級(jí)

4、評(píng)估——定量計(jì)算,15,2 LOPA步驟,,16,2 LOPA步驟,,17,,2 LOPA步驟,,獨(dú)立保護(hù)層能夠有效阻止后果的發(fā)生。化工企業(yè)保護(hù)層作為IPL時(shí)，應(yīng)滿足：,18,2 LOPA步驟,,,化工企業(yè)保護(hù)層作為IPL時(shí)，應(yīng)滿足以下基本要求： a）獨(dú)立性——應(yīng)獨(dú)立于初始事件；——應(yīng)獨(dú)立于同一場(chǎng)景中的其它獨(dú)立保護(hù)層。,19,2 LOPA步驟,,IPL,IPL,,,20,,,化工企業(yè)保護(hù)層作為IPL時(shí)，應(yīng)滿足以下基本要求： b）

5、有效性——應(yīng)能檢測(cè)到響應(yīng)的條件；——在有效的時(shí)間內(nèi)，應(yīng)能及時(shí)響應(yīng)；——在可用的時(shí)間內(nèi)，應(yīng)有足夠的能力采取所要求的行動(dòng)?！獞?yīng)滿足所選擇的PFD的要求。,2 LOPA步驟,21,,,化工企業(yè)保護(hù)層作為IPL時(shí)，應(yīng)滿足以下基本要求： c）安全性。應(yīng)使用管理控制或技術(shù)手段減少非故意的或未授權(quán)的變動(dòng)。d）變更管理。設(shè)備、操作程序、過程條件等任何改動(dòng)應(yīng)執(zhí)行變更管理程序，以滿足變更后保護(hù)層的IPL要求。e）可審查性。應(yīng)有相應(yīng)的信息資料

6、，以說明保護(hù)層的設(shè)計(jì)、檢查、維護(hù)、測(cè)試和運(yùn)行活動(dòng)能夠使保護(hù)層達(dá)到IPL的要求。,2 LOPA步驟,22,,,化工企業(yè)典型的保護(hù)層及作為IPL的要求a）本質(zhì)安全設(shè)計(jì)——當(dāng)本質(zhì)安全設(shè)計(jì)可消除某些場(chǎng)景時(shí)，不應(yīng)作為IPL；——當(dāng)考慮本質(zhì)安全設(shè)計(jì)在運(yùn)行和維護(hù)過程中的失效時(shí)，在某些場(chǎng)景中，可將其作為一種IPL。,2 LOPA步驟,23,,化工企業(yè)典型的保護(hù)層及作為IPL的要求b） BPCS是執(zhí)行持續(xù)監(jiān)測(cè)和控制日常生產(chǎn)過程的控制系統(tǒng)，通過響

7、應(yīng)過程或操作人員的輸入信號(hào)，產(chǎn)生輸出信息，使過程以期望的方式運(yùn)行。由傳感器、邏輯控制器和最終執(zhí)行元件組成。,2 LOPA步驟,24,,,化工企業(yè)典型的保護(hù)層及作為IPL的要求b） BPCSBPCS作為IPL應(yīng)滿足以下要求：——BPCS應(yīng)與安全儀表系統(tǒng)（SIS）在物理上分離，包括傳感器、邏輯控制器和最終執(zhí)行元件；——BPCS故障不是造成初始事件的原因；——在同一個(gè)場(chǎng)景中，當(dāng)滿足IPL的要求時(shí)，具有多個(gè)回路的BPCS宜作為一個(gè)IP

8、L。,2 LOPA步驟,25,2 LOPA步驟,,,,26,2 LOPA步驟,,,化工企業(yè)典型的保護(hù)層及作為IPL的要求c） 報(bào)警和人員響應(yīng)——操作人員應(yīng)能夠得到采取行動(dòng)的指示或報(bào)警；——操作人員應(yīng)訓(xùn)練有素，能夠完成特定報(bào)警所要求的操作任務(wù)；——任務(wù)應(yīng)具有單一性和可操作性，不宜要求操作人員執(zhí)行IPL要求的行動(dòng)時(shí)同時(shí)執(zhí)行其它任務(wù)；——操作人員應(yīng)有足夠的響應(yīng)時(shí)間等。,27,,,化工企業(yè)典型的保護(hù)層及作為IPL的要求d） 安全儀表

9、功能（SIF）通過檢測(cè)超限（異常）條件，控制過程進(jìn)入功能安全狀態(tài)。一個(gè)安全儀表功能由傳感器、邏輯控制器和最終執(zhí)行元件組成，具有一定的SIL。,2 LOPA步驟,28,,,化工企業(yè)典型的保護(hù)層及作為IPL的要求d） 安全儀表功能（SIF）——SIF在功能上獨(dú)立于BPCS；——SIF的規(guī)格、設(shè)計(jì)、調(diào)試、檢驗(yàn)、維護(hù)和測(cè)試應(yīng)按GB/T 21109的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。,2 LOPA步驟,29,,,化工企業(yè)典型的保護(hù)層及作為IPL的要求e）

10、物理保護(hù)（安全閥、爆破片等）——獨(dú)立于場(chǎng)景中的其他保護(hù)層；——在確定安全閥、爆破片等設(shè)備的PFD時(shí)，應(yīng)考慮其實(shí)際運(yùn)行環(huán)境中可能出現(xiàn)的污染、堵塞、腐蝕、不恰當(dāng)維護(hù)等因素對(duì)PFD進(jìn)行修正；——當(dāng)物理保護(hù)作為IPL時(shí)，應(yīng)考慮物理保護(hù)起作用后可能造成的其他危害，并重新假設(shè)LOPA場(chǎng)景進(jìn)行評(píng)估。,2 LOPA步驟,30,,,化工企業(yè)典型的保護(hù)層及作為IPL的要求f） 釋放后保護(hù)設(shè)施（安全閥、爆破片等）——獨(dú)立于場(chǎng)景中的其他保護(hù)層；——

11、在確定阻火器、隔爆器等設(shè)備的PFD時(shí)，應(yīng)考慮其實(shí)際運(yùn)行環(huán)境中可能出現(xiàn)的污染、堵塞、腐蝕、不恰當(dāng)維護(hù)等因素對(duì)PFD進(jìn)行修正；,2 LOPA步驟,31,,,化工企業(yè)典型的保護(hù)層及作為IPL的要求g） 工廠和社區(qū)應(yīng)急響應(yīng)——其有效性受多種因素影響，一般不作為IPL,2 LOPA步驟,32,,通常不作為IPL的防護(hù)措施,2 LOPA步驟,33,2 LOPA步驟,,,式中：fiC——初始事件i的后果C的發(fā)生頻率，單位為 /a；fiI——初

12、始事件i的發(fā)生頻率，單位為 /a；PFDij——初始事件i中第j個(gè)阻止后果C發(fā)生的IPL的PFD。,34,,,,在計(jì)算場(chǎng)景頻率時(shí)，可根據(jù)需要對(duì)場(chǎng)景頻率進(jìn)行修正：采用點(diǎn)火概率、人員暴露和具體傷害的概率對(duì)不同后果場(chǎng)景頻率進(jìn)行修正。,2 LOPA步驟,35,,,,初始事件發(fā)生頻率和獨(dú)立保護(hù)層失效概率其數(shù)據(jù)可采用：a) 行業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)；b) 企業(yè)歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)；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(shù)

13、據(jù)；d）供應(yīng)商提供的數(shù)據(jù)。,2 LOPA步驟,36,,,,選擇失效數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)滿足以下要求：a）具有行業(yè)代表性；b）使用企業(yè)歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)時(shí)，只有該歷史數(shù)據(jù)充足并具有統(tǒng)計(jì)意義時(shí)才能使用；c）使用普通的行業(yè)數(shù)據(jù)時(shí)，可根據(jù)企業(yè)的具體條件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。,2 LOPA步驟,37,,,,a）可根據(jù)場(chǎng)景頻率計(jì)算結(jié)果和后果等級(jí)，使用定量數(shù)值風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)、風(fēng)險(xiǎn)矩陣等形式進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與決策，將風(fēng)險(xiǎn)降低到企業(yè)可接受的水平。,2 LOPA步驟,38,,,2

14、 LOPA步驟,39,,,,b）風(fēng)險(xiǎn)決策宜采取ALARP原則：,2 LOPA步驟,,風(fēng) 險(xiǎn) 逐 漸 降 低,40,2 LOPA步驟,,,,a） 應(yīng)對(duì)LOPA分析結(jié)果的執(zhí)行情況進(jìn)行后續(xù)跟蹤，對(duì)LOPA提出的降低風(fēng)險(xiǎn)行動(dòng)的實(shí)施情況進(jìn)行落實(shí)。b） LOPA的程序和分析結(jié)果可接受相關(guān)的審查。,41,主要內(nèi)容,什么是LOPA,1,LOPA步驟,2,LOPA其他要求,3,LOPA實(shí)例,4,42,3 LOPA其他要求,,1)在使用LOPA前，企業(yè)應(yīng)

15、確定：a）后果度量形式及后果分級(jí)方法；b）初始事件頻率的確定方法；c）獨(dú)立保護(hù)層要求時(shí)失效概率（PFD）的確定方法；d）風(fēng)險(xiǎn)度量形式和風(fēng)險(xiǎn)可接受標(biāo)準(zhǔn)；e）分析結(jié)果與建議的審查及后續(xù)跟蹤管理機(jī)制。,,,43,3 LOPA其他要求,,2)LOPA應(yīng)用時(shí)機(jī)在過程危害分析中出現(xiàn)以下情形時(shí)，可使用LOPA：a）事故場(chǎng)景后果嚴(yán)重，需要確定后果的發(fā)生頻率；?b）確定事故場(chǎng)景的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)以及事故場(chǎng)景中各種保護(hù)層降低的風(fēng)險(xiǎn)水平；c）確定安

16、全儀表功能（SIF）的安全完整性等級(jí)（SIL）；d）確定過程中的安全關(guān)鍵設(shè)備或安全關(guān)鍵活動(dòng)等。,,,44,3 LOPA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(shè)計(jì)人員；d）操作人員；,,,e）工藝人員；f）設(shè)備工程師g）儀表工程師；h）安全工程師。,45,3 LOPA其他要求,,3)LOPA小組組成根據(jù)需要，可要求以下人員參加LOPA：a）工藝包供應(yīng)商；b

17、）成套工藝設(shè)備供應(yīng)商；c）公用工程工程師；d）電氣工程師；e）其他專業(yè)工程師。,,,46,3 LOPA其他要求,,4)LOPA的局限性a）LOPA不是識(shí)別危險(xiǎn)場(chǎng)景的工具，LOPA的正確執(zhí)行取決于定性危險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法所得出的危險(xiǎn)場(chǎng)景，包括初始原因和相關(guān)的安全措施是否完全和正確；b）LOPA的意圖不是取代詳細(xì)的定量分析（QRA），QRA可以用于更復(fù)雜的少數(shù)危險(xiǎn)場(chǎng)景分析；,,,47,3 LOPA其他要求,,4)LOPA的局限性,,48,

18、3 LOPA其他要求,,4)LOPA的局限性c） 當(dāng)使用LOPA時(shí)，場(chǎng)景風(fēng)險(xiǎn)的可比性僅僅在如下條件滿足時(shí)才有可能：——選擇失效數(shù)據(jù)的方法相同；——采用相同的風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的比較。d）不同的公司由于采用的風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)施LOPA的方法不同，則LOPA的結(jié)果無法比較；,,,49,主要內(nèi)容,什么是LOPA,1,LOPA步驟,2,LOPA其他要求,3,LOPA實(shí)例,4,50,4 LOPA實(shí)例,,正己烷緩沖罐溢流,,,51,4 LOPA實(shí)例

19、,,1) 場(chǎng)景識(shí)別與篩選,52,4 LOPA實(shí)例,,53,4 LOPA實(shí)例,,1）場(chǎng)景識(shí)別與篩選,,,液位控制回路失效導(dǎo)致緩沖罐溢流，并且由于防火堤失效而導(dǎo)致溢出物流出防火堤,2）初始事件確認(rèn) 初始事件為液位控制回路失效，初始事件頻率為：f I= 1 × 10-1/a,54,4 LOPA實(shí)例,,3）獨(dú)立保護(hù)層評(píng)估BPCS報(bào)警和人員響應(yīng)： BPCS液位控制回路失效（初始事件）導(dǎo)致系統(tǒng)不能產(chǎn)生報(bào)警，從而不能提醒操作人員采

20、取行動(dòng)以阻止緩沖罐進(jìn)料。因此，BPCS產(chǎn)生的任何報(bào)警不能完全獨(dú)立于BPCS系統(tǒng)，不能作為獨(dú)立保護(hù)層安全閥：緩沖罐上的安全閥無法防止緩沖罐發(fā)生溢流，因此，對(duì)于本場(chǎng)景，安全閥不是獨(dú)立保護(hù)層防火堤：可作為IPL：如果按照設(shè)計(jì)運(yùn)行，防火堤可有效地包容儲(chǔ)罐的溢流；防火堤獨(dú)立于任何其他獨(dú)立保護(hù)層和初始事件。,,,55,4 LOPA實(shí)例,,4）場(chǎng)景頻率計(jì)算,,,fiC=fiI×PFDd =1

21、×10-1/a×0.01 =1×10-3/a,56,4 LOPA實(shí)例,,5）風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與決策,,,57,4 LOPA實(shí)例,,5）風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與決策分析小組決定安裝一個(gè)獨(dú)立的SIF，其PFD為1×10-2，用于檢測(cè)和阻止溢流。對(duì)于場(chǎng)景，SIF將釋放事件的頻率從1×10－3/a降低到1×10－5/a。在風(fēng)險(xiǎn)矩陣中，對(duì)于后果等級(jí)4，頻率為1×10－5/a的事件“不需要采取

22、進(jìn)一步行動(dòng)”。6）后續(xù)跟蹤與審查確定建議措施的負(fù)責(zé)人和完成時(shí)間，并跟蹤落實(shí)。,,,58,,,,LOPA的魅力所在,魅力之一：更好的風(fēng)險(xiǎn)決策方法魅力之二：方便快捷的半定量方法魅力之三：實(shí)用的風(fēng)險(xiǎn)管理工具……,59,,,,魅力之一：更好的風(fēng)險(xiǎn)決策方法,與基于“風(fēng)險(xiǎn)對(duì)我而言可以接受”的主觀或情感上的判斷相比，LOPA提供了更好的風(fēng)險(xiǎn)決策基礎(chǔ)。與定性的方法相比，LOPA提供了更可靠地風(fēng)險(xiǎn)判斷，并給定了場(chǎng)景頻率和后果的具體數(shù)值

23、。,60,,,,魅力之二：方便快捷的半定量方法,與定量風(fēng)險(xiǎn)分析相比，LOPA花費(fèi)的時(shí)間較少。LOPA可以提高危害評(píng)估會(huì)議的效率。以關(guān)注于場(chǎng)景的研究方法，可以發(fā)現(xiàn)那些已進(jìn)行過多次危害分析的成熟工藝中存在的未被發(fā)現(xiàn)的安全問題。,61,,,,魅力之三：實(shí)用的風(fēng)險(xiǎn)管理工具,LOPA的信息可以幫助工廠決定操作、維護(hù)以及相關(guān)培訓(xùn)的重點(diǎn)放在哪些防護(hù)措施上。LOPA可用于識(shí)別操作人員的關(guān)鍵安全行為和關(guān)鍵安全響應(yīng)。這將有助于在企業(yè)過程生命周