HAZOP&LOPA分析在LNG氣化站工藝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
HAZOP&LOPA分析在LNG氣化站工藝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
一、危險(xiǎn)與可操作性分析（HAZOP，Hazard and operability studies）方法
HAZOP分析是對(duì)危險(xiǎn)與可操作性問題進(jìn)行詳細(xì)識(shí)別的過程，由一個(gè)小組完成，該小組包含工藝、管道、儀表、設(shè)備、電氣、安全等專業(yè)。HAZOP分析包括辨識(shí)潛在的偏離設(shè)計(jì)目的的偏差，分析其可能性和嚴(yán)重度，并評(píng)估其風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。
在開始危險(xiǎn)分析時(shí)，HAZOP分析組長(zhǎng)和小組成員一起將接受分析的工藝系統(tǒng)劃分成若干個(gè)節(jié)點(diǎn)。并以節(jié)點(diǎn)為單位，運(yùn)用“引導(dǎo)詞”的導(dǎo)引完成分析工作。
1.1 HAZOP分析的基本步驟
1) 節(jié)點(diǎn)及偏差選擇
2) 初始事件確認(rèn)
3) 場(chǎng)景描述及后果
4) 嚴(yán)重度分析
5) 可能性分析
6) 確定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)
根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)矩陣確定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估矩陣見表1。
7) 剩余風(fēng)險(xiǎn)
若場(chǎng)景潛在風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為高、很高，為企業(yè)不可接受風(fēng)險(xiǎn)，則必須采取相應(yīng)的措施，可以選取預(yù)防性保護(hù)措施、減緩性保護(hù)措施、限制和控制措施，然后根據(jù)相應(yīng)措施的類型，重新評(píng)估可能性和嚴(yán)重度；若場(chǎng)景潛在風(fēng)險(xiǎn)為低風(fēng)險(xiǎn)，則無(wú)需其他安全措施；若場(chǎng)景潛在風(fēng)險(xiǎn)為中風(fēng)險(xiǎn)，則企業(yè)可采用成本效益分析，決定是否需要增加新的安全措施。
二、保護(hù)層分析（LOPA，Layer of protection analysis）方法
LOPA分析是在定性危險(xiǎn)分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)具體的場(chǎng)景的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行相對(duì)量化的研究，包括對(duì)場(chǎng)景的準(zhǔn)確表述及識(shí)別已有的獨(dú)立保護(hù)層（IPL，Independent protection layer），從而判定該場(chǎng)景發(fā)生時(shí)系統(tǒng)所處的風(fēng)險(xiǎn)水平是否達(dá)到可容許風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)的要求，并根據(jù)需要增加適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)層，以將風(fēng)險(xiǎn)降低至可容許風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)所要求的水平。
2.1 LOPA基本程序包括
1）場(chǎng)景識(shí)別與篩選
2）初始事件（IE，Initiating event）確認(rèn)
3）獨(dú)立保護(hù)層（IPL，Independent protection layer）評(píng)估
4）場(chǎng)景頻率計(jì)算
5）風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與決策
6）后續(xù)跟蹤與審查
HAZOP信息與LOPA信息兩者之間的關(guān)系見圖1。
場(chǎng)景頻率為初始事件發(fā)生頻率、所有保護(hù)層要求時(shí)失效概率（PFD，Probability of failure on demand）、使能事件或使能條件的發(fā)生概率、點(diǎn)火概率、暴露概率、致死率之積。
場(chǎng)景發(fā)生頻率按式（1）計(jì)算：
--初始事件i造成后果C的頻率，單位為次每年；
--初始事件i的發(fā)生頻率，單位為次每年；
--使能事件或使能條件發(fā)生的概率，假如沒有使能事件或使能條件，則取1；
--條件修正因子，假如沒有任何條件修正，則取1；
--初始事件i中第j個(gè)阻止后果C的獨(dú)立保護(hù)層要求時(shí)的失效概率（PFD）。
初始事件概率數(shù)據(jù)見《保護(hù)層分析（LOPA）方法應(yīng)用導(dǎo)則》（AQ/T3054-2015）表E.1、表E.2[1]，IPL的PFD（Probability of failure on demand，要求時(shí)的失效概率）數(shù)據(jù)見《保護(hù)層分析（LOPA）方法應(yīng)用導(dǎo)則》（AQ/T3054-2015）表E.3。
三、HAZOP&LOPA分析在LNG氣化站工藝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
3.1 LNG的主要危險(xiǎn)特性
LNG是液化天然氣的縮寫，主要成分為甲烷，其體積為天然氣的1/600。天然氣屬于極易燃?xì)怏w，無(wú)色、無(wú)味。沸點(diǎn)-161.5℃，相對(duì)蒸氣密度（空氣=1）0.6，相對(duì)密度（水=1）0.42(-164℃)，飽和蒸氣壓53.32kPa(-168.8℃)，爆炸極限5.0%～16%（體積比）。
根據(jù)《危險(xiǎn)化學(xué)品目錄》（2015版）及其附件《危險(xiǎn)化學(xué)品分類信息表》，天然氣（序號(hào)：2123；CAS號(hào)：8006-14-2）屬于危險(xiǎn)化學(xué)品，其危險(xiǎn)性類別為易燃?xì)怏w，類別1；加壓氣體。天然氣（首批：序號(hào)5）為重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化學(xué)品 。
3.2 LNG氣化站工藝流程簡(jiǎn)述
LNG氣化站主要由卸車區(qū)、儲(chǔ)罐區(qū)、氣化調(diào)壓區(qū)等組成。其中儲(chǔ)罐區(qū)包括LNG儲(chǔ)罐&儲(chǔ)罐增壓器，內(nèi)含20m3低溫臥式儲(chǔ)罐1臺(tái)、200Nm3/h儲(chǔ)罐增壓器1臺(tái)；卸車區(qū)包括300Nm3/h卸車增壓器1臺(tái) ；氣化調(diào)壓區(qū)包括2150Nm3/h空溫式氣化器1臺(tái)、1500Nm3/h空溫式氣化器1臺(tái)、1000Nm3/h復(fù)熱器1臺(tái)、1000Nm3/h調(diào)壓計(jì)量加臭撬1臺(tái)、300Nm3/h BOG加熱器1臺(tái)、200Nm3/h EAG加熱器1臺(tái)。
LNG氣化站氣化區(qū)小時(shí)供氣量為800Nm3//h。
LNG氣化站工藝流程簡(jiǎn)述如下：
1)卸車流程：LNG由LNG槽車運(yùn)至本站，在卸氣口通過LNG專用軟管連接槽車，平衡槽車和儲(chǔ)罐的氣相壓力或通過放散降低罐壓力后啟動(dòng)卸車增壓器把槽車升壓至0.6Mpa，利用壓差將LNG送至LNG儲(chǔ)罐儲(chǔ)存。
2)氣化流程：通過儲(chǔ)罐增壓器和自動(dòng)增壓調(diào)節(jié)閥將儲(chǔ)罐內(nèi)氣相空間壓力升至0.6Mpa，利用壓力差將LNG送至空溫式氣化器完成氣化流程，然后通過天然氣調(diào)壓計(jì)量加臭裝置接至用戶中壓管網(wǎng)。同時(shí)，考慮在冬季環(huán)境溫度低，空溫式氣化器無(wú)法保證出站天然氣的溫度，若氣態(tài)天然氣溫度過低將損壞后段輸配管網(wǎng)，故增加一臺(tái)復(fù)熱器，將氣化后的天然氣溫度加熱至5℃，以保證后段輸配管網(wǎng)的正常使用。
3)BOG（Boil Off Gas）處理：為保證儲(chǔ)罐的安全，通過降壓調(diào)節(jié)閥自動(dòng)排出罐頂?shù)臍怏w（BOG），這部分氣體經(jīng)BOG加熱器加熱、電加熱復(fù)熱器復(fù)熱，再通過調(diào)壓計(jì)量加臭后，調(diào)至0.09Mpa，接入用戶中壓管網(wǎng)。
4)放空處理：站內(nèi)設(shè)有緊急放空系統(tǒng)（EAG），將LNG儲(chǔ)罐和管道上的放散管道匯集并經(jīng)EAG空溫式加熱器加熱，加熱后的氣體與常溫安全閥放散的氣體匯集后至放散總管排放。
3.3 LNG氣化站涉及的工藝設(shè)備
LNG氣化站涉及的工藝設(shè)備見表2。
3.4 LNG氣化站HAZOP&LOPA分析輸入資料
HAZOP&LOPA分析輸入資料見表3。
3.5 用戶風(fēng)險(xiǎn)可接受標(biāo)準(zhǔn)
用戶的風(fēng)險(xiǎn)可接受標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)考慮用戶的情況和本行業(yè)的特點(diǎn)。設(shè)定值過高，安全措施不到位無(wú)法有效保護(hù)裝置，設(shè)定值過低，安全措施過多，增加投資并且影響操作和維護(hù)。根據(jù)用戶裝置的特點(diǎn)，結(jié)合用戶實(shí)際情況，用戶風(fēng)險(xiǎn)可接受標(biāo)準(zhǔn)為中（可選擇性的采取行動(dòng)）或低（不需采取行動(dòng)）。
3.6 LNG氣化站HAZOP&LOPA分析結(jié)果
LNG氣化站HAZOP&LOPA分析結(jié)果分別見表4、表5。
四、結(jié)論
結(jié)合LNG氣化站工藝，通過開展HAZOP&LOPA分析，充分辨識(shí)LNG氣化站工藝設(shè)計(jì)缺陷、工藝過程危險(xiǎn)及操作性問題，全面排查L(zhǎng)NG氣化站在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)階段存在的不足，從源頭上努力減少設(shè)計(jì)缺陷帶來的安全隱患，提升裝置的可靠性，并為L(zhǎng)NG氣化站工藝及自動(dòng)化控制的安全設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。
參考文獻(xiàn)：
[1]《保護(hù)層分析（LOPA）方法應(yīng)用導(dǎo)則》（AQ/T3054-2015）.
[2]《國(guó)家安全監(jiān)管總局關(guān)于公布首批重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化學(xué)品名錄的通知》（安監(jiān)總管三〔2011〕95號(hào)）.
HAZOP分析是對(duì)危險(xiǎn)與可操作性問題進(jìn)行詳細(xì)識(shí)別的過程，由一個(gè)小組完成，該小組包含工藝、管道、儀表、設(shè)備、電氣、安全等專業(yè)。HAZOP分析包括辨識(shí)潛在的偏離設(shè)計(jì)目的的偏差，分析其可能性和嚴(yán)重度，并評(píng)估其風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。
在開始危險(xiǎn)分析時(shí)，HAZOP分析組長(zhǎng)和小組成員一起將接受分析的工藝系統(tǒng)劃分成若干個(gè)節(jié)點(diǎn)。并以節(jié)點(diǎn)為單位，運(yùn)用“引導(dǎo)詞”的導(dǎo)引完成分析工作。
1.1 HAZOP分析的基本步驟
1) 節(jié)點(diǎn)及偏差選擇
2) 初始事件確認(rèn)
3) 場(chǎng)景描述及后果
4) 嚴(yán)重度分析
5) 可能性分析
6) 確定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)
根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)矩陣確定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估矩陣見表1。
7) 剩余風(fēng)險(xiǎn)
若場(chǎng)景潛在風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為高、很高，為企業(yè)不可接受風(fēng)險(xiǎn)，則必須采取相應(yīng)的措施，可以選取預(yù)防性保護(hù)措施、減緩性保護(hù)措施、限制和控制措施，然后根據(jù)相應(yīng)措施的類型，重新評(píng)估可能性和嚴(yán)重度；若場(chǎng)景潛在風(fēng)險(xiǎn)為低風(fēng)險(xiǎn)，則無(wú)需其他安全措施；若場(chǎng)景潛在風(fēng)險(xiǎn)為中風(fēng)險(xiǎn)，則企業(yè)可采用成本效益分析，決定是否需要增加新的安全措施。
二、保護(hù)層分析（LOPA，Layer of protection analysis）方法
LOPA分析是在定性危險(xiǎn)分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)具體的場(chǎng)景的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行相對(duì)量化的研究，包括對(duì)場(chǎng)景的準(zhǔn)確表述及識(shí)別已有的獨(dú)立保護(hù)層（IPL，Independent protection layer），從而判定該場(chǎng)景發(fā)生時(shí)系統(tǒng)所處的風(fēng)險(xiǎn)水平是否達(dá)到可容許風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)的要求，并根據(jù)需要增加適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)層，以將風(fēng)險(xiǎn)降低至可容許風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)所要求的水平。
2.1 LOPA基本程序包括
1）場(chǎng)景識(shí)別與篩選
2）初始事件（IE，Initiating event）確認(rèn)
3）獨(dú)立保護(hù)層（IPL，Independent protection layer）評(píng)估
4）場(chǎng)景頻率計(jì)算
5）風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與決策
6）后續(xù)跟蹤與審查
HAZOP信息與LOPA信息兩者之間的關(guān)系見圖1。
場(chǎng)景頻率為初始事件發(fā)生頻率、所有保護(hù)層要求時(shí)失效概率（PFD，Probability of failure on demand）、使能事件或使能條件的發(fā)生概率、點(diǎn)火概率、暴露概率、致死率之積。
場(chǎng)景發(fā)生頻率按式（1）計(jì)算：
--初始事件i造成后果C的頻率，單位為次每年；
--初始事件i的發(fā)生頻率，單位為次每年；
--使能事件或使能條件發(fā)生的概率，假如沒有使能事件或使能條件，則取1；
--條件修正因子，假如沒有任何條件修正，則取1；
--初始事件i中第j個(gè)阻止后果C的獨(dú)立保護(hù)層要求時(shí)的失效概率（PFD）。
初始事件概率數(shù)據(jù)見《保護(hù)層分析（LOPA）方法應(yīng)用導(dǎo)則》（AQ/T3054-2015）表E.1、表E.2[1]，IPL的PFD（Probability of failure on demand，要求時(shí)的失效概率）數(shù)據(jù)見《保護(hù)層分析（LOPA）方法應(yīng)用導(dǎo)則》（AQ/T3054-2015）表E.3。
三、HAZOP&LOPA分析在LNG氣化站工藝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
3.1 LNG的主要危險(xiǎn)特性
LNG是液化天然氣的縮寫，主要成分為甲烷，其體積為天然氣的1/600。天然氣屬于極易燃?xì)怏w，無(wú)色、無(wú)味。沸點(diǎn)-161.5℃，相對(duì)蒸氣密度（空氣=1）0.6，相對(duì)密度（水=1）0.42(-164℃)，飽和蒸氣壓53.32kPa(-168.8℃)，爆炸極限5.0%～16%（體積比）。
根據(jù)《危險(xiǎn)化學(xué)品目錄》（2015版）及其附件《危險(xiǎn)化學(xué)品分類信息表》，天然氣（序號(hào)：2123；CAS號(hào)：8006-14-2）屬于危險(xiǎn)化學(xué)品，其危險(xiǎn)性類別為易燃?xì)怏w，類別1；加壓氣體。天然氣（首批：序號(hào)5）為重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化學(xué)品 。
3.2 LNG氣化站工藝流程簡(jiǎn)述
LNG氣化站主要由卸車區(qū)、儲(chǔ)罐區(qū)、氣化調(diào)壓區(qū)等組成。其中儲(chǔ)罐區(qū)包括LNG儲(chǔ)罐&儲(chǔ)罐增壓器，內(nèi)含20m3低溫臥式儲(chǔ)罐1臺(tái)、200Nm3/h儲(chǔ)罐增壓器1臺(tái)；卸車區(qū)包括300Nm3/h卸車增壓器1臺(tái) ；氣化調(diào)壓區(qū)包括2150Nm3/h空溫式氣化器1臺(tái)、1500Nm3/h空溫式氣化器1臺(tái)、1000Nm3/h復(fù)熱器1臺(tái)、1000Nm3/h調(diào)壓計(jì)量加臭撬1臺(tái)、300Nm3/h BOG加熱器1臺(tái)、200Nm3/h EAG加熱器1臺(tái)。
LNG氣化站氣化區(qū)小時(shí)供氣量為800Nm3//h。
LNG氣化站工藝流程簡(jiǎn)述如下：
1)卸車流程：LNG由LNG槽車運(yùn)至本站，在卸氣口通過LNG專用軟管連接槽車，平衡槽車和儲(chǔ)罐的氣相壓力或通過放散降低罐壓力后啟動(dòng)卸車增壓器把槽車升壓至0.6Mpa，利用壓差將LNG送至LNG儲(chǔ)罐儲(chǔ)存。
2)氣化流程：通過儲(chǔ)罐增壓器和自動(dòng)增壓調(diào)節(jié)閥將儲(chǔ)罐內(nèi)氣相空間壓力升至0.6Mpa，利用壓力差將LNG送至空溫式氣化器完成氣化流程，然后通過天然氣調(diào)壓計(jì)量加臭裝置接至用戶中壓管網(wǎng)。同時(shí)，考慮在冬季環(huán)境溫度低，空溫式氣化器無(wú)法保證出站天然氣的溫度，若氣態(tài)天然氣溫度過低將損壞后段輸配管網(wǎng)，故增加一臺(tái)復(fù)熱器，將氣化后的天然氣溫度加熱至5℃，以保證后段輸配管網(wǎng)的正常使用。
3)BOG（Boil Off Gas）處理：為保證儲(chǔ)罐的安全，通過降壓調(diào)節(jié)閥自動(dòng)排出罐頂?shù)臍怏w（BOG），這部分氣體經(jīng)BOG加熱器加熱、電加熱復(fù)熱器復(fù)熱，再通過調(diào)壓計(jì)量加臭后，調(diào)至0.09Mpa，接入用戶中壓管網(wǎng)。
4)放空處理：站內(nèi)設(shè)有緊急放空系統(tǒng)（EAG），將LNG儲(chǔ)罐和管道上的放散管道匯集并經(jīng)EAG空溫式加熱器加熱，加熱后的氣體與常溫安全閥放散的氣體匯集后至放散總管排放。
3.3 LNG氣化站涉及的工藝設(shè)備
LNG氣化站涉及的工藝設(shè)備見表2。
3.4 LNG氣化站HAZOP&LOPA分析輸入資料
HAZOP&LOPA分析輸入資料見表3。
3.5 用戶風(fēng)險(xiǎn)可接受標(biāo)準(zhǔn)
用戶的風(fēng)險(xiǎn)可接受標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)考慮用戶的情況和本行業(yè)的特點(diǎn)。設(shè)定值過高，安全措施不到位無(wú)法有效保護(hù)裝置，設(shè)定值過低，安全措施過多，增加投資并且影響操作和維護(hù)。根據(jù)用戶裝置的特點(diǎn)，結(jié)合用戶實(shí)際情況，用戶風(fēng)險(xiǎn)可接受標(biāo)準(zhǔn)為中（可選擇性的采取行動(dòng)）或低（不需采取行動(dòng)）。
3.6 LNG氣化站HAZOP&LOPA分析結(jié)果
LNG氣化站HAZOP&LOPA分析結(jié)果分別見表4、表5。
四、結(jié)論
結(jié)合LNG氣化站工藝，通過開展HAZOP&LOPA分析，充分辨識(shí)LNG氣化站工藝設(shè)計(jì)缺陷、工藝過程危險(xiǎn)及操作性問題，全面排查L(zhǎng)NG氣化站在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)階段存在的不足，從源頭上努力減少設(shè)計(jì)缺陷帶來的安全隱患，提升裝置的可靠性，并為L(zhǎng)NG氣化站工藝及自動(dòng)化控制的安全設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。
參考文獻(xiàn)：
[1]《保護(hù)層分析（LOPA）方法應(yīng)用導(dǎo)則》（AQ/T3054-2015）.
[2]《國(guó)家安全監(jiān)管總局關(guān)于公布首批重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化學(xué)品名錄的通知》（安監(jiān)總管三〔2011〕95號(hào)）.