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1、保護層分析（LOPA）方法簡介,,,,萬古軍,,,中國石化安全工程研究院 高級工程師,2,主要內容,什么是LOPA,1,LOPA步驟,2,LOPA其他要求,3,LOPA實例,4,3,1 什么是LOPA,4,?,,注：箭頭寬度代表后果頻率大小，長度代表后果嚴重性IPL—獨立保護層PFD—要求時失效概率,1 什么是LOPA,5,1 什么是LOPA,6,,,發(fā)展歷程,20世紀80年代末：美國化學品制造商協(xié)會出版了《責任關懷——

2、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(tǒng)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(fā)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(guī)則和應用。2003年：國際電工委員會（IEC）發(fā)布了IEC61511：過程工業(yè)領域安全儀表系統(tǒng)的功能安全，將LOPA技術作為確定安全儀

3、表系統(tǒng)完整性水平的推薦方法之一。,1 什么是LOPA,7,主要內容,什么是LOPA,1,LOPA步驟,2,LOPA其他要求,3,LOPA實例,4,8,2 LOPA步驟,,,,,9,2 LOPA步驟,,,10,2 LOPA步驟,,11,2 LOPA步驟,,后果嚴重性等級評估——泄漏量,12,2 LOPA步驟,,后果嚴重性等級評估——財產損失,13,,2 LOPA步驟,后果嚴重性等級評估——人員傷害,14,2 LOPA步驟,,后果嚴重性等級

4、評估——定量計算,15,2 LOPA步驟,,16,2 LOPA步驟,,17,,2 LOPA步驟,,獨立保護層能夠有效阻止后果的發(fā)生?；て髽I(yè)保護層作為IPL時，應滿足：,18,2 LOPA步驟,,,化工企業(yè)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。,19,2 LOPA步驟,,IPL,IPL,,,20,,,化工企業(yè)保護層作為IPL時，應滿足以下基本要求： b）

5、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。,2 LOPA步驟,21,,,化工企業(yè)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(zhí)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

6、，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。,2 LOPA步驟,22,,,化工企業(yè)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。,2 LOPA步驟,23,,化工企業(yè)典型的保護層及作為IPL的要求b） BPCS是執(zhí)行持續(xù)監(jiān)測和控制日常生產過程的控制系統(tǒng)，通過響

7、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(zhí)行元件組成。,2 LOPA步驟,24,,,化工企業(yè)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(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；——在同一個場景中，當滿足IPL的要求時，具有多個回路的BPCS宜作為一個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(zhí)行IPL要求的行動時同時執(zhí)行其它任務；——操作人員應有足夠的響應時間等。,27,,,化工企業(yè)典型的保護層及作為IPL的要求d） 安全儀表

9、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(tài)。一個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(guī)格、設計、調試、檢驗、維護和測試應按GB/T 21109的有關規(guī)定執(zhí)行。,2 LOPA步驟,29,,,化工企業(yè)典型的保護層及作為IPL的要求e）

10、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(huán)境中可能出現(xiàn)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。,2 LOPA步驟,30,,,化工企業(yè)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；——

11、在確定阻火器、隔爆器等設備的PFD時，應考慮其實際運行環(huán)境中可能出現(xiàn)的污染、堵塞、腐蝕、不恰當維護等因素對PFD進行修正；,2 LOPA步驟,31,,,化工企業(yè)典型的保護層及作為IPL的要求g） 工廠和社區(qū)應急響應——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個阻止后果C發(fā)生的IPL的PFD。,34,,,,在計算場景頻率時，可根據(jù)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。,2 LOPA步驟,35,,,,初始事件發(fā)生頻率和獨立保護層失效概率其數(shù)據(jù)可采用：a) 行業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)；b) 企業(yè)歷史統(tǒng)計數(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）供應商提供的數(shù)據(jù)。,2 LOPA步驟,36,,,,選擇失效數(shù)據(jù)時，應滿足以下要求：a）具有行業(yè)代表性；b）使用企業(yè)歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)時，只有該歷史數(shù)據(jù)充足并具有統(tǒng)計意義時才能使用；c）使用普通的行業(yè)數(shù)據(jù)時，可根據(jù)企業(yè)的具體條件對數(shù)據(jù)進行修正。,2 LOPA步驟,37,,,,a）可根據(jù)場景頻率計算結果和后果等級，使用定量數(shù)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(yè)可接受的水平。,2 LOPA步驟,38,,,2

14、 LOPA步驟,39,,,,b）風險決策宜采取ALARP原則：,2 LOPA步驟,,風 險 逐 漸 降 低,40,2 LOPA步驟,,,,a） 應對LOPA分析結果的執(zhí)行情況進行后續(xù)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。,41,主要內容,什么是LOPA,1,LOPA步驟,2,LOPA其他要求,3,LOPA實例,4,42,3 LOPA其他要求,,1)在使用LOPA前，企業(yè)應

15、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(xù)跟蹤管理機制。,,,43,3 LOPA其他要求,,2)LOPA應用時機在過程危害分析中出現(xiàn)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(fā)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

16、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。,,,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。,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）工藝包供應商；b

17、）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(yè)工程師。,,,46,3 LOPA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(zhí)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(shù)危險場景分析；,,,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(shù)據(jù)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；,,,49,主要內容,什么是LOPA,1,LOPA步驟,2,LOPA其他要求,3,LOPA實例,4,50,4 LOPA實例,,正己烷緩沖罐溢流,,,51,4 LOPA實例

19、,,1) 場景識別與篩選,52,4 LOPA實例,,53,4 LOPA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：f I= 1 × 10-1/a,54,4 LOPA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(tǒng)不能產生報警，從而不能提醒操作人員采

20、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(tǒng)，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(fā)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。,,,55,4 LOPA實例,,4）場景頻率計算,,,fiC=fiI×PFDd =1

21、×10-1/a×0.01 =1×10-3/a,56,4 LOPA實例,,5）風險評估與決策,,,57,4 LOPA實例,,5）風險評估與決策分析小組決定安裝一個獨立的SIF，其PFD為1×10-2，用于檢測和阻止溢流。對于場景，SIF將釋放事件的頻率從1×10－3/a降低到1×10－5/a。在風險矩陣中，對于后果等級4，頻率為1×10－5/a的事件“不需要采取

22、進一步行動”。6）后續(xù)跟蹤與審查確定建議措施的負責人和完成時間，并跟蹤落實。,,,58,,,,LOPA的魅力所在,魅力之一：更好的風險決策方法魅力之二：方便快捷的半定量方法魅力之三：實用的風險管理工具……,59,,,,魅力之一：更好的風險決策方法,與基于“風險對我而言可以接受”的主觀或情感上的判斷相比，LOPA提供了更好的風險決策基礎。與定性的方法相比，LOPA提供了更可靠地風險判斷，并給定了場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,與定量風險分析相比，LOPA花費的時間較少。LOPA可以提高危害評估會議的效率。以關注于場景的研究方法，可以發(fā)現(xiàn)那些已進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：實用的風險管理工具,LOPA的信息可以幫助工廠決定操作、維護以及相關培訓的重點放在哪些防護措施上。LOPA可用于識別操作人員的關鍵安全行為和關鍵安全響應。這將有助于在企業(yè)過程生命周