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SIL定级案例—正己烷缓冲罐溢流

发布时间:2018-07-02浏览:

SIL定级(LOPA)分析的典型案例
正己烷缓冲罐溢流
(1)工艺描述
简化P&ID见图G.1。示例的详细描述可参见《Layer of Protection Analysis—Simplified Process Risk Assessment》。来自上游工艺单元的正己烷进入正己烷缓冲罐T-401。正己烷供料管道总是带压。正己烷缓冲罐液位受液位控制回路(LIC-90)控制,LIC-90检测储罐液位,通过调节液位阀(LV-90)控制液位。正己烷输往下游工艺使用。LIC回路包括提醒操作人员的高液位报警(LAH-90)。储罐总容量为30 t,通常盛装一半的容量。储罐位于防火堤内,该防火堤能够容纳45 t正己烷。

图G.1  正己烷缓冲罐溢流
(2)场景识别与筛选
采用前期进行的HAZOP分析作为场景信息来源。正己烷缓冲罐T-401的HAZOP分析结果见表G.1。根据后果分级表F.3,筛选进行LOPA分析的场景。本例选择分析的场景为正己烷缓冲罐溢流,防火堤发生失效,导致大面积火灾,造成人员的伤亡,后果等级为5。
 
正己烷缓冲罐T-401 HAZOP分析
序号 偏差 原因 后果 现有防护措施 建议
1 液位高 流量控制阀LV-90误开大(如液位控制LIC失效,操作人员失误等)导致至正己烷缓冲罐T-401管线流量大 高压(见5) 1)液位监测,高液位报警
2)单元操作程序
建议安装一个SIS,在T-401高液位时切断进料。
2 液位低 上游工艺至正己烷缓冲罐T-401管线流量小或无流量 无后果:在下游倒空供料罐前,如果不填充,将引起潜在的过程中断    
3 温度高   无关心的后果    
4 温度低 低的环境温度,而缓冲罐内有水(见7) 缓冲罐底部或缓冲罐排水线或仪表线积累的水冻结,导致排水线断裂和泄漏    
5 压力高 高液位(见1) 1)正己烷通过释放阀泄放到防火堤内;如果防火堤不能包容释放物,可能造成大面积火灾
2)泄漏(如果超压值超过缓冲罐额定压力)(见8)
   
6 压力低 在蒸气吹扫后,冷却前缓冲罐发生堵塞 真空下缓冲罐塌陷导致设备破坏 标准程序和容器蒸气吹扫检查  
7 污染物浓度高 在蒸气吹扫和冲洗后,水没有完全排出 在低的环境温度期间,缓冲罐内积累的水可能冻结(见4)    
8 包容物损失 1)腐蚀/侵蚀
2)外部影响(如火灾)
3)液位高(见1)
4)垫片、填料或密封失效
5)不适当的维护
6)仪表或仪表线失效
7)材质缺陷
8)采样阀泄漏
9)通风口和排水阀泄漏
10)低温(见4)
正己烷泄漏,如果防火堤不能包容释放物,可能造成大面积火灾,造成人员伤亡 1)操作和维护程序,需要时隔离
2)能手动隔离缓冲罐
3)按照规范和标准进行预防性检测
4)安全阀,释放到缓冲罐防火堤内
5)防火堤容积能容纳正己烷45 t(1.5倍缓冲罐能力)
6)紧急响应程序
 
 

(3) IE确认
本例选定IE为BPCS液位控制回路失效,根据表E.1,其失效频率为1×10-1 /a。
(4) IPL评估
a)防火堤
一旦发生罐体溢流,合适的防火堤可以包容这些溢流物。如果防火堤失效,将发生大面积扩散,从而发生潜在的火灾、损害和死亡。防火堤满足IPL所有的要求,包括:
1)如果按照设计运行,防火堤可有效地包容储罐的溢流;
2)防火堤独立于任何其他独立保护层和IE;
3)可以审查防火堤的设计、建造和目前的状况。
对于本例,根据表E.3,防火堤的PFD取1 × 10-2
b)BPCS报警和人员响应行动
在本例中,人员行动不作为独立保护层,原因如下:
1)由于操作人员不总是在现场,在防火堤失效导致重大释放前,不能假设独立于任何报警的操作人员行动能有效地检测和阻止释放。
2)BPCS液位控制回路失效(IE)导致系统不能产生报警,从而不能提醒操作人员采取行动以阻止缓冲罐进料。因此,BPCS产生的任何报警不能完全独立于BPCS系统,不能作为独立保护层。
c)安全阀
缓冲罐上的安全阀无法防止缓冲罐发生溢流,因此,对于本场景,安全阀不是IPL。
(5) 场景频率计算
取点火概率为1,人员暴露概率为0.5,人员伤亡概率为0.5,则后果发生频率为:
fiC= fiI×PFDdike×Pig×Pex×Pd
=(1×10-1/a)×(1×10-2)×1×0.5×0.5
=2.5×10-4/a
=2×10-4/a(取整)
式中:
fiC——初始事件i的后果C的发生频率,单位为 /a;
fiI ——初始事件i的发生频率,单位为 /a;
PFDdike——防火堤的PFD;
Pig ——点火概率;
Pex ——人员暴露概率;
Pd ——人员伤亡概率。
(6) 风险评估与决策
缓冲罐LIC失效,溢流物未被防火堤包容,溢出物被点燃,造成人员伤亡,后果等级为5级。事件发生的频率为2×10-4 /a。根据后果等级5和频率2×10-4 /a,查询表F.2,其风险等级为高风险,要求:选择合适的时机采取行动。
分析小组决定安装一个独立的SIF,用于检测和阻止溢流。本SIF采用独立的液位传感器,逻辑控制器和独立的截断阀,见图G.2中粗线部分。当检测到高液位时,该SIF联锁关流量控制阀LV-90和远程截断阀。可根据企业具体的风险控制要求,确定该SIF的SIL。在本例中,确定该SIF的FPD为1×10-2(SIL1)。对于场景,SIF将释放事件的频率从2×10-4 /a降低到2×10-6 /a。在风险矩阵中,对于后果等级5,频率为2×10-6 /a的事件,其风险等级为中风险,要求:可选择性的采取行动。此时,企业可采用成本效益分析,决定是否需采用额外的措施进一步降低风险。
 

正己烷缓冲罐溢流(增加IPL后)
(7) LOPA记录表
本案例LOPA记录表见下表。

LOPA记录表
公司名称   装置名称   时间  
工艺单元   分析组成员   图纸号  
分析节点 正己烷缓冲罐
序号 场景 后果 初始事件 使能必要事件/条件 条件修正 IPL 其他保护措施 后果发生频率 现有风险等级 需求的SIL等级或建议的IPL 减缓后的后果发生频率 减缓后的风险等级 备注
描述 等级 描述 频率
(/a)
描述 概率 点火概率 人员暴露概率 致死概率 描述 IPL类别 PFD 描述 IPL类别 PFD
1 正己烷缓冲罐溢流,溢流物未被防火堤包容 由于储罐溢流和防火堤失效,导致释放的正己烷流出防火堤,发生火灾和人员伤亡 5 BPCS LIC控制回路失效 1×10-1 1 0.5 0.5 防火堤 释放后保护设施 1×10-2 人员响应行动 2.5×10-4 高风险 增加一个独立的SIF,用于检测和阻止溢流 SIF 1×10-2
( SIL1)
2.5×10-6 中风险 1.人员行动不作为IPL,原因如下:
——操作人员不总是在现场;
——BPCS液位控制回路失效(IE)导致系统不能产生报警,从而不能提醒操作人员采取行动以阻止缓冲罐进料。
2.企业可采用成本效益分析,决定是否需采用额外的措施进一步降低风险
 
 

 
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