基于HAZOP、LOPA和QRA的天然氣儲罐綜合風險評估

單新新

(中海石油(中國)有限公司秦皇島32-6作業公司，天津 300459)

浮式生產儲油裝置(FPSO)是集原油、生產水和天然氣的處理、原油存儲及人員居住于一體的船舶。現場設備布局緊湊，遠離陸地，當發生火災、爆炸事故后，僅由FPSO人員自行應急處理。本文針對現場危險系數較高的天然氣儲罐進行風險評估，識別引發天然氣儲罐火災、爆炸事故的設備因素和人為因素，量化計算事故造成人員傷害和設備損失的風險評價結果。

1 HAZOP、LOPA和QRA的綜合應用

1.1 HAZOP、LOPA和QRA方法簡介

危險與可操作性研究(HAZOP)是對危險與可操作性問題進行詳細識別的過程，辨識潛在偏離設計目的的偏差，分析其可能的原因并評估相應的后果[1]。該方法優點簡便易行，可涵蓋各種可能的異常工況，但分析結果受人員的主觀因素影響。

保護層分析(LOPA)是一種半定量的風險評估技術，通過初始事件頻率、后果嚴重程度和獨立保護層失效頻率的乘積大小來辨識場景的風險。該方法幫助安全人員決定風險是否滿足最低合理可行(ALARP)，幫助安全人員作出下一步計劃。但該方法是一種簡化的半定量的風險分析方法，并不適用于所有情況[2]。

定量風險評價(QRA)是對某一設施或作業活動中發生事故頻率和后果進行定量分析[3]。該方法通過數據，計算出風險結果，能夠準確評價系統所需承擔風險的大小，但分析過程復雜，耗時較長。

1.2 基于HAZOP、LOPA和QRA的綜合風險分析

HAZOP分析，給出該系統或工藝發生的偏差，導致的后果及已有的安全措施。在HAZOP分析的基礎上，LOPA分析方法通過該風險因素的發生概率、后果嚴重程度和獨立保護層失效概率，從而確定該風險因素是否ALARP。在LOPA分析的基礎上，對不可接受的風險發生事故后果進行定量計算，QRA分析得出該因素引發事故的后果。

2 基于HAZOP、LOPA和QRA的綜合風險分析在天然氣儲罐中的應用

2.1 天然氣儲罐簡介

渤海某FPSO是對原油進行油、氣、水三相分離。分離出的天然氣經過冷卻、脫水洗滌，另一部分為廢熱回收鍋爐、惰氣發生器等提供燃料；一部分經加壓、再脫水洗滌、加熱，為主機提供燃料。

該儲罐工作壓力為 3.65 MPa，工作溫度為 40 ℃，處于日常吊裝的覆蓋區域內，且附近是介質為原油、天然氣的壓力儲罐，當該儲罐發生異常后，會引發次生災害。

2.2 HAZOP分析

表1是天然氣儲罐HAZOP分析結果。分析得出：天然氣儲罐可能會出現液位異常降低、低壓和高處墜物等后果。根據經驗和儀控設備SIL等級，需對表2中風險點進行LOPA分析。

表1 HAZOP分析

表2 風險點及對應場景分析表

2.3 LOPA分析

對表2中的4個場景進行LOPA分析，確定保護措施是否可以起到預防事故的目的，從而將事故概率降低到ALARP。

表3是針對4項不可接受的4項場景進行LOPA半定量分析，有3項場景的事故發生概率不需要采取行動，現場風險就能夠控制在合理范圍內。但是吊裝作業一項場景，還需采取安全措施。

2.4 QRA分析

表3是天然氣儲罐LOPA分析結果，吊裝事故是需要關注的風險。在LOPA分析的基礎上，引用《化工企業定量風險評價導則》中公式，從垂直方向噴射火、水平方向噴射火和蒸汽云爆炸(TNO模型)對儲罐發生泄漏后果進行定量計算，將事故造成的傷害進行量化計算，用數值有效地證明現場風險的大小。

發生吊裝事故后，造成天然氣發生火災或爆炸，對儲罐斜上方 7 m 處的吊車司機造成傷害；對同一水平面 5 m 處的燃料氣調儲罐造成水平方向熱輻射；發生爆炸后對對距離最近的燃料氣調儲罐造成影響。后果影響如表4。

表3 LOPA分析

表3(續)

表4 吊裝事故后造成的影響

1)從表4看出，吊車司機接收到的熱輻射通量為 54.17 kW/m2，根據《化工企業定量風險評價導則》中表H.2(不同熱輻射強度造成的傷害和損壞表)可知，對人員的傷害為 10 s 內1%死亡、1 min 內100%死亡。

2)從表4看出，介質為天然氣的燃料氣調儲罐接收到的水平方向熱輻射通量為 28.8 kW/m2，根據《化工企業定量風險評價導則》中表H.2可知，已經超過在無火焰，長時間輻射下木材燃燒的最小能量，也會造成該調儲罐損壞。

3)從表4看出，介質為天然氣的燃料氣調儲罐接收到的爆炸超壓為 202.65 kPa，根據《化工企業定量風險評價導則》中表H.3(超壓對建筑物的影響)可知，會造成燃料氣調儲罐完全破壞。

3 結束語

對天然氣儲罐從HAZOP定性分析，到LOPA半定量分析，最后QRA對泄漏后果定量計算，為FPSO以后安全工作、隱患排查等提供了理論指導。

1)采用HAZOP進行定性分析，能夠清楚該儲罐存在的危險，對存在的風險及預控措施有了更進一步的認識；

2)對HAZOP小組討論需關注的4項風險進行初始事件、后果和現有的保護措施進行LOPA分析，得出僅有吊裝作業需要采取行動的安全措施；

3)對因吊裝作業引發的事故進行QRA分析，得出對附近的人員、設備都會造成嚴重的影響，從而提高現場日常作業中風險分析的全面性和準確性。