输气场站工艺安全风险分析

杨凌云

(中国石化安全监管部，北京 100728)

HAZOP分析是常用的一种风险分析方法。通过HAZOP分析，可以辨识输气场站设计缺陷、工艺过程危害及操作性问题等[1]。通过将工艺过程划分为合理的单元，针对每一个节点分析出潜在的危险偏差，然后对每一个可能的有意义的偏差从可能的原因、潜在的后果、已有的安全保护措施等方面进行详细分析和评估，从而有效地控制风险[2]。在HAZOP分析的基础上，对输气场站工艺过程风险进行量化，并制定风险控制措施，对输气场站风险管理提供指导、帮助。

1 输气场站HAZOP风险分析

根据HAZOP分析的要求，首先应划分工艺单元，然后针对划分好的工艺单元，以压气站为例，根据输气站场工艺流程的分析，一般将压气站场工艺流程划分出8个不同的节点，每个节点的情况见表1。

工艺单元划分完成后，根据HAZOP的相关要求，结合压气站的主要工艺流程，开展HAZOP分析。根据HAZOP分析，压气站工艺流程过程中的风险主要存在如下方面:ESD阀关断、相关线路阀关断、压气站上游气源停输、干线管道破裂、分离器入口阀意外关断、旋风分离器堵塞、压缩机组紧急停车、放空阀意外打开、压气站上游来气量增加、压气站上游气源停输、调压撬内压力调节阀失效、环境温度低、压缩机超速，导致出口温度高等方面，上述风险的后果均为天然气泄漏引发火灾爆炸。

表1 压气站HAZOP分析节点

运用HAZOP方法进行危险源辨识，风险分析的过程基本上就是一个定性的过程，与实际的风险评估结果存在偏差[3]。天然气泄漏作为输气场站最重要的风险，对泄漏引发事故产生的人员伤害、财产损失进行量化风险分析，能够有效地避免传统风险分析过程中的不足。

2 天然气泄漏风险量化分析

输气场站的天然气泄漏风险，泄漏物主要是天然气，天然气的主要成分是甲烷(约95%以上)，其爆炸极限很低，仅为5%～15%，属甲类化学危险品，所以基本不存在池火破坏的可能，天然气泄漏的主要风险是喷射火。

喷射火的热辐射计算模型通常为点源模型。该模型假定火焰为圆锥形，并用从泄漏处到火焰长度4/5处的点源模型来表示。

天然气泄漏喷射火的火焰长度可用如下方程得到:

式中:L——火焰长度，m；

Hc——燃烧热，天然气取 5.56×104kJ/kg；

m——质量流速，设初始质量流速为7 m3/s。

经计算得出，火焰长度约为1.62 m。

目标接收到的热辐射能量距离火焰点源为x(m)处接收到的热辐射通量可用下式表示:

式中:q——距离x处接收的热辐射的通量，kW/m2；

f——热辐射率；

τ——大气传输率。

其中大气传输率τ按下式计算:

热辐射对人员的伤害主要取决于辐射强度q和持续时间t。通常按照表2计算热辐射对人体或设备的伤害。

结合输气场站的天然气泄漏风险，对输气场站选定场景进行模拟计算，运用计算机按照从1 m开始循环计算，得出距离1 m，辐射通量为22.13 kW/m2，直到59 m，热辐射的通量0。计算结果见表3。

表2 热辐射强度伤害

表3 输气场站的天然气泄漏喷射火模拟伤害情况

通过输气场站的天然气泄漏喷射火模拟可以得知:

a)在输气场站一定的场景下，采用该方法可计算出危害距离；可为输气场站的安全管理提供有效的技术支持。

b)火焰高度随质量流速的增大而增大；伤害/破坏半径随暴露时间的延长而显著增大。

c)随着质量流速的增大，各种破坏半径显著增大。在输气设施建立相应的应急措施，可为输气场站的应急救援措施提供依据。

3 结语

输气场站的工艺安全分析，是在传统危险源辨识的基础上，对识别出的风险进行进一步的量化。对输气场站进行天然气泄漏喷射火分析，提升了评估的科学性和有效性。为HAZOP分析后的风险控制措施制定，奠定了良好的基础。