HAZOP分析在LNG储罐工艺流程审查中的应用

孟树森，郭旭，朱彬，李晨亮，纪光达，钱力，张伟，王丽萍

（张家港中集圣达因工程有限公司， 江苏 张家港 215600）

LNG 储罐包括储罐主体、外部管路系统、潜液泵等设备。储罐区的主要危险来自储罐主体及管路系统内的LNG、BOG 等介质的泄漏引起的火灾、爆炸，还有一些次要危险性[1-4]。

储罐的工艺流程设计存在缺陷会导致储罐在运行过程中压力过高、过低、安全泄放装置失灵等。这些工况均可能造成储罐损坏、介质泄漏，引发危险[5-8]。

根据安监总管三（2013）76 号规定建设单位在建设项目设计合同中应主动要求设计单位对设计进行危险与可操作性（HAZOP）审查，并派遣有生产操作经验的员工参加审查，对HAZOP 审查报告进行审核。涉及“两重点一重大”和首次工业化设计的建设项目，必须在基础设计阶段展开HAZOP 分析。

1 危险与可操作性分析（HAZOP）

1.1 HAZOP 分析简介

“HAZOP”是危险与可操作性分析的英文缩写，目的是识别工艺流程或操作过程中存在的风险，确定因过程偏差而导致的不可接受的风险等级。

HAZOP 分析是工艺流程设计审查的常规方法之一，它是通过一组参数引导词（例如流量过高、流量过低、压力过高、压力过低、液位过高、液位过低等）与分析对象组成有意义的偏差，来全面、系统地辨识装置工艺中可能存在的导致安全或操作问题的设计缺陷，评估是否需要进一步地采取安全措施[9-10]。

另外HAZOP 分析作为一种系统化、结构化的危害识别工具已经广泛应用于识别装置在设计和操作阶段的工艺危害。

1.2 HAZOP 分析前提条件

HAZOP 分析首先须组建一个由多专业背景和丰富经验的小组，以会议的形式，将储罐区的整个工艺流程划分为若干小的节点，采用头脑风暴的方式对工艺过程中危险和可操作性的问题进行分析研究。

通过科学的方法，从多专业的角度对储罐实际运行过程中存在的风险进行判别、分析、评价并识别出生产装置设计及操作和对应的维修程序，并提出修改建议和应对措施，以提升装置工艺过程的安全性和可操作性，为编制防灾措施和应急预案提供准确的参考依据。

LNG 储罐通常不是单独存在的，因此必须采用HAZOP 分析对储罐物料装卸、储存、输送等进行科学、系统的风险等级评估。

HAZOP 分析是一种程序化的、系统的审查过程，可以评估LNG 储罐潜在的设计失误或误操作，以及对整个储罐区运行的影响。

2 HAZOP 分析流程

HAZOP 分析须根据工艺流程在分析主席的带领下，以小组讨论的形式阐述工艺流程的设计意图；再选择合适的参数引导词与分析对象产生可能发生的偏差，科学且系统性地对工艺流程进行审查。

以下为HAZOP 分析需开展的基本工作：

1）选择PID（工艺流程图），划分节点（根据管线、设备或系统）；

2）描述设计意图和设计要求；

3）选择引导词，与工艺参数组合生成偏差；

4）分析偏差产生的原因；

5）分析偏差可能导致的后果；

6）识别现有的风险削减措施。

重复以上步骤，直到每个参数引导词都被讨论到，并且小组成员对分析的内容达成了一致意见为止时，一个节点的分析就完成了。小组将继续分析下一个节点，以此类推，直到所有节点都被分析完为止。

3 HAZOP 分析实例

3.1 工艺流程节点描述“LNG 装车系统”

参数引导词“压力”、“流量”和“液位”，分析对象“LNG 储罐内置潜液泵出口”。

3.1.1 偏差“压力过高”的情况

1）产生偏差的原因：泵后回流阀失效关闭；导致后果：泵出口超压、泵低流量运行、气蚀损坏；原始风险等级：Ⅳ；已有保护措施：孔板流量计流量监测、泵振动检测、储罐压力高报警；保护后风险等级：Ⅰ。

2）产生偏差原因：泵出液气动控制阀故障关闭；导致后果：泵出口超压、泵低流量运行、气蚀损坏；原始风险等级：Ⅳ；已有保护措施：孔板流量计流量监测、联锁泵回流、泵振动检测、储罐压力高高报警；保护后风险等级：Ⅰ。

3）产生偏差原因：泵出液气动控总阀故障关闭；导致后果：泵出口超压、泵低流量运行、气蚀损坏；原始风险等级：Ⅳ；已有保护措施：孔板流量计流量监测、联锁泵回流、泵振动检测、储罐压力高高报警；保护后风险等级：Ⅰ。

4）产生偏差原因：装车气动控制阀故障关闭；导致后果：泵出口超压、泵低流量运行、气蚀损坏；原始风险等级：Ⅳ；已有保护措施：孔板流量计流量监测、联锁泵回流、泵振动检测、储罐压力高报警；保护后风险等级：Ⅰ。

3.1.2 偏差“压力过低”的情况

1）产生偏差的原因：潜液泵P1301A/B 变频故障；导致后果：无严重后果；原始风险等级：Ⅰ；已有保护措施：潜液泵P1301A/B 互为备用；保护后风险等级：Ⅰ。

2）产生偏差的原因：潜液泵的吸入口压力过低；导致后果：潜液泵气蚀损坏；原始风险等级：Ⅳ；已有保护措施：孔板流量计流量监测、联锁泵回流、泵振动检测、储罐压力低低报警；保护后风险等级：Ⅰ。

3.1.3 偏差“流量过高”的情况

产生偏差的原因：泵后回流阀失效全开；导致后果：泵出口流量大、泵电流过载；原始风险等级：Ⅱ；已有保护措施：泵电流保护；保护后风险等级：Ⅱ。

3.1.4 偏差“液位过低”的情况

产生偏差的原因：人员判断失误，超量装车；导致后果：LNG 金属全容罐液位低，泵气蚀损坏；原始风险等级：Ⅳ；已有保护措施：储罐液位低报警、低低联锁停泵、泵振动检测；保护后风险等级：Ⅰ。

3.2 工艺流程节点描述“LNG 进液系统”

参数引导词“压力”和“液位”，分析对象“LNG储罐”。

3.2.1 偏差“压力过高”的情况

1）产生偏差的原因：LNG 进液温度高；导致后果：LNG 储罐超压损坏；原始风险等级：Ⅳ；已有保护措施：储罐压力高报警、高高联锁开启BOG气动控制阀、联锁开启EAG 气动控制阀、安全阀开启；保护后风险等级：Ⅱ。

2）产生偏差的原因：冷箱出液气动控制阀失效开启；导致后果：LNG 储罐超压损坏；原始风险等级：Ⅳ；已有保护措施：储罐压力高报警、高高联锁开启BOG 气动控制阀、联锁开启EAG 气动控制阀、安全阀开启；保护后风险等级：Ⅱ。

3）产生偏差的原因：人员误操作，进液时满罐未及时关闭进液阀；导致后果：LNG 储罐液位升高，满溢至夹层，BOG 量增加，储罐超压；原始风险等级：Ⅳ；已有保护措施：储罐压力高报警、高高联锁开启BOG 气动控制阀、联锁开启EAG 气动控制阀、安全阀开启；保护后风险等级：Ⅱ。

3.2.2 偏差“液位过高”的情况

1）产生偏差的原因：储罐进液气动控制总阀失效开启；导致后果：LNG 储罐液位升高，满溢至夹层；原始风险等级：Ⅳ；已有保护措施：储罐液位高报警；保护后风险等级：Ⅱ。

2）产生偏差的原因：人员误操作，进液时满罐未及时关闭进液阀；导致后果：LNG 储罐液位升高，满溢至夹层；原始风险等级：Ⅳ；已有保护措施：储罐液位高报警、高高连锁关闭储罐进液气动控制总阀；保护后风险等级：Ⅳ；建议措施：建议企业加强人员培训，加强管理。

3.3 工艺流程节点描述“BOG 系统”

参数引导词“压力”，分析对象“LNG 储罐”。

3.3.1 偏差“压力过高”的情况

1）产生偏差的原因：BOG 气动控制阀故障未开启；导致后果：LNG 储罐超压损坏；原始风险等级：Ⅳ；已有保护措施：储罐压力高报警、高高联锁开启BOG 气动控制阀、联锁开启EAG 气动控制阀、安全阀开启；保护后风险等级：Ⅱ。

2）产生偏差的原因：槽车气相温度升高；导致后果：LNG 储罐超压损坏；原始风险等级：Ⅳ；已有保护措施：储罐压力高报警、高高联锁开启BOG气动控制阀、联锁开启EAG 气动控制阀、安全阀开启；保护后风险等级：Ⅱ。

3.3.2 偏差“压力过低”的情况

产生偏差的原因：BOG 气动控制阀故障开启；导致后果：LNG 储罐负压损坏；原始风险等级：Ⅳ；已有保护措施：储罐压力低报警、低低联锁开启补气气动控制阀、吸气阀开启；保护后风险等级：Ⅱ。

4 结束语

由上述实例可清晰地了解到当储罐工艺流程设计存在缺陷和不足时，会导致储罐在运行过程中存在安全风险（即原始风险）。这些风险等级或大或小，严重的会导致安全事故。现通过HAZOP 分析方法可确定原始风险的等级，再讨论现有保护措施是否可以有效地降低风险等级，若不能有效降低风险等级需要进一步采取哪些措施。