LOPA&SIL定级介绍及常见问题浅析2018(张作本)

,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,1-,53,LOPA&SIL,定级介绍及常见问题浅析,2018.06,张作本,课程内容,SIL,定级的方法介绍,矩阵法,-,定性,风险图法,-,半定性,保护层分析法,-,半定量,LOPA,的优势和使用范围,LOPA&SIL,分析的准备事项和实施,LOPA&SIL,定级分析难点,SIL,定级方法,目前的,SIL,选择有三种方法：,1.,矩阵法,-,定性,2.,风险图法,-,半定性,3.,保护层分析法,-,半定量,SIL,选择三种方法,确定,SIF,，以及保护的场景,(,包括原因，独立保护层，后果）,确定风险矩阵,风险矩阵，明确可接受风险等级,确定初始风险,确定具有独立保护层后的风险,确定,SIL,等级,SIL,定级,-,矩阵法,风险矩阵解读,在考虑人员伤害时，没有考虑到当物料泄漏时，人员是否出现在现场的概率,也没有考虑到，物料泄漏后，后果是否能被纠正的可能性（例如各种探头、消防、人员防护等）,为了纠正矩阵法的弊端，引入了物料泄漏后的后果纠正的方法，就叫做风险图法,矩阵法的弊端,人员出现在风险区的修正因子,F,有,2,个选择，经常或不经常，按照,IEC61511,附件,E,的做法，用,F,A,代表不经常，,F,B,代表经常（以,10%,的工作时间计算）,物料泄漏以后的后果修正因子,P,有,2,个选择，可能避免与不太可能避免，,P,A,代表很可能避免,，,P,B,代表不太可能避免,对于,SIF,的要求频率，在考虑其他,IPL,的情况下，用,W,来修正，,W1,，,W2,，,W3,，解释见,IEC 61511,附录,D.2,风险图的几个纠正参数的解释,确定联锁，筛选出,SIF,，以及保护的场景,确定保护场景的后果类型，以及后果等级（,C,A, C,B, C,C, C,D,),假如有人员伤害，确定人员出现在危险区域的概率,F,A,，,F,B,，以及接触危险物料后，后果出现的概率，,P,A,与,P,B,，在考虑初始事件，不考虑,SIF,但考虑其他保护层存在的情况下，确定事故场景对,SIF,要求频率,W,1,，,W,2,，,W,3,对于财产损失，环境污染的场景，除了人员出现在危险区域的频率以外，其他的后果概率，以及对,SIF,的要求频率一样要考虑,风险图法,-SIL,等级确定,风险图介绍,-,人员伤害,风险图介绍,-,非人员伤害,评估,SIL,需求时，风险图表是一种非常有用但较粗的工具。（一种方法，使用了,5,个参数,C,、,F,、,P,、,W,、,SIL,，每一个的值都有一个数量级的范围，将不可避免地产生较大的偏差。）,必须在一个保守的基准上进行标准化，以免低估了未防护的风险以及风险消除量,/,保护需求度而带来的危险。,更高的,SIL,需求将导致企业成本增加。这时就需要一种更优良的,SIL,定级分析方法,LOPA,保护层分析法。,风险图法的弊端,保护层分析总体介绍,Layer of Protection Analysis Overview,What is Layer of Protection Analysis,什么是保护层分析,Layer of Protection Analysis,保护层分析,保护层分析（,LOPA,）是在,HAZOP,分析的基础上，进一步评估保护层的有效性，并进行风险决策的系统方法。,Scope of LOPA application,LOPA,应用范围,事故场景后果严重，需要确定后果的发生频率；,确定事故场景的风险等级以及事故场景中各种保护层降低的风险水平；,c,）确定安全仪表功能（,SIF,）的安全完整性等级（,SIL,）；,d,）确定过程中的安全关键设备或安全关键活动等。,Strength of Layer of Protection Analysis,保护层分析的优势,保护层分析（,LOPA,）是基于事故场景的一种半定量分析方法。分析更具针对性。,-,方便快捷的半定量方法,保护层分析（,LOPA,）可以确定工艺过程是否有足够的保护层，风险是否可以满足企业的风险标准。,-,更好的风险决策方法,保护层分析（,LOPA,）可以确定安全仪表系统的,SIL,等级。,Strength of Layer of Protection Analysis,保护层分析的优势,对装置保护措施的一次系统梳理，为每个独立保护层提供了更清楚的功能要求；,可以辨识出一些需要额外保护措施的场景；,LOPA,的分析结果可以帮助组织决定操作、维护以及相关培训的重点放在哪些防护措施上；,Limit of Layer of Protection Analysis,LOPA,的局限性,a,）,LOPA,不是识别危险场景的工具，,LOPA,的正确执行取决于定性危险评价方法所得出的危险场景，包括初始原因和相关的安全措施是否完全和正确；,b,）,LOPA,的意图不是取代详细的定量分析（,QRA,），,QRA,可以用于更复杂的少数危险场景分析；,Development of Layer of Protection Analysis,保护层分析方法的发展,20,世纪,80,年代末：美国化学品制造商协会出版了,责任关怀,过程安全管理实施准则,，书中建议将,“,足够的保护层,”,作为有效的过程安全管理系统的一个组成部分。,1993,年：美国,CCPS,化工过程安全自动化指南,，书中建议将,LOPA,作为确定安全仪表功能完整性水平的方法之一。,Development of Layer of Protection Analysis,保护层分析方法的发展,2001,年：,CCPS,发布了,保护层分析,简化的过程风险评估,，书中详细地讨论了,LOPA,的基本规则和应用。,2003,年：国际电工委员会（,IEC,）发布了,IEC61511,：,FUNCTIONAL SAFETY,SAFETY INSTRUMENTED SYSTEMS FOR THE PROCESS INDUSTRY SECTOR,过程工业领域安全仪表系统的功能安全,，将,LOPA,技术作为确定安全仪表系统完整性水平的推荐方法之一。,Development of Layer of Protection Analysis,保护层分析方法的发展,2015,年：,保护层分析,(LOPA),方法应用导则,(AQ/T 3054-2015),。,Development of Layer of Protection Analysis,保护层分析方法的发展,LOPA,分析标准规范解读（,AQ/T 3054-2015,）,保护层分析（,Layer of protection analysis,，简称,LOPA,）是在定性危害分析的基础上，进一步评估保护层的有效性，并进行风险决策的系统方法，其主要目的是确定是否有足够的保护层使过程风险满足企业的风险可接受标准。,LOPA,是一种半定量的风险评估技术，通常使用初始事件频率、后果严重程度和独立保护层（,IPL,）失效频率的数量级大小来近似表征场景的风险。,LOPA preparing and implementing,保护层分析法准备与实施,LOPA preparing and implementing,保护层分析法准备与实施,在使用,LOPA,前，企业应确定：,a,）后果度量形式及后果分级方法；,b,）初始事件频率的确定方法；,c,）独立保护层要求时失效概率（,PFD,）的确定方法；,d,）风险度量形式和风险可接受标准；,e,）分析结果与建议的审查及后续跟踪管理机制。,LOPA preparing and implementing,保护层分析法准备与实施,LOPA,小组成员,可包括但不限于以下人员：,a,）组长；,b,）记录员；,b,）操作人员；,c,）工艺人员；,d,）仪表工程师；,e,）安全工程师。,LOPA preparing and implementing,保护层分析法准备与实施,LOPA,小组成员,根据需要，可要求以下人员参加,LOPA,：,a,）工艺设计、工艺包供应商人员；,b,）设备工程师；,c,）公用工程工程师；,d,）管道,/,机械,/,电气,/,催化剂专家；,e,）其他专业工程师。,如果,LOPA,是基于,HAZOP,分析的结果，,LOPA,小组人员组成宜包括,HAZOP,分析小组成员。,LOPA preparing and implementing,保护层分析法准备与实施,在使用,LOPA,前，企业应确定：,a,）后果度量形式及后果分级方法；,b,）初始事件频率的确定方法；,c,）独立保护层要求时失效概率（,PFD,）的确定方法；,d,）风险度量形式和风险可接受标准；,e,）分析结果与建议的审查及后续跟踪管理机制。,LOPA preparing and implementing,保护层分析法准备与实施,保护层分析的基本流程：,1,）场景识别与筛选。,LOPA,通常评估先前危害分析研究中识别的场景。分析人员对这些场景后果的严重性进行评估，并根据后果严重性评估结果对场景进行筛选；,2,）选择事故场景。,LOPA,一次只能选择一个场景，场景应是单一的“原因,/,后果对”；,3,）确定场景,IE,。,IE,包括外部事件、设备故障和人员行为失效；,4,）,IPL,评估。评估现有的防护措施是否满足,IPL,的要求是,LOPA,的核心内容；,LOPA preparing and implementing,保护层分析法准备与实施,保护层分析的基本流程：,5,）场景频率计算。将后果、,IE,频率和,IPL,的,PFD,等相关数据进行计算，确定场景风险；,6,）评估风险，作出决策。根据风险评估结果，确定是否采取相应措施降低风险；,7,）后续跟踪和审查。,LOPA,分析完成后，对提出降低风险措施的落实情况应进行跟踪。应对,LOPA,的程序和分析结果进行审查。,LOPA preparing and implementing,保护层分析法准备与实施,保护层分析的基本流程,LOPA preparing and implementing,保护层分析法准备与实施,LOPA,记录表（竖表）,场景编号：,设备编号：,场景名称：,时间：,描述,概率,频率（,/a,）,后果描述,/,等级,风险容忍标准（等级,/,频率）,IE,（频率）,使能事件或条件,条件修正（如果适用）,点火概率,人在影响区域的概率,致死概率,其他,减缓前的后果频率,IPL,防护措施（非,IPL,）,所有,IPLs,的总,PFD,减缓后的后果频率,是否满足风险容忍标准？（是,/,否）,满足风险容忍标准需要采取的行动：,备注：,参考资料（相关的早期危害审查、,PFD,、,P&ID,等）：,LOPA,分析小组人员：,LOPA preparing and implementing,保护层分析法准备与实施,LOPA,记录表（横表）,场景编号：,设备编号：,场景名称：,LOPA,分析小组人员：,时间：,参考资料：,场景定义,减缓前后果频率,IPL,其他防护措施,所有,IPL,总,PFD,减缓后的后果频率,是否满足风险容忍标准,满足风险容忍标准所要采取的行动,备注,后果描述,风险容忍标准,IE,使能事件或条件,条件修正,点火概率,人在影响区的概率,致死概率,其他,概率,/,频率（,/a,）,LOPA preparing and implementing,保护层分析法准备与实施,LOPA,文档,1.,文档应完整、准确地记录场景评估过程中获得的信息。应记录的信息包括：,a,）风险标准；,b,）后果的详细描述；,c,）,IE,、使能事件或条件及频率修正；,d,）场景中所有的保护层及,IPL,；,e,）风险评估结果及降低风险的行动；,f,）分析中使用的文件资料；,g,）分析成员；,h,）其他。,10.2 LOPA,分析结束时，应生成,LOPA,报告。,LOPA,报告应包括以下内容：,a),场景的信息来源说明；,b),企业的风险标准；,c) IE,发生频率和,IPL,的,PFD,；,d),场景中,IPL,和非,IPL,的评估结果；,e),场景的风险评估结果；,f),满足风险标准要求采取的行动及后续跟踪；,g),如果有必要，对需要采取不同技术进行深入研究的问题提出建议；,h),对分析期间所发现的不确定情况及不确定数据的处理；,i,）分析小组使用的所有图纸、说明书、数据表和危险分析报告等的清单（包括引用的版本号）；,j,）参加分析的小组成员名单。,10.3 LOPA,报告应经小组成员签字确认。若,LOPA,小组不能达成一致意见，应记录原因。,11 LOPA,后续跟踪及审查,11.1,应对,LOPA,分析结果的执行情况进行后续跟踪，对,LOPA,提出的降低风险行动的实施情况进行落实。,11.2 LOPA,的程序和分析结果可接受相关的审查。,LOPA preparing and implementing,保护层分析法准备与实施,LOPA,文档,LOPA,分析结束时，应生成,LOPA,报告，内容应包括,:,a),场景的信息来源说明；,b),企业的风险标准；,c) IE,发生频率和,IPL,的,PFD,；,d),场景中,IPL,和非,IPL,的评估结果；,e),场景的风险评估结果；,f),满足风险标准要求采取的行动及后续跟踪；,g),如果有必要，对需要采取不同技术进行深入研究的问题提出建议；,h),对分析期间所发现的不确定情况及不确定数据的处理；,i,）分析小组使用的所有图纸、说明书、数据表和危险分析报告等的清单（包括引用的版本号）；,j,）参加分析的小组成员名单。,LOPA preparing and implementing,保护层分析法准备与实施,LOPA,文档,3. LOPA,报告应经小组成员签字确认。若,LOPA,小组不能达成一致意见，应记录原因。,LOPA,后续跟踪及审查,1.,应对,LOPA,分析结果的执行情况进行后续跟踪，对,LOPA,提出的降低风险行动的实施情况进行落实。,2. LOPA,的程序和分析结果可接受相关的审查。,LOPA&SIL,定级分析常见问题及对策浅析,LOPA&SIL,定级分析常见问题及对策浅析,LOPA&,SIL,定级分析常见问题及对策浅析,难点,1,：避免疏漏高危场景,对策：比对物料,SDS,、图纸、,HAZOP,报告和联锁因果图,难点,2,：,HAZOP,分析报告质量较低,对策：依据图纸对重点设备的高危场景进行梳理,难点,3,：,LOPA,分析中复杂场景后果的确定,对策：深入讨论物料特性、反应机理、失效模式、设备设计极限、人员分布等,难点,4,：点火概率的选取,对策：根据物料特性、物料点火区域、点火源管控情况等进行修正,Independent Protection Layer Identification,独立保护层识别,LOPA&,SIL,定级分析常见问题及对策浅析,难点,5,：有效的独立保护层的的确定,对策：依据独立保护层的五个特性严格审查并确定,Independent Protection Layer Identification,独立保护层识别,IPL,确定原则,化工企业保护层作为,IPL,时，应满足以下基本要求：,a,）独立性：,应独立于,IE,的发生及其后果；,应独立于同一场景中的其它,IPL,。,b,）功能性：,应能检测到响应的条件；,在有效的时间内，应能及时响应；,在可用的时间内，应有足够的能力采取所要求的行动,。,Independent Protection Layer Identification,独立保护层识别,c,）可靠性。在规定的时间周期内，保护层应能完成要求的动作。如：一个保护层是向容器吹扫,5 min,，那么，一旦开始吹扫，,IPL,应满足能够持续,5 min,。,d,）变更管理。应对设备、操作程序、原料、过程条件等任何改动进行复查、建档及核准工作，以满足变更后保护层的有效性要求。,Independent Protection Layer Identification,独立保护层识别,e,）可审查性：,审查程序应确认如果,IPL,按照设计发生作用，将有效地阻止后果；,审查应确认,IPL,的设计、安装、功能测试和维护系统的合适性，以满足,IPL,的使用要求。,Independent Protection Layer Identification,独立保护层识别,化工企业典型保护层作为,IPL,的要求,1,本质更安全设计：,a,）当本质更安全设计用来消除某些场景时，不应作为,IPL,；,b,）当考虑本质更安全设计在运行和维护过程中的失效时，在某些场景中，可将其作为一种,IPL,。,Independent Protection Layer Identification,独立保护层识别,化工企业典型保护层作为,IPL,的要求,2 BPCS,：,a,）,BPCS,作为,IPL,应满足以下要求：,BPCS,应与安全仪表系统（,SIS,）在物理上分离，包括传感器、逻辑控制器和最终执行元件；,BPCS,故障不是造成,IE,的原因；,BPCS,有可用的、合适的传感器与最终执行元件（包括人员干预）来执行,SIS,相似的功能。,Independent Protection Layer Identification,独立保护层识别,化工企业典型保护层作为,IPL,的要求,2 BPCS,：,b,）在同一个场景中，当满足,IPL,的要求时，具有多个回路的,BPCS,宜作为一个,IPL,。,c,）当,BPCS,通过报警或其他形式提醒操作人员采取行动时，宜将这种保护考虑为关键报警和人员响应保护层。,Independent Protection Layer Identification,独立保护层识别,化工企业典型保护层作为,IPL,的要求,3,关键报警和人员响应,关键报警和操作人员响应作为,IPL,，应满足以下要求：,a,）操作人员应能够得到采取行动的指示或报警，这种指示或报警必须始终对操作人员可用；,b,）操作人员应训练有素，能够完成特定报警所触发的操作任务；,c,）任务应具有单一性和可操作性，不宜要求操作人员执行,IPL,要求的行动时同时执行其它任务；,d,）操作人员应有足够的响应时间；,e,）操作人员的工作量及其身体条件合适等。,Independent Protection Layer Identification,独立保护层识别,化工企业典型保护层作为,IPL,的要求,4,安全仪表功能（,SIF,）：,a,）,SIF,在功能上独立于,BPCS,时，应被视为一种,IPL,；,b,）,SIF,的规格、设计、调试、检验、维护和测试应按,GB/T 21109,的有关规定执行。,Independent Protection Layer Identification,独立保护层识别,化工企业典型保护层作为,IPL,的要求,5,物理保护（安全阀、爆破片等）：,a,）当物理保护能够阻止场景向不利后果发展时，独立于场景中的其他保护层；,b,）物理保护应有合适的设计、运行和维护程序。,Independent Protection Layer Identification,独立保护层识别,化工企业典型保护层作为,IPL,的要求,6,释放后保护设施：,a,）当作为,IPL,时，应保证其设计、建造、安装和维护正确；,b,）耐火涂层作为,IPL,时，应满足：,耐火涂层能有效防止后果或为采取其它行动提供了充足的时间；,耐火涂层应在火灾和灭火行动中保持完好。,Independent Protection Layer Identification,独立保护层识别,化工企业典型保护层作为,IPL,的要求,工厂和社区应急响应：,其有效性受多种因素影响，一般不作为,IPL,Independent Protection Layer Identification,独立保护层识别,通常不作为,IPL,的防护措施,防护措施,说明,培训和取证,在确定操作人员行动的,PFD,时，需要考虑这些因素，但是它们本身不是,IPL,。,程序,在确定操作人员行动的,PFD,时，需要考虑这些因素，但是它们本身不是,IPL,。,正常的测试和检测,正常的测试和检测将影响某些,IPL,的,PFD,，延长测试和检测周期可能增加,IPL,的,PFD,。,维护,维护活动将影响某些,IPL,的,PFD,。,通信,作为一种基础假设，假设工厂内具有充足的通信。差的通信将影响某些,IPL,的,PFD,。,标识,标识自身不是,IPL,，标识可能不清晰、模糊、容易被忽略等。标识可能影响某些,IPL,的,PFD,。,火灾保护,火灾保护的可用性和有效性受到所包围的火灾,/,爆炸的影响。如果在特定的场景中，企业能够证明它满足,IPL,的要求，则可将其作为,IPL,。,Independent Protection Layer Identification,独立保护层识别,化工企业典型的保护层,保护层,描述,说明,示例,本质更安全设计,从根本上消除或减少工艺系统存在的危害。,企业可根据具体场景需要，确定是否将其作为,IPL,。,容器设计可承受高温、高压等。,基本过程控制系统（,BPCS,）,BPCS,是执行持续监测和控制日常生产过程的控制系统，通过响应过程或操作人员的输入信号，产生输出信息，使过程以期望的方式运行。由传感器、逻辑控制器和最终执行元件组成。,BPCS,可以提供三种不同类型的安全功能作为,IPL,：,1,）连续控制行动：保持过程参数维持在规定的正常范围以内，防止,IE,发生；,2,）报警行动：识别超出正常范围的过程偏差，并向操作人员提供报警信息，促使操作人员采取行动（控制过程或停车）；,3,）逻辑行动：行动将导致停车，使过程处于安全状态。,关键报警和人员响应,关键报警和人员响应是操作人员或其它工作人员对报警响应，或在系统常规检查后，采取的防止不良后果的行动。,通常认为人员响应的可靠性较低，应慎重考虑人员行动作为独立保护层的有效性。,安全仪表功能（,SIF,）,安全仪表功能通过检测超限（异常）条件，控制过程进入功能安全状态。一个安全仪表功能由传感器、逻辑控制器和最终执行元件组成，具有一定的,SIL,。,安全仪表功能,SIF,在功能上独立于,BPCS,。,SIL,分级可见,GB/T 21109,。,1,）安全仪表功能,SIL1,；,2,）安全仪表功能,SIL2,；,3,）安全仪表功能,SIL3,。,Independent Protection Layer Identification,独立保护层识别,化工企业典型的保护层,保护层,描述,说明,示例,物理保护,提供超压保护，防止容器的灾难性破裂。,包括安全阀、爆破片等，其有效性受服役条件的影响较大。,1,）单个弹簧式安全阀，处于清洁的服役环境，未出现过堵塞或污垢，安全阀前后无截止阀或截止阀的开,/,关是可以监控的状态；,2,）双冗余弹簧式安全阀，处于清洁的服役环境，安全阀尺寸应满足危险场景发生时的泄放量要求，安全阀前后无截止阀；,3,）为满足泄放量要求安装多个安全阀；,4,）单个弹簧式安全阀，处于潜在堵塞的服役环境；,5,）先导式安全阀，处于清洁的服役环境，未出现过堵塞或污垢；,6,）和爆破片串联的弹簧式安全阀等。,释放后保护设施,释放后保护设施是指危险物质释放后，用来降低事故后果（如大面积泄漏扩散、受保护设备和建筑物的冲击波破坏、容器或管道火灾暴露失效、火焰或爆轰波穿过管道系统等）的保护设施。,如防火堤、防爆墙或防爆舱、耐火涂层、阻火器、隔爆器、水幕、自动灭火系统等。,工厂和社区应急响应,在初始释放之后被激活，其整体有效性受多种因素影响。,其有效性受多种因素影响，一般不作为,IPL,主要包括消防队、人工喷水系统、工厂撤离、社区撤离、避难所和应急预案等。,Independent Protection Layer Identification,独立保护层识别,化工行业典型,IPL,的,PFD,IPL,说明,（假设具有完善的设计基础、充足的检测和维护程序，良好的培训）,PFD,本质更安全设计,如果正确执行，将大大的降低相关场景后果的频率,110,-1,110,-6,BPCS,如果与,IE,无关，,BPCS,可作为一种,IPL,110,-1,110,-2,关键报警和人员响应,人员行动，有,10 min,的响应时间,行动应具有单一性和可操作性,1.0,110,-1,人员对,BPCS,指示或报警的响应，有,40min,的响应时间,110,-1,人员行动，有,40 min,的响应时间,110,-1,110,-2,安全仪表功能,安全仪表功能,SIL 1,见,GB/T 21109,110,-1,110,-2,安全仪表功能,SIL 2,110,-2,110,-3,安全仪表功能,SIL 3,110,-3,110,-4,物理保护,安全阀,此类系统有效性对服役的条件比较敏感,110,-1,110,-5,爆破片,110,-1,110,-5,释放后保护措施,防火堤,降低由于储罐溢流、断裂、泄漏等造成严重后果的频率,110,-2,110,-3,地下排污系统,降低由于储罐溢流、断裂、泄漏等造成严重后果的频率,110,-2,110,-3,开式通风口,防止超压,110,-2,110,-3,耐火涂层,减少热输入率，为降压、消防等提供额外的响应时间,110,-2,110,-3,防爆墙,/,舱,限制冲击波，保护设备,/,建筑物等，降低爆炸重大后果的频率,110,-2,110,-3,阻火器或防爆器,如果、安装和维护合适，这些设备能够防止通过管道系统或进入容器或储罐内的潜在回火,110,-1,110,-3,遥控式紧急切断阀,110,-1,110,-2,