基于HAZOP方法的LNG加注船作业风险评估_万思.pdf

NAVIGATION航海48Marine Technology航海技术基于 HAZOP 方法的 LNG 加注船作业基于 HAZOP 方法的 LNG 加注船作业风险评估风险评估万 思1 桂丙高2（1.上海思博职业技术学院，上海 201300；2.洋山港海事局，上海 200120）摘 要：以某大型 LNG 加注船为例，采用危险与可操作性分析（Hazard and Operability Analysis，HAZOP）方法对 LNG 充装、加注、靠离泊等作业过程进行风险辨识、评价和控制。通过构建 HAZOP 分析流程，有助于全面系统地辨识作业过程剩余风险，在形成风险管控事前预防和事后补救措施经验知识库的基础上，建议进一步采用文本分析方法优化船舶安全管理体系，有效保障 LNG 加注船作业安全。关键词：LNG 加注船；HAZOP 分析方法；剩余风险近年来，随着 LNG 燃料动力船舶大型化、航线全球化的发展，全球最大的 23 000TEU 超大型 LNG 动力集装箱船也将投入到亚欧航线运营，我国沿海港口 LNG 动力船舶的燃料加注需求越来越大，船对船加注作为一种加注效率高、灵活性好的加注方式，虽然应用起步较晚，但在全球发展迅速。我国沿海港口如果能够开展国际航行船舶 LNG 同步加注作业对完善港口服务功能、提升港口城市竞争力和国际航运中心建设均具有重大意义。但 LNG 是易燃易爆的危险化学品，LNG 加注船的加注作业频繁，运营安全受气象、环境、水文及人员操作等影响较大，在充装、加注和靠离泊等作业过程中最有可能产生风险，需要对LNG加注船作业进行风险评估。目前这方面研究主要集中在 LNG 泄漏1、火灾2、爆炸3等方面的定量风险评估，而对船舶作业安全管理方面系统性定性风险评估的研究较少。因此本文考虑采用危险与可操作性分析（HAZOP）方法对大型 LNG 加注船作业进行定性风险评估4，识别潜在危险源，提出风险控制建议措施，有助于形成 LNG 加注船科学化、精准化的船舶安全管理体系。1 HAZOP 方法介绍危险与可操作性分析（Hazard and Operability Analysis，HAZOP）是一种高度专业化的定性安全评价技术，用于辨识作业过程危险及操作性问题，被广泛应用于项目风险评估工作中，通过采用专家意见进行系统动态分析的方法，包括划分节点、确定偏差、原因分析、后果分析以及控制措施等内容，该方法用来分析作业各个阶段中存在的风险，其目标是将潜在风险降低至可接受的水平5。对 LNG 加注船作业过程采用 HAZOP 方法开展风险分析，识别作业过程中可能存在的所有偏差潜在危险和操作问题，能够识别由于设备故障、管线问题、仪表失效、人为操作失误和外部因素等原因导致的事故，并对这些事故的风险程度进行评估，提出相应安全建议措施，以消除作业过程的重大安全事故隐患。选择节点或操作步骤分析节点或操作步骤使用引导词建立有意义的偏差分析偏差可能后果列出偏差的可能原因根据后果、原因及保护措施剩余风险提出建议措施下一个引导词下一个节点或操作步骤识别已有的保护装置(保护措施)图 1 HAZOP 分析步骤图HAZOP 分析步骤如图 1 所示，包括：（1）划分节点：课题组成员根据作业流程或操作步骤进行节点划分，对每个节点或操作步骤进行讨论，确定节点或操作步骤的目标。（2）建立偏差：偏差由作业参数和引导词组成，作业参数指作业过程中的参数指标，包括压力、液位、温度、流量等；引导词是定性对作业参数进行说明的简单词语，识别参数指标与设计值偏差，如过高、过低等，确定偏离作业目NAVIGATION航海49标的偏差，分析偏差对节点或操作步骤的影响。（3）原因后果：分析并讨论节点中出现偏差的原因以及每个偏差对作业安全、人员健康和环境污染造成的后果进行风险评估。（4）建议措施：确认已有的保护措施，对于发生概率较高、可能产生严重后果的偏差，当没有足够的安全措施时，可能导致无法接受的风险事故，对此需要提供相应的改进建议措施。2 实证分析2.1 LNG 加注船船型及作业码头简介某LNG加注船总长159.79 m，型宽24 m，型深16.75 m，主货罐为独立 C 型双瓣罐，主要为国际航行的大型 LNG 双燃料动力集装箱船提供 LNG 同步加注服务。液货舱舱容20 000 m3，货物围护系统的设计温度为-163，液货舱设计压力为 0.45 Mpa。LNG岸-船充装站为现有LNG卸货码头，包含泊位1个、5 个岸上储罐及装卸管线和加注臂等充装设备；LNG 船-船同步加注作业码头为集装箱码头共 4 期 23 个泊位；码头前沿水域船舶进出港频繁，通航环境十分复杂，目前频繁停靠的国际航行的大型LNG双燃料动力船主要有15 000 TEU的集装箱船，随着全球最大的 9 艘 23 000 TEU 超大型 LNG 动力集装箱船将投入运营停靠，LNG 船-船同步加注作业需求会越来越多。2.2 LNG 加注船作业风险 HAZOP 分析步骤2.2.1 作业节点划分根据 LNG 加注船作业性质，将分析范围划分为 3 个节点（见表 1）：节点 1：岸-船 LNG 充装作业。主要针对码头加注站储罐中的 LNG 通过加注臂充装到加注船的货罐内的相关风险进行识别；节点 2：船-船 LNG 加注作业。主要包括从加注船液货罐中通过加注软管向被加注船储罐内供应液货 LNG 的相关风险识别；节点 3：船-岸/船-船靠离泊作业。主要包括加注船与码头或加注船与受注船之间的靠泊和系泊相关风险进行识别。表 1 LNG 加注船作业节点划分结果节点编号节点描述设计意图节点 1（充装）岸 上 LNG 储 罐 液 货泵管线装货终端臂 LNG 加注船安全从岸上储罐内向LNG 加注船液货罐中供应液货 LNG节点 2（加注）LNG 加注船液货泵管线加注软管被加注船安全从 LNG 加注船液货罐向被加注船储罐内供应液货 LNG节点3（靠离泊）靠泊系泊充装或加注作业过程缆绳调节解缆离泊LNG 加注船安全靠离码头或者靠离被加注船及停泊安全2.2.2 建立偏差确定偏差是 HAZOP 分析的基础，本次 HAZOP 分析采用引导词法确定偏差，用引导词和参数组合列出节点内可能产生的偏差。以节点 1（充装作业）为例，确定节点内 7 个充装指标参数作为有意义的分析要素（见表 2），即选择可能存在严重安全后果的偏差。表 2 节点 1（充装作业）内有意义的偏差序号参数偏差1压力LNG 储罐内/LNG 充装管路内压力过高2温度LNG 储罐内/LNG 充装管路内 LNG 温度过高3液位液货罐液位过高4流速充装管路内 LNG 流速过快5流量充装管路内 LNG 流量过高6组分充装作业区可燃气体浓度上升7静电充装管路静电聚集2.2.3 偏差原因及后果分析确定有意义的偏差后，分析引起该偏差的所有初始原因，要素引导词偏差风险原因压力高1.储 罐内压力过高；2.液相管入口压力过高；3.气相管入口压力过高1.压力过高时可能发生气相或液相泄漏；2.泄漏可能导致人员低温伤害、船体结构脆化、引发火灾或爆炸事故；3.储罐内压力超高时液货罐穹顶可能受损；4.液货蒸气从泄压阀释放到空气中，液货蒸气容易引起火灾；严重时有可能导致爆炸1.装货过程中液体的闪蒸（低温液货进入温度相对较高液货罐中急速蒸发，产生大量 LNG 液货蒸气）；2.充装时不同密度 LNG 翻滚导致储罐内气压迅速上升；3.船体颠簸摇晃产生的热量引起液体的蒸发；4.充装码头液货泵变频器故障（液货泵转速过高无法调节）；5.液相管路压力调节阀（调节开度）故障，管路堵塞；6.高负载压缩机故障（无法将液货罐内蒸气输送到岸上）；7.气相管路压力调节阀（调节开度）故障，管路堵塞；8.人为操作错误 表 3 充装过程压力过高 HAZOP 分析表NAVIGATION航海50Marine Technology航海技术分析该偏差可能导致的各种严重后果。本次分析以节点1（充装作业）LNG 储罐内/充装管路内压力过高为例（见表 3）。2.2.4 安全措施与剩余风险评估本次分析以节点 1（充装作业）中“储罐内液货蒸气压力过高”为例（见表 4），判断现有安全措施有效性、判断风险是否可控。如果剩余风险不可控，应根据最低合理可行原则，提出切实可行、经济有效的增加独立保护层建议措施，保护层可以是具体的设备装置，也可以是某种措施，直至将剩余风险降至可控水平6，提出风险管理建议措施的流程如图 2所示。否是作业参数偏差现有措施及剩余风险识别提出建议措施跟踪建议措施落实(优化安全管理体系)风险可控吧?图 2 现场作业参数偏差风险管理流程3 结语与展望从 HAZOP 分析结果来看，导致节点 1（充装作业）“储罐内液货蒸气压力过高”剩余风险主要存在以下几个方面：（1）人为因素。主要涉及人员现场可能误操作：如充装时未合理控制液货流量或流速；未采取合适进料方式导致LNG 罐内翻滚；高压报警操作员处理时回气阀开启或关闭阀门操作不正确；压力调节阀阀门开度不够等。建议进一步完善充装和报警处理操作规程，加强培训降低人员误操作。（2）设备因素。设备本身存在的不安全状态：如压力传感器失效等。建议通过增加独立保护层安全设备及监测措施，利用 DCS 系统实时掌握整个充装管线上各阀门状态、安全和报警设备工况以及储罐压力、温度、液位等参数；制定并严格落实充装及监控设备校验制度和校验周期，充装前应分别进行设备热态和冷态测试，确保设备工作正常。（3）管理因素。由于管理松懈容易导致应急处理不及时；事故预防措施落实不到位等。建议采用风险管控事前预防和事后补救措施，使剩余风险不超过允许风险来保障整个充装作业安全。针对压力要素偏差风险可能导致泄压阀释放蒸气到空气中时容易引起火灾或爆炸危险，该风险事前预防措施包括严格落实作业检查表制度7，严格按照正确的充装流程操作。充装前进行管路阀门检查、试验并充分预冷及平压；充装时采取正确进料方式，不同密度 LNG 分开储运等，防止液货分层翻滚；事后补救措施包括当压力要素偏差产生时，及时采取应急措施通过原因分析恢复正常状态；若发生泄漏时采取正确补救措施，及时降压止漏，同时水幕系统8偏差原因后果现有安全措施剩余风险建议措施储罐内液货蒸气压力过高1.装货过程中液体的闪蒸（低温液货进入温度相对较高液货罐中急速蒸发，产生大量 LNG 液货蒸气）；2.充 装 时 不 同 密 度LNG 翻滚导致储罐内气压迅速上升；3.船体颠簸摇晃产生的热量引起液体的蒸发；4.人为操作失误1.压力过高时可能发生气相或液相泄漏；2.泄漏可能导致人员低温伤害、船体结构脆化、引发火灾或爆炸事故 3.储罐内压力超高时液货穹顶可能受损；4.液货蒸气从泄压阀释放到空气中，液货蒸气容易引起火灾；严重时有可能导致爆炸1.声光报警，等待人工处理（储罐及充装管路内设有压力指示装置和高压力报警装置）；2.LNG 加注控制 系 统（简 称 DCS系统）设有高高压力报警联锁停泵及关阀装置；3、打开回气阀将过多液货蒸气输送到岸上或供气管网；4、高高压时泄压阀自动开启释放液货蒸气到空气中1.人为因素导致高压报警后操作员手动操作失误导致压力持续升高；2.设备因素：压力变送器失效无法监控压力导致压力过 高；DCS 报 警功 能 PAH（Pressure Alarm High）失效导致压力过高报警与控制功能失效；泄压阀自动开启功能失效；3.管理因素导致当泄压阀释放蒸气引起火灾或爆炸危险1.增加安全功能实现自动平压；2.配置独立压力传感器；3.配置独立 DCS 逻辑控制器；4.严格落实现场防火防爆预防措施；提高作业人员事故应急处置能力（及时采取补救措施规避风险）表 4 示例要素偏差风险评价结果NAVIGATION航海51隔离，保持良好通风，降低可燃气体浓度，防止火灾和爆炸；发生 LNG 火灾时，综合运用水幕系统、消防系统、泡沫系统和干粉系统9等补救措施来控制事态进一步扩大。通过构建 LNG 加注船作业风险 HAZOP 分析流程，同样逐一分析评估节点 1（充装作业）作业过程其他参数偏差，在对整个 LNG 加注船作业过程各个节点或操作步骤进行全面风险分