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LOPA分析——PCV反应器

发布时间:2018-07-02浏览:

LOPA分析
PCV反应器
工艺描述
(1)氯乙烯单体(VCM)生产聚氯乙烯(PVC)工艺的简化P&ID图。示例的详细描述可参见《Layer of Protection Analysis—Simplified Process Risk Assessment》。此过程为间歇聚合反应。水、液态VCM、引发剂和添加剂通过同一喷管注入搅动的夹套反应器内。注入喷管与安全阀(PSV)相连接,抑制剂也可通过同一喷管添加。

图G.3  PVC工艺简化P&ID图
(2)  场景识别与筛选
根据前期进行的危害分析,通过后果分级表F.3,筛选进行LOPA的场景。表G.3为筛选出的LOPA场景。本例以场景1为例进行分析。场景1为冷却水失效,导致反应失控,反应器潜在的超压、泄漏、断裂,造成人员受伤和死亡,后果等级为5级。

表G.3 筛选出的LOPA场景
场景1 冷却水失效,导致反应失控,反应器潜在的超压、泄漏、断裂,潜在的受伤和死亡。 场景5 人员错误——注入两倍催化剂的量,导致潜在的反应失控,超压、泄漏、断裂,受伤和死亡。
场景2 搅拌机电动机转动失效,导致潜在的反应失控,超压、泄漏、断裂,受伤和死亡。 场景6 BPCS液位控制失效,导致反应器溢流,潜在的反应器超压、泄漏、断裂,受伤和死亡。
场景3 停电(大面积),导致潜在的反应失控,超压、泄漏、断裂,受伤和死亡。 场景7 在升温期间,BPCS温度控制失效,潜在的反应器超压、泄漏、断裂,受伤和死亡。
场景4 冷却泵失效(停电),导致潜在的反应失控,超压、泄漏、断裂,受伤和死亡。 场景8 搅拌器密封失效,导致潜在的VCM泄漏,潜在的火灾、爆炸、受伤和死亡。
 
(3)  初始事件确认
本例选定IE为冷却水失效,根据表E.1,其失效频率为1 × 10-1。冷却水损失引起反应失控的反应器条件概率为0.5。
(4)  IPL评估
a)BPCS报警和人员响应行动
冷却水失效时,BPCS将会产生低流量报警,人员添加抑制剂。BPCS报警和人员响应可满足IPL的要求,包括:
1)BPCS报警和人员响应独立于IE和其他独立保护层;
2)仅要求操作人员执行添加抑制剂的行动,任务具有单一性和可操作性;
3)操作人员有足够的响应时间; 
4)如果操作人员训练有素,身体条件合适,则能够完成报警所触发的操作任务。
对于本例,根据表E.3,该IPL的PFD取1 × 10-1
b)安全阀
安全阀可防止反应器发生超压泄漏,但是由于安全阀放空与抑制剂的添加共用同一管道,无法保证安全阀放空与抑制剂的添加可以同时进行,因此需修改安全阀设计,安全阀安装独立的放空管线。此外,考虑在安全阀下增加氮气吹扫,以最小化管线或阀门进口聚合物沉积或冻结。变更后,如果安全阀安装和维护符合IPL的要求,可作为IPL。
对于本例,根据表E.3,变更后该IPL的PFD取1 × 10-2
c)紧急冷却系统(蒸气涡轮机)
在本例中,紧急冷却系统不能作为IPL,因为其不独立于IE,与冷却水系统有多个公共元件(管线、阀门等)。这些公共元件在引起冷却水失效时,也会导致紧急冷却系统失效。
(5) 场景频率计算
后果发生频率为:
fiC= fiI×Pc×PFDBPCS×PFDPSV
=(1×10-1/a)×0.5×(1×10-2)×1×10-1
=5×10-5/a
式中:
fiC——IEi的后果C的发生频率,单位为 /a;
fiI ——IEi的发生频率,单位为 /a;
PC ——条件概率;
PFDBPCS ——BPCS报警和人员响应行动的PFD;
PFDPSV ——安全阀的PFD。
(6)  风险评估与决策
冷却水失效,导致反应失控,反应器潜在的超压、泄漏、断裂,潜在的受伤和死亡,后果等级为5级。后果发生的频率为5×10-5 /a。根据后果等级5和频率5×10-5 /a,查询表F.2,风险等级为中风险,要求:可选择性的采取行动。
分析小组决定安装一个独立的SIF,当检测到超压时,联锁打开放空阀。放空阀具有独立的放空管线,同样在放空阀下考虑增加氮气吹扫。该SIF的设置见图G.4粗线部分。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FFD为1×10-2 (SIL1)。对于场景,SIF将释放事件的频率从5×10-5 /a降低到5×10-7 /a。根据表F.2,对于后果等级5,频率为5×10-7 /a的事件,风险等级为低风险,不需采取行动。

图G.4  PVC工艺简化P&ID图(增加IPL后)
(7)  LOPA记录表
本案例LOPA记录表如表所示。

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 PVC反应器
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 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 冷却水失效,反应失控,潜在的反应器超压、泄漏、断裂、受伤和死亡 反应失控,潜在的反应器超压、泄漏、断裂、受伤和死亡 5 冷却水损失 1×10-1 冷却水损失引起反应失控的反应器条件概率 0.5 BPCS回路反应器高温报警,添加抑制剂 报警和人员响应 1×10-1 1.紧急冷却系统(蒸气涡轮机)2.操作人员行动 5×10-5 高风险 反应器增加一个SIF:安装一个在高压时打开的放空阀 SIF 1×10-2
(SIL1)
5×10-7 低风险 1.安全阀作为IPL应满足以下要求:
——对于每一个安全阀安装独立的放空管线。
——在所有放空阀/安全阀下考虑N2吹扫。
2.其它的操作人员行动不独立于已经确认的保护层的同一操作人员。
3.紧急冷却系统不能作为IPL,因为其不独立于IE,与冷却水系统有多个公共元件(管线、阀门等)。这些公共元件在引起冷却水失效时,也会导致紧急冷却系统失效。
 
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