HAZOP分析在LNG儲罐工藝流程審查中的應用

孟樹森，郭旭，朱彬，李晨亮，紀光達，錢力，張偉，王麗萍

（張家港中集圣達因工程有限公司， 江蘇 張家港 215600）

LNG 儲罐包括儲罐主體、外部管路系統、潛液泵等設備。儲罐區的主要危險來自儲罐主體及管路系統內的LNG、BOG 等介質的泄漏引起的火災、爆炸，還有一些次要危險性[1-4]。

儲罐的工藝流程設計存在缺陷會導致儲罐在運行過程中壓力過高、過低、安全泄放裝置失靈等。這些工況均可能造成儲罐損壞、介質泄漏，引發危險[5-8]。

根據安監總管三（2013）76 號規定建設單位在建設項目設計合同中應主動要求設計單位對設計進行危險與可操作性（HAZOP）審查，并派遣有生產操作經驗的員工參加審查，對HAZOP 審查報告進行審核。涉及“兩重點一重大”和首次工業化設計的建設項目，必須在基礎設計階段展開HAZOP 分析。

1 危險與可操作性分析（HAZOP）

1.1 HAZOP 分析簡介

“HAZOP”是危險與可操作性分析的英文縮寫，目的是識別工藝流程或操作過程中存在的風險，確定因過程偏差而導致的不可接受的風險等級。

HAZOP 分析是工藝流程設計審查的常規方法之一，它是通過一組參數引導詞（例如流量過高、流量過低、壓力過高、壓力過低、液位過高、液位過低等）與分析對象組成有意義的偏差，來全面、系統地辨識裝置工藝中可能存在的導致安全或操作問題的設計缺陷，評估是否需要進一步地采取安全措施[9-10]。

另外HAZOP 分析作為一種系統化、結構化的危害識別工具已經廣泛應用于識別裝置在設計和操作階段的工藝危害。

1.2 HAZOP 分析前提條件

HAZOP 分析首先須組建一個由多專業背景和豐富經驗的小組，以會議的形式，將儲罐區的整個工藝流程劃分為若干小的節點，采用頭腦風暴的方式對工藝過程中危險和可操作性的問題進行分析研究。

通過科學的方法，從多專業的角度對儲罐實際運行過程中存在的風險進行判別、分析、評價并識別出生產裝置設計及操作和對應的維修程序，并提出修改建議和應對措施，以提升裝置工藝過程的安全性和可操作性，為編制防災措施和應急預案提供準確的參考依據。

LNG 儲罐通常不是單獨存在的，因此必須采用HAZOP 分析對儲罐物料裝卸、儲存、輸送等進行科學、系統的風險等級評估。

HAZOP 分析是一種程序化的、系統的審查過程，可以評估LNG 儲罐潛在的設計失誤或誤操作，以及對整個儲罐區運行的影響。

2 HAZOP 分析流程

HAZOP 分析須根據工藝流程在分析主席的帶領下，以小組討論的形式闡述工藝流程的設計意圖；再選擇合適的參數引導詞與分析對象產生可能發生的偏差，科學且系統性地對工藝流程進行審查。

以下為HAZOP 分析需開展的基本工作：

1）選擇PID（工藝流程圖），劃分節點（根據管線、設備或系統）；

2）描述設計意圖和設計要求；

3）選擇引導詞，與工藝參數組合生成偏差；

4）分析偏差產生的原因；

5）分析偏差可能導致的后果；

6）識別現有的風險削減措施。

重復以上步驟，直到每個參數引導詞都被討論到，并且小組成員對分析的內容達成了一致意見為止時，一個節點的分析就完成了。小組將繼續分析下一個節點，以此類推，直到所有節點都被分析完為止。

3 HAZOP 分析實例

3.1 工藝流程節點描述“LNG 裝車系統”

參數引導詞“壓力”、“流量”和“液位”，分析對象“LNG 儲罐內置潛液泵出口”。

3.1.1 偏差“壓力過高”的情況

1）產生偏差的原因：泵后回流閥失效關閉；導致后果：泵出口超壓、泵低流量運行、氣蝕損壞；原始風險等級：Ⅳ；已有保護措施：孔板流量計流量監測、泵振動檢測、儲罐壓力高報警；保護后風險等級：Ⅰ。

2）產生偏差原因：泵出液氣動控制閥故障關閉；導致后果：泵出口超壓、泵低流量運行、氣蝕損壞；原始風險等級：Ⅳ；已有保護措施：孔板流量計流量監測、聯鎖泵回流、泵振動檢測、儲罐壓力高高報警；保護后風險等級：Ⅰ。

3）產生偏差原因：泵出液氣動控總閥故障關閉；導致后果：泵出口超壓、泵低流量運行、氣蝕損壞；原始風險等級：Ⅳ；已有保護措施：孔板流量計流量監測、聯鎖泵回流、泵振動檢測、儲罐壓力高高報警；保護后風險等級：Ⅰ。

4）產生偏差原因：裝車氣動控制閥故障關閉；導致后果：泵出口超壓、泵低流量運行、氣蝕損壞；原始風險等級：Ⅳ；已有保護措施：孔板流量計流量監測、聯鎖泵回流、泵振動檢測、儲罐壓力高報警；保護后風險等級：Ⅰ。

3.1.2 偏差“壓力過低”的情況

1）產生偏差的原因：潛液泵P1301A/B 變頻故障；導致后果：無嚴重后果；原始風險等級：Ⅰ；已有保護措施：潛液泵P1301A/B 互為備用；保護后風險等級：Ⅰ。

2）產生偏差的原因：潛液泵的吸入口壓力過低；導致后果：潛液泵氣蝕損壞；原始風險等級：Ⅳ；已有保護措施：孔板流量計流量監測、聯鎖泵回流、泵振動檢測、儲罐壓力低低報警；保護后風險等級：Ⅰ。

3.1.3 偏差“流量過高”的情況

產生偏差的原因：泵后回流閥失效全開；導致后果：泵出口流量大、泵電流過載；原始風險等級：Ⅱ；已有保護措施：泵電流保護；保護后風險等級：Ⅱ。

3.1.4 偏差“液位過低”的情況

產生偏差的原因：人員判斷失誤，超量裝車；導致后果：LNG 金屬全容罐液位低，泵氣蝕損壞；原始風險等級：Ⅳ；已有保護措施：儲罐液位低報警、低低聯鎖停泵、泵振動檢測；保護后風險等級：Ⅰ。

3.2 工藝流程節點描述“LNG 進液系統”

參數引導詞“壓力”和“液位”，分析對象“LNG儲罐”。

3.2.1 偏差“壓力過高”的情況

1）產生偏差的原因：LNG 進液溫度高；導致后果：LNG 儲罐超壓損壞；原始風險等級：Ⅳ；已有保護措施：儲罐壓力高報警、高高聯鎖開啟BOG氣動控制閥、聯鎖開啟EAG 氣動控制閥、安全閥開啟；保護后風險等級：Ⅱ。

2）產生偏差的原因：冷箱出液氣動控制閥失效開啟；導致后果：LNG 儲罐超壓損壞；原始風險等級：Ⅳ；已有保護措施：儲罐壓力高報警、高高聯鎖開啟BOG 氣動控制閥、聯鎖開啟EAG 氣動控制閥、安全閥開啟；保護后風險等級：Ⅱ。

3）產生偏差的原因：人員誤操作，進液時滿罐未及時關閉進液閥；導致后果：LNG 儲罐液位升高，滿溢至夾層，BOG 量增加，儲罐超壓；原始風險等級：Ⅳ；已有保護措施：儲罐壓力高報警、高高聯鎖開啟BOG 氣動控制閥、聯鎖開啟EAG 氣動控制閥、安全閥開啟；保護后風險等級：Ⅱ。

3.2.2 偏差“液位過高”的情況

1）產生偏差的原因：儲罐進液氣動控制總閥失效開啟；導致后果：LNG 儲罐液位升高，滿溢至夾層；原始風險等級：Ⅳ；已有保護措施：儲罐液位高報警；保護后風險等級：Ⅱ。

2）產生偏差的原因：人員誤操作，進液時滿罐未及時關閉進液閥；導致后果：LNG 儲罐液位升高，滿溢至夾層；原始風險等級：Ⅳ；已有保護措施：儲罐液位高報警、高高連鎖關閉儲罐進液氣動控制總閥；保護后風險等級：Ⅳ；建議措施：建議企業加強人員培訓，加強管理。

3.3 工藝流程節點描述“BOG 系統”

參數引導詞“壓力”，分析對象“LNG 儲罐”。

3.3.1 偏差“壓力過高”的情況

1）產生偏差的原因：BOG 氣動控制閥故障未開啟；導致后果：LNG 儲罐超壓損壞；原始風險等級：Ⅳ；已有保護措施：儲罐壓力高報警、高高聯鎖開啟BOG 氣動控制閥、聯鎖開啟EAG 氣動控制閥、安全閥開啟；保護后風險等級：Ⅱ。

2）產生偏差的原因：槽車氣相溫度升高；導致后果：LNG 儲罐超壓損壞；原始風險等級：Ⅳ；已有保護措施：儲罐壓力高報警、高高聯鎖開啟BOG氣動控制閥、聯鎖開啟EAG 氣動控制閥、安全閥開啟；保護后風險等級：Ⅱ。

3.3.2 偏差“壓力過低”的情況

產生偏差的原因：BOG 氣動控制閥故障開啟；導致后果：LNG 儲罐負壓損壞；原始風險等級：Ⅳ；已有保護措施：儲罐壓力低報警、低低聯鎖開啟補氣氣動控制閥、吸氣閥開啟；保護后風險等級：Ⅱ。

4 結束語

由上述實例可清晰地了解到當儲罐工藝流程設計存在缺陷和不足時，會導致儲罐在運行過程中存在安全風險（即原始風險）。這些風險等級或大或小，嚴重的會導致安全事故。現通過HAZOP 分析方法可確定原始風險的等級，再討論現有保護措施是否可以有效地降低風險等級，若不能有效降低風險等級需要進一步采取哪些措施。