顧楓，郭旭，陳杰，孟樹森，沈益，錢力，陸江峰，王雪菲

（1. 張家港中集圣達(dá)因工程有限公司，江蘇 蘇州 215600； 2. 張家港中集圣達(dá)因低溫裝備有限公司，江蘇 蘇州 215600）

國(guó)家大力推進(jìn)環(huán)保工作，環(huán)保清潔能源得到市場(chǎng)的青睞，低溫常壓工程儲(chǔ)罐在接收站和液化工廠的需求越來越多，低溫清潔能源產(chǎn)品如LNG、液態(tài)乙烯等在生產(chǎn)生活中大量應(yīng)用。目前市場(chǎng)上對(duì)于低溫儲(chǔ)罐設(shè)備的安全要求越來越嚴(yán)苛，對(duì)于安全防護(hù)性能要求越來越高，在這種大環(huán)境下，危險(xiǎn)與可操作性分析（HAZOP）儼然成為首要選擇[1-2]。

本文將基于HAZOP分析，對(duì)常壓工程大罐流程進(jìn)行分析，并對(duì)大罐工藝流程控制多方面進(jìn)行安全設(shè)計(jì)探討。

1 常壓工程大罐工藝及控制系統(tǒng)

1.1 工藝流程

結(jié)合吊頂雙金屬全容罐結(jié)構(gòu)和實(shí)際運(yùn)行情況，改善優(yōu)化其工藝流程，主要流程如下：

1.1.1 進(jìn)出液流程

進(jìn)液管道： 液體介質(zhì)進(jìn)入儲(chǔ)罐分底部進(jìn)液和頂部進(jìn)液兩種方式，液體介質(zhì)以不同的方式進(jìn)入儲(chǔ)罐中，可以有效減少儲(chǔ)罐內(nèi)液體分層的可能性。

預(yù)冷管道：項(xiàng)目投產(chǎn)階段時(shí)，儲(chǔ)罐進(jìn)液總管上設(shè)置一路分支管線當(dāng)作預(yù)冷管線進(jìn)液，預(yù)冷管線端部噴淋采用霧化式噴頭，保證儲(chǔ)罐在首次進(jìn)液時(shí)能夠均勻冷卻，局部產(chǎn)生溫差應(yīng)力的問題可以有效解決。

出液管道：儲(chǔ)罐一般情況下設(shè)置兩臺(tái)罐內(nèi)潛液泵（一備一用）進(jìn)行排液。

1.1.2 泵后回流流程

在裝車過程中可通過泵后回流管線調(diào)節(jié)去裝車位的流量，同時(shí)在后續(xù)不需要用量但不想停泵時(shí)，可使?jié)撘罕镁S持在最小流量[3]，通過泵后回流管線打回流。同時(shí)可通過此管線利用泵打回流來均勻儲(chǔ)罐上下層的介質(zhì)密度，防止儲(chǔ)罐中液體出現(xiàn)翻滾現(xiàn)象，從而保證儲(chǔ)罐安全運(yùn)行。

1.1.3 蒸發(fā)天然氣（BOG）管線流程

儲(chǔ)罐裝車后，槽車內(nèi)產(chǎn)生的BOG可經(jīng)由此管線回收進(jìn)入儲(chǔ)罐。同時(shí)儲(chǔ)罐自身產(chǎn)生的BOG可通過BOG管線后端的BOG壓縮機(jī)來控制儲(chǔ)罐壓力。

1.1.4 氮?dú)獯祾吡鞒?/p>

儲(chǔ)罐設(shè)置獨(dú)立的干燥、吹掃管線，分別進(jìn)行內(nèi)罐的吹掃、底部絕熱層的吹掃、熱角保護(hù)的吹掃、泵柱的吹掃等。

1.2 工藝安全控制

通過結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)罐的實(shí)際運(yùn)行情況，有針對(duì)性地提出儲(chǔ)罐工藝安全控制方案。

1.2.1 儲(chǔ)罐超壓保護(hù)控制

針對(duì)儲(chǔ)罐可能出現(xiàn)的超壓情況，共設(shè)置3級(jí)保護(hù)系統(tǒng)：

1）正常情況下儲(chǔ)罐壓力可通過BOG 壓縮機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證儲(chǔ)罐壓力維持在正常工作壓力；

2）若儲(chǔ)罐壓力升高，則儲(chǔ)罐BOG 管線上壓力控制閥聯(lián)鎖控制被自動(dòng)開啟將儲(chǔ)罐產(chǎn)生的BOG 氣體放空至放空管；

3）若儲(chǔ)罐壓力繼續(xù)升高，則罐頂設(shè)置的超壓放空閥將開啟，將BOG 釋放到大氣中。

1.2.2 儲(chǔ)罐低壓保護(hù)控制

針對(duì)儲(chǔ)罐可能出現(xiàn)的低壓情況，共設(shè)置3級(jí)保護(hù)系統(tǒng)：

1）正常情況下儲(chǔ)罐壓力可通過BOG 壓縮機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)壓力低于儲(chǔ)罐正常運(yùn)行壓力時(shí)，BOG 壓縮機(jī)停機(jī)；

2）若儲(chǔ)罐壓力繼續(xù)下降，則罐頂設(shè)置的補(bǔ)氣管線調(diào)節(jié)閥開啟，站場(chǎng)內(nèi)天然氣通過補(bǔ)氣管線進(jìn)入儲(chǔ)罐以保證儲(chǔ)罐壓力；

3）若儲(chǔ)罐壓力仍不能滿足要求，則罐頂設(shè)置的破真空閥自動(dòng)開啟，儲(chǔ)罐內(nèi)將進(jìn)入空氣防止儲(chǔ)罐內(nèi)壓負(fù)真空對(duì)儲(chǔ)罐造成破壞。

1.2.3 儲(chǔ)罐溫度監(jiān)測(cè)控制

儲(chǔ)罐罐體通過設(shè)置表面溫度計(jì)，用于對(duì)主容器壁板、底板、夾層空間以及液體溫度進(jìn)行有效的監(jiān)控[3]。表面溫度計(jì)輸出的信號(hào)，最終統(tǒng)一匯總至防爆接線箱。

1.2.4 儲(chǔ)罐液位檢測(cè)控制

1）儲(chǔ)罐設(shè)置兩套伺服液位計(jì)，用于測(cè)量液位高度并進(jìn)行監(jiān)控。

2）儲(chǔ)罐設(shè)置一套高液位雷達(dá)報(bào)警開關(guān)，同時(shí)將高液位報(bào)警信號(hào)接入控制室進(jìn)行遠(yuǎn)程觀測(cè)及報(bào)警。

3）儲(chǔ)罐上下進(jìn)液管線上分別設(shè)置遠(yuǎn)程控制閥，同時(shí)與儲(chǔ)罐的高液位報(bào)警開關(guān)進(jìn)行聯(lián)鎖控制。

4）設(shè)置低液位報(bào)警，在液位較低及很低的情況下，分別設(shè)置了低液位（L）報(bào)警和低低液位（LL）報(bào)警，同時(shí)與儲(chǔ)罐出液管道上的自動(dòng)控制閥進(jìn)行聯(lián)鎖控制，液位過低的情況下自動(dòng)切斷控制閥，阻止儲(chǔ)罐內(nèi)的介質(zhì)對(duì)外排放。

2 HAZOP相關(guān)方法

2.1 風(fēng)險(xiǎn)矩陣[4]

風(fēng)險(xiǎn)矩陣可以幫助評(píng)估各參數(shù)的風(fēng)險(xiǎn)程度，風(fēng)險(xiǎn)矩陣圖見表1。

表1 風(fēng)險(xiǎn)矩陣圖

2.2 偏差矩陣

通過一組引導(dǎo)詞與參數(shù)組成偏差，按照偏差矩陣逐一進(jìn)行引導(dǎo)分析。偏差矩陣見表2。

表2 偏差矩陣圖

3 基于HAZOP分析常壓工程大罐工藝控制流程

通過HAZOP分析對(duì)常壓工程大罐工藝控制流程進(jìn)行舉例探討，提出參數(shù)產(chǎn)生的偏差、原因、產(chǎn)生的后果，針對(duì)現(xiàn)有的措施提出更為可靠的建議措施進(jìn)行安全性預(yù)防，提升儲(chǔ)罐整體運(yùn)行的安全性。

3.1 對(duì)壓力參數(shù)的分析探討

1）假設(shè)儲(chǔ)罐入口管線壓力過高，人員可能誤操作，上下進(jìn)液管線控制閥故障關(guān)，則會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)罐入口管線壓力升高，可能超壓損壞泄漏，引起火災(zāi)爆炸、人員傷亡。劃分的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅳ級(jí)。分析后的建議措施為在進(jìn)液總管線增設(shè)控制閥并進(jìn)行聯(lián)鎖控制。保護(hù)后的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)可降為Ⅱ級(jí)。

2）假設(shè)儲(chǔ)罐壓力過低，BOG管線控制閥故障開，則會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)罐負(fù)壓損壞。劃分的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅳ級(jí)。目前的保護(hù)措施為低低聯(lián)鎖補(bǔ)氣管線控制閥，分析后的建議措施為增加氮?dú)庋a(bǔ)氣回路。保護(hù)后的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)可降為Ⅱ級(jí)。

3）假設(shè)儲(chǔ)罐泵出口壓力過高，泵出口超壓，泵低流量運(yùn)行，氣蝕損壞。劃分的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅳ級(jí)。目前的保護(hù)措施為進(jìn)行流量監(jiān)測(cè)聯(lián)鎖泵回流、泵振動(dòng)監(jiān)測(cè)以及高高報(bào)警。保護(hù)后的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)可降為Ⅰ級(jí)。

3.2 對(duì)液位參數(shù)的分析探討

1）假設(shè)儲(chǔ)罐液位過高，人員可能誤操作，導(dǎo)致可能未能及時(shí)裝車，則會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)罐液位升高[5]，可能滿罐超壓，設(shè)備損壞泄漏，引起火災(zāi)爆炸、人員傷亡等危害。劃分的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅳ級(jí)。目前的保護(hù)措施為設(shè)置液位高高聯(lián)鎖控制關(guān)閉進(jìn)液控制閥。保護(hù)后的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)可降為Ⅱ級(jí)。

2）假設(shè)儲(chǔ)罐液位過低，人員可能誤操作，導(dǎo)致可能過度裝車，則會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)罐液位降低，潛液泵可能抽空損壞。劃分的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅲ級(jí)。目前的保護(hù)措施為設(shè)置低低聯(lián)鎖控制停泵及泵振動(dòng)檢測(cè)。保護(hù)后的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)可降為Ⅰ級(jí)。

4 結(jié) 論

工程大罐通過HAZOP 分析可發(fā)現(xiàn)數(shù)個(gè)安全風(fēng)險(xiǎn)，所提出的相關(guān)建議措施若被采納，建議措施落實(shí)后剩余風(fēng)險(xiǎn)皆能降低至更低水平。

HAZOP分析的過程不僅能幫助客戶更好地了解所分析的工藝系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)，為客戶的安全投入決策提供有效的依據(jù)，充分利用分析結(jié)果還有助于客戶完善操作手冊(cè)，幫助操作人員更好地理解工藝、了解風(fēng)險(xiǎn)，減少因操作人員知識(shí)不足造成的誤操作，增加操作人員對(duì)于各種偏離狀態(tài)的應(yīng)急能力，為項(xiàng)目投產(chǎn)運(yùn)行后的過程安全管理提供輸入條件，提高項(xiàng)目的整體安全水平。