海上油气生产装置设计中的安全完整性等级评定

    1　引　言

    在海洋石油工程项目的设计中,安全相关系统的功能安全问题得到了越来越多的重视。特别是自2000年功能安全的基础性标准IEC61508^[1-2]出台以来,在国外项目或合资项目投标过程中,许多项目均要求设计阶段进行安全完整性等级(SIL)分析。而国内海上油气生产装置的SIL分析研究一直处于空白状态。以往项目SIL主要根据已完成项目确定,其合理性也无法判断。因此,为了保证设计能够满足海上油气生产设施的安全要求,并有效地控制投资,非常有必要对SIL分析方法进行系统研究。

    该文以海上油气装置为研究对象,并结合工程项目实例,描述了设计过程中SIL分析的过程,着重介绍了SIL评定的一种方法———保护层分析法(LOPA),最后,确定出其安全仪表系统(SIS)的SIL。

    2　研究对象

    文中研究的对象为拟建气田项目生产平台,考虑一个低温分离器(V-1545)高液位控制回路(LAHH1546)的安全仪表功能(SIF)。利用危险与可操作性研究(HAZOP)等的分析结果对可能存在的风险场景进行保护层分析。工艺流程如图1所示。

    3　研究方法

    LOPA是一种介于定性和完全定量分析的方法,其基本特点是基于风险场景进行风险研究,通过各种安全保护措施将风险概率降低到可接受范围内。按照文献[3]的要求,结合项目实例,下面介绍一下LOPA的分析步骤。

    a)风险场景辨识。利用HAZOP分析结果将可能发生的严重风险作为风险场景,在本例中低温分离器高液位可能引起液体溢流至压缩机产生液击,导致压缩机的压缩室严重损坏作为风险场景。

    　b)确定风险场景的起始事件Ei(i=1,2,…,n)及其发生频率f_Ei。在该项目中存在3个起始事件:阀门SDV-1545失效关断、阀门LCV-1545失效关断和液体出口管路上的手动阀误关断,其发生频率分别对应为0.1次/年^[4]、0.1次/年^[5]和0.01次/年(假定)。

    c)列举所有的独立保护层IPL_ij(i=1,2,…,mi)措施,确定其平均要求时失效概率(PFD_avgij)。典型的独立保护层措施有:本质安全设计、基本工艺控制系统(BPCS)、报警和人工干预、安全联锁、泄放阀和防爆膜等。特别的,如果以某个独立保护层失效作为风险的起始事件,则该独立保护层不应再视为安全保护措施。在该项目中,本质安全设计为保证压缩机在轻微的液体夹带工况下不会损坏,其平均要求时失效概率为0.1次/年(假定);基本工艺控制系统为液位控制回路(LIC-1545),其平均要求时失效概率为0.1次/年^[5];其他的安全措施为压缩机损坏前关闭内部振动保护装置,其平均要求时失效概率为0.1次/年(假定)。