量化HAZOP分析技术在LNG储罐泄漏工况中的应用_陶富云.pdf

2023 年第 5 期CHEMICAL SAFETY&ENVIRONMENT量化 HAZOP 分析技术在 LNG 储罐泄漏工况中的应用量化 HAZOP 分析技术在 LNG 储罐泄漏工况中的应用陶富云中海油安全技术服务有限公司天津 300400摘要:HAZOP 分析受 HAZOP 主席经验和技术水平的影响很大,针对以往液化天然气(LNG)储罐设计阶段 HAZOP 分析内容不完善、安全措施消减因子选取不合理等问题,通过量化 HAZOP 分析技术,明确初始风险(未考虑已设保护措施的风险)、残余风险(考虑已设保护措施,将初始风险削减后的风险)、最终风险(通过提出建议措施并落实后,对残余风险削减后的风险),并通过 LOPA 方法识别 LNG储罐的保护措施,使 LNG 储罐的风险分级更加精准,量化 HAZOP 分析方法为 LNG 储罐在服役过程中的安全风险分级管控具有很大的参考价值。关键词:HAZOP 分析;LNG 储罐初始风险;残余风险;最终风险;风险分级作者简介:陶富云,男,本科学历,工程师,现从事 HAZOP/SIL 评估以及安全咨询技术的研究工作,中海油安全技术服务有限公司。为了降低 LNG 储罐在服役过程中的安全风险(如 LNG 储罐的超压、泄漏等),确保 LNG 储罐安全高 效 运 行,开 展 量 化 危 险 性 与 可 操 作 性(HAZOP)分析是一种非常有效的技术手段。量化HAZOP 分析方法是通过识别 LNG 储罐的风险场景,评估初始风险,在此基础上应用保护层分析(LOPA)方法识别现有保护措施对风险进行削减,评估出残余风险,针对不可接受的风险提出符合LOPA 方法要求的建议措施或其他控制风险的安全措施,计算出最终风险等级。量化 HAZOP 分析与以 往 的 HAZOP 分 析 方 法 相 比,它 通 过 结 合LOPA 方法对 保护措施进行识别,将初始风险、残余风险 和 最 终风险进行逐级识 别 和 分 析,明确了风 险 降 低 的 程 度。通 过 量 化 HAZOP 分 析,可以评估 LNG 储罐的保护措施是否充足,有效识别安全 风 险,为安全风险分级管 控 提 供 重 要依据。1LNG 储罐的 HAZOP 分析的背景及现状1.1LNG 储罐的 HAZOP 分析的背景LNG 的主要成分是甲烷,是一种(清洁绿色)的化石能源,无色、无味、无毒且无腐蚀性。LNG的体积约为气态体积的 1/625,体积较小便于运输。20 世纪 80 年代,LNG 储罐在设计阶段开始进行 HAZOP 分析来辨识设计缺陷、过程危害及操作性问题。我国于 2013 年颁布了 国家安全监管总局关于加强化工过程安全管理的指导意见(安监总管三 2013 88 号),LNG 储罐在设计阶段的HAZOP 分析开始普及和发展。1.2LNG 储罐的 HAZOP 分析现状LNG 储罐在设计阶段的 HAZOP 分析具有 3 个特点:发挥集体智慧;借助引导词激发思维创新;系统全面地剖析事故剧情。HAZOP 分析质量主要取决于HAZOP 主席的经验和技术水平,导致 HAZOP 分析质量参差不齐。在 LNG 储罐的 HAZOP 分析过程中,有的机构未考虑 LNG 储罐出现翻滚事故的风险,有的机构在 HAZOP 记录表中仅体现了初始风险,有的机构在 HAZOP 记录表中仅体现了残余风险,还有的机构虽然在记录表中体现了初始风险、残余风险和最终风险,但是又存在着保护层选取不准确的情况。这就可能导致 LNG 储罐在生产运营期间出现生产安全事故。因此,需要规范 HAZOP 分析方法的要求,采用量化 HAZOP 分析法对 LNG 储罐进行分析。2量化 HAZOP 分析方法2.1量化 HAZOP 分析方法的原理LNG 储罐量化 HAZOP 分析方法的基本原理(见图 1)是由工艺、操作、仪表、设备、安全、设计等专业人员与专家组成的专业分析团队采用头脑风暴的形式,分析 LNG 储罐工艺流程中的偏差所导致的问题,分析工艺流程设计缺陷、设备故障等可能带来的各种事故场景1,评估初始风险,在此基础上对现有保护措施进行识别,之后评估残余风险,如残余风险不可接受,则在此基础上提出预防或降低风险及优化工艺流程的建议措施来降低安全风险等级,从而确定出最终风险,将安全风险控制在可接受范围内。目前量化 HAZOP 分析方法已经应用于部分 LNG 储罐的 HAZOP 分析。6 2023 年第 5 期CHEMICAL SAFETY&ENVIRONMENT图 1量化 HAZOP 分析方法的基本原理2.2量化 HAZOP 分析方法的步骤2.2.1明确风险矩阵在进行量化 HAZOP 分析前,设备设施所属企业应明确 HAZOP 分析采用的风险矩阵,风险矩阵由事件发生的可能性和严重性组成。HAZOP 分析需要根据风险矩阵判断事件发生的可能性等级和事故后果严重性等级,确定该场景的安全风险等级2。2.2.2节点划分及工艺流程情况描述在开展量化 HAZOP 分析前,HAZOP 主席根据实际情况对设备设施划分节点,并描述节点和设计意图。2.2.3引导词、工艺参数和详细偏差的识别根据 危险与可操作性分析(HAZOP 分析)应用指南(GB/T 353202017)的要求,引导词通常包括:无、过多、过少、伴随、异常等;LNG 设施的工艺参数通常包括:流量、液位、压力、温度等;详细偏差有很多,如流量所对应的详细偏差包括:LNG 保冷循环的流量过低、低压泵出口流量过低;液位所对应的详细偏差包括 LNG 储罐的液位过高、LNG 储罐的液位过低;压力对应的详细偏差包括:LNG 储罐的压力过高、LNG 储罐的压力过低、低压泵出口的压力过高、低压泵出口的压力过低;温度所对应的详细偏差包括:LNG 储罐的温度过高、LNG 储罐的温度过低。2.2.4原因分析原因分析时应考虑导致工艺参数偏离其正常工作范围的原因,如分析 LNG 储罐压力高的原因,就需要考虑卸船时引起储罐内 LNG 分层而导致LNG 储罐翻滚,造成 LNG 储罐超压损坏,介质泄漏,发生火灾爆炸。2.2.5后果分析在分析后果时需要考虑事故发生后对人员、环境和财产等因素造成的影响及危害,如 LNG 储罐涉及到的后果有 LNG 翻滚事故、火灾与爆炸危险、中毒与窒息危险等,后果分析不考虑已设保护措施。如 LNG 储罐翻滚后,会造成 LNG 储罐超压损坏,介质泄漏,发生火灾爆炸,从而导致人员伤亡、环境污染和财产损失。2.2.6评估初始风险评估初始风险时,需要考虑事故发生的可能性和严重性,根据 LNG 储罐所属单位的风险矩阵确定事故初始风险的等级。2.2.7识别保护措施识别保护措施时应按照 保护层分析(LOPA)方法应用导则(AQ/T 30542015)所提出独立保护层的要求进行识别。独立保护层应具有独立性(独立于初始事件,独立于其他保护层)和有效性(在有效的时间内及时响应防止或减小安全事故发生的危害)等3-10。独立保护层包括:工艺设计、基本过程控制系统、关键报警+人工干预、安全仪表系统和物理保护层(泄压装置)、应急响应等。如LNG 储罐的液位高报警、液位高高联锁等。2.2.8计算残余风险在计算残余风险时,需要考虑独立保护层能将事故的风险削减到多少,所对应独立保护层的风险降低因子应根据 保护层分析(LOPA)方法7 2023 年第 5 期CHEMICAL SAFETY&ENVIRONMENT应用导则(AQ/T 30542015)选用。同时还要考虑国际惯例的要求,如独立保护层应能将事件发生的可能性至少降低 10 倍,可将风险发生的可能性降低一个等级。2.2.9提出建议措施HAZOP 的建议措施可从 LNG 储罐的工艺设计、基本过程控制系统,报警+人工干预、安全仪表系统及物理保护层、日常操作、管理等方面提出。2.2.10计算最终风险在计算最终风险时,需要考虑独立保护层能将事故的风险削减到多少,所对应独立保护层的风险降低因子应根据 保护层分析(LOPA)方法应用导则(AQ/T 30542015)选用。2.2.11对最终风险进行判定通过以上计算确定最终风险后,判断最终风险是否可以接受,如不可接受则需要继续提出相关安全措施降低安全风险;如最终风险可以接受,则继续开展下一个偏差的分析。3量化 HAZOP 分析方法在 LNG 储罐泄漏工况下的应用3.1分析对象情况简介某项目LNG储罐为全密封型,内罐由镍合金等材料制成,外壳是全混凝土材质。罐底、内外罐之间的环形空间及内罐吊顶均采用绝热材料进行保冷。为避免任何不受控制的泄漏危险,所有与储罐连 接 的 仪 器 和 管 道 都 从 罐 顶 接 入。每 座LNG 储罐配备 2 条进料管线:一条将 LNG 输送至内罐顶部,另一条输送至内罐底部。为避免卸船时引起储罐内 LNG 分层而导致“翻滚”的风险,可根据储罐内 LNG 密度和运输船 LNG 密度选择卸船时 LNG 从上部进料管进料,或通过底部进料管下部进料。一般情况下,较重的 LNG 从上部进料,较轻的 LNG 从下部进料。进料方式的选择可根据卸船前提交的 LNG 货单中的密度、卸料总管上取样分析装置实测的密度结果与储罐内 LNG 密度对比后确定。在非卸船期间,可利用罐内低压泵对罐内 LNG 进行循环,可使罐内底层 LNG 通过该循环有效地与上层 LNG 混合,避免分层及“翻滚”。同时储罐还设有防翻滚预测装置,用于监控储罐是否达到“翻滚”状态。3.2明确风险矩阵在 LNG 储罐量化 HAZOP 分析前应明确风险矩阵。此风险矩阵是根据 危险与可操作性分析质量控制与审查导则(TCCSAS 0012018)的附录E 的风险矩阵制定,如表 1 和表 2 所示:表 1风险矩阵后果等级5432110-6 10-710-5 10-610-4 10-510-3 10-410-2 10-310-1 10-21 10-1频率等级(/a)风险等级说明:低:不需采取行动;中:可选择性的采取行动;高:选择合适的时机采取行动;很高:立即采取行动3.3节点划分及工艺流程情况的描述将 LNG 储罐单独作为一个 HAZOP 分析节点来开展分析;根据工艺流程情况完成的节点描述和设计意图见表 3。8 2023 年第 5 期CHEMICAL SAFETY&ENVIRONMENT表 2风险矩阵严重性说明等级严重程度分类人员财产环境声誉1低后果医疗处理,不需住院;短时间身体不适损失极小事件影响未超过界区企业内部关注;形象没有受损2较低后果工作受限:轻伤损失较小事件不会受到管理部门的通报或违反允许条件社区、邻居、合作伙伴影响3中后果严重伤害;职业相关疾病损失较大释放事件受到管理部门的通报或违反允许条件本地区内影响;政府管制,公众关注负面后果4高后果1 2 人死亡或丧失劳动能力;3 9 人重伤损失很大重大泄漏,给工作场所外带来严重影响国内影响;政府管制,媒体和公众关注负而后果5很高后果3 人以上死亡;10 人以上重伤损失极大重大泄漏,给工作场所外带来严重的环境影响,且会导致直接或潜在的健康危害国际影响表 3节点划分表节点序号节点描述设计意图节点 1LNG 储罐负责接收外购 LNG 储存、外输,本节点已 TK-23501 进行分析(其他同类设备同此分析)储存温度-162 ;储存压力 6 26 kPa;LNG 储罐配备 2 条进料管线:一条将 LNG 输送至内罐顶部,另一条输送至内罐底部。为避免卸船时引起储罐内 LNG分层而导致“翻滚”的风险3.4分析应用节点 1 是 LNG 储罐,它包含 LNG 储罐和罐内低压泵,主要负责接收外购 LNG 储存、外输(包含保冷循环及低压泵),所涉及的参数有 LNG 保冷循环的流量、低压泵出口流量、LNG 储罐的液位、LNG 储罐的压力、低压泵出口的压力、LNG 储罐的温度、低压泵检维修情况及日常转液操作等情况。需要采用对应的引导词建立详细偏差,从原因、后果、初始风险、已有保护措施、残余风险等方面开展量化 HAZOP 分析,并根据残余风险情况提出建议措施,计算最终风险进行评估。下面以此节点的部分偏差为例进行量化 HAZ