王 宇，武 萌，王建凱，李凌方，杜溪婷

（海洋石油工程股份有限公司 天津 300461）

LNG接收站作為大量液化天然氣儲(chǔ)存和生產(chǎn)的設(shè)施，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源辨識(shí)》其通常構(gòu)成一級(jí)重大危險(xiǎn)源。液化天然氣屬于低溫液體，但極易氣化，氣化后形成的天然氣主要成分為甲烷，具有易燃性，在大氣環(huán)境中，燃燒范圍為5%～15%；且當(dāng)混合氣在密閉空間或受限空間內(nèi)聚積時(shí)，遇點(diǎn)火源將可能發(fā)生爆炸，進(jìn)而產(chǎn)生沖擊波傷害［1］。

為削減LNG接收站的潛在風(fēng)險(xiǎn)和提高工程本質(zhì)安全設(shè)計(jì)水平，LNG接收站工程在設(shè)計(jì)過(guò)程中通常開展多項(xiàng)安全分析［2］。本文以北方某在建LNG接收站為例，介紹安全分析方法在LNG接收站工程項(xiàng)目中的應(yīng)用。

1 具體情況

該LNG接收站工程項(xiàng)目包括4座LNG全容儲(chǔ)罐、1座8～26.6萬(wàn)m3LNG船舶接卸泊位及相關(guān)配套接卸、氣化、外輸?shù)戎饕に囋O(shè)施。在本項(xiàng)目詳細(xì)設(shè)計(jì)階段開展了HAZID、HAZOP、FHA和QRA分析，以及SIL定級(jí)。

2 安全分析方法的應(yīng)用

2.1 HAZID分析

HAZID分析［3］，即危險(xiǎn)源辨識(shí)分析（Hazard Identification），是一種系統(tǒng)性識(shí)別潛在風(fēng)險(xiǎn)的分析方法，主要應(yīng)用于項(xiàng)目早期階段。HAZID分析與HAZOP分析類似，以頭腦風(fēng)暴的會(huì)議方式進(jìn)行。與HAZOP分析不同的是，HAZID分析關(guān)注更多的是項(xiàng)目宏觀層面的風(fēng)險(xiǎn)，所參考的資料主要是項(xiàng)目概述、總圖、工藝流程圖（PFD）和工藝說(shuō)明等。

本項(xiàng)目HAZID分析對(duì)工程設(shè)計(jì)階段、建設(shè)階段和運(yùn)營(yíng)階段可能發(fā)生的危險(xiǎn)進(jìn)行辨識(shí)，以實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：①識(shí)別、分析項(xiàng)目在設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中潛在的安全隱患及其后果；②識(shí)別項(xiàng)目外部和環(huán)境危險(xiǎn)因素的潛在影響。

本項(xiàng)目HAZID分析引入風(fēng)險(xiǎn)矩陣，采用半定量方式區(qū)分潛在風(fēng)險(xiǎn)的級(jí)別，從外部風(fēng)險(xiǎn)（自然環(huán)境、社會(huì)環(huán)境、人文環(huán)境、公共設(shè)施）、設(shè)施風(fēng)險(xiǎn)和健康風(fēng)險(xiǎn)3個(gè)部分進(jìn)行危險(xiǎn)源辨識(shí)和風(fēng)險(xiǎn)分析，并提出相應(yīng)建議措施。本項(xiàng)目HAZID分析記錄表節(jié)選見表1。

表1 HAZID分析記錄表節(jié)選Tab.1 HAZID worksheet （excerpts）

2.2 HAZOP分析

HAZOP分析［4］，即危險(xiǎn)與可操作性（Hazard and Operability）分析，是目前石油天然氣行業(yè)應(yīng)用較為廣泛的一種安全分析方法。LNG接收站工程屬于危險(xiǎn)化學(xué)品建設(shè)項(xiàng)目，涉及重點(diǎn)監(jiān)管危險(xiǎn)化學(xué)品（LNG）和危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源，根據(jù)原國(guó)家安全監(jiān)督管理總局和住房城鄉(xiāng)建設(shè)部2013年聯(lián)合下發(fā)的“關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)危險(xiǎn)化學(xué)品建設(shè)項(xiàng)目安全設(shè)計(jì)管理的通知”（安監(jiān)總管三〔2013〕76號(hào)）要求，涉及“兩重點(diǎn)一重大”的建設(shè)項(xiàng)目必須在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)階段開展HAZOP分析。因此，LNG接收站工程在初步設(shè)計(jì)階段就會(huì)組織開展HAZOP分析對(duì)工藝過(guò)程中可能存在的偏差帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析。

本項(xiàng)目HAZOP分析通過(guò)正常工藝過(guò)程和操作條件開展，系統(tǒng)性識(shí)別可能存在的偏離及其產(chǎn)生的原因和后果，評(píng)估現(xiàn)有的阻止或降低危害后果措施的可行性，使用風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)矩陣定量化識(shí)別出的偏離，必要時(shí)，提出進(jìn)一步控制措施。

本項(xiàng)目HAZOP分析采用頭腦風(fēng)暴的會(huì)議方式進(jìn)行，參與方包括HAZOP主席、設(shè)計(jì)（工藝、儀表、安全等專業(yè)）人員、業(yè)主、操維人員和行業(yè)專家等。HAZOP分析遵循《危險(xiǎn)與可操作性分析（HAZOP分析）應(yīng)用指南》（GB/T 35320—2017）中的相關(guān)流程和要求開展，使用“引導(dǎo)詞”對(duì)工藝參數(shù)逐一進(jìn)行分析，識(shí)別并確認(rèn)偏差、原因、后果、安全措施、建議措施及執(zhí)行人。本項(xiàng)目HAZOP分析記錄表節(jié)選見表2。

表2 HAZOP分析記錄表節(jié)選Tab.2 HAZOP worksheet （excerpts）

2.3 SIL定級(jí)分析

SIL定級(jí)分析是指分析安全儀表系統(tǒng)的安全儀表功能和確定安全儀表回路的安全完整性等級(jí)（Safety Integrity Level）。SIL定級(jí)分析通常與HAZOP分析同步進(jìn)行，以HAZOP分析結(jié)果作為輸入依據(jù)。

本項(xiàng)目SIL定級(jí)采用LOPA方法［5］，通過(guò)計(jì)算初始事件頻率、后果可接受頻率和獨(dú)立保護(hù)層的失效頻率，與可接受風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，從而確定SIL等級(jí)。本項(xiàng)目采用行業(yè)常見的風(fēng)險(xiǎn)可接受標(biāo)準(zhǔn)，見表3。

表3 風(fēng)險(xiǎn)可接受標(biāo)準(zhǔn)Tab.3 Risk acceptability criteria

2.4 FHA分析

FHA分析，即火災(zāi)危害分析（Fire Harzard Analysis），通過(guò)建立二維或三維模型，模擬氣體擴(kuò)散、噴射火、池火、爆炸情景，分析火災(zāi)爆炸后的影響，評(píng)價(jià)火災(zāi)爆炸事件對(duì)LNG接收站內(nèi)設(shè)備設(shè)施、建構(gòu)筑物及人員可能造成的損害和對(duì)周邊企業(yè)、環(huán)境的影響。

本項(xiàng)目FHA分析采用PHAST軟件進(jìn)行模擬分析。PHAST軟件是挪威船級(jí)社（DNV）開發(fā)的一款進(jìn)行事故后果分析的軟件，是目前在LNG接收站領(lǐng)域應(yīng)用最普遍的軟件。本項(xiàng)目FHA分析主要對(duì)LNG集液池輻射熱范圍、1/2 LFL甲烷擴(kuò)散影響范圍、建筑物爆炸風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行模擬分析，以進(jìn)一步優(yōu)化站內(nèi)關(guān)鍵設(shè)施、建構(gòu)筑物的布置。

2.4.1 LNG集液池?zé)彷椛浞治?/p>

假定LNG集液池內(nèi)存有一定液位的LNG，且未覆蓋高倍數(shù)泡沫，對(duì)集液池的池火熱輻射影響進(jìn)行模擬。以罐區(qū)LNG集液池為例，通過(guò)軟件模擬計(jì)算，在2F氣象條件下，LNG儲(chǔ)罐區(qū)集液池發(fā)生池火時(shí)，32 kW/m2的熱輻射最大影響范圍為11.83 m，15 kW/m2的熱輻射最大影響范圍為16.73 m，8 kW/m2的熱輻射最大影響范圍為21.33 m，5 kW/m2的熱輻射最大影響范圍為25.92 m，其池火熱輻射范圍如圖1所示。

圖1 LNG集液池火災(zāi)熱輻射影響范圍Fig.1 Thermal radiation of LNG pool fire

由圖1可知：LNG儲(chǔ)罐區(qū)集液池產(chǎn)生的熱輻射5 kW/m2的影響范圍內(nèi)，未設(shè)置行政樓等人員集中區(qū)；熱輻射8 kW/m2的影響范圍內(nèi)，未設(shè)置控制室、維修車間、實(shí)驗(yàn)室、倉(cāng)庫(kù)等建筑物；熱輻射15 kW/m2影響范圍內(nèi)，未設(shè)置壓力容器、工藝設(shè)施和相鄰金屬儲(chǔ)罐；熱輻射32 kW/m2影響范圍內(nèi)，沒(méi)有相鄰的混凝土儲(chǔ)罐，滿足熱輻射閾值要求［6］。

2.4.2 甲烷擴(kuò)散影響分析

對(duì)集液池甲烷擴(kuò)散的模擬仍是在LNG集液池內(nèi)存有一定液位的LNG且未覆蓋高倍數(shù)泡沫的假設(shè)條件下進(jìn)行。以工藝區(qū)LNG集液池為例，通過(guò)軟件模擬計(jì)算，在2F氣象條件下，50%LFL氣云擴(kuò)散距離最遠(yuǎn)，距離為100.37 m。在原有總圖布置中，該范圍內(nèi)布置有海水變電所。因本項(xiàng)目海水變電所為110 kV，屬于全廠重要設(shè)施，所以根據(jù)本FHA分析結(jié)果調(diào)整了總圖中該LNG集液池的位置。

2.4.3 抗爆分析

LNG蒸氣云在受限空間內(nèi)聚積時(shí)，一旦遇到點(diǎn)火源，可能會(huì)發(fā)生爆炸。對(duì)于LNG接收站，BOG壓縮機(jī)廠房、槽車棚為半敞開式的廠房，卸料平臺(tái)和再冷凝器等區(qū)域管線密集、局部存在受限空間，可能會(huì)由于可燃?xì)庠疲∟G）擴(kuò)散形成NG氣體積聚產(chǎn)生爆炸超壓［7］。

對(duì)本項(xiàng)目開展爆炸后果分析，模擬分析爆炸沖擊波對(duì)建筑物的影響，主要是通過(guò)模擬計(jì)算爆炸超壓值和持續(xù)時(shí)間為建筑物的抗爆設(shè)計(jì)提供依據(jù)。本項(xiàng)目FHA分析給出了可信事件下站內(nèi)控制室的爆炸超壓參數(shù)，見表4。

表4 可信事件下爆炸超壓參數(shù)Tab.4 Explosion parameters under credible events

2.5 QRA分析

QRA分析，即定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估（Quantitative Risk Assessment），通過(guò)評(píng)估氣體擴(kuò)散、火災(zāi)、爆炸等事故的發(fā)生頻率和后果，計(jì)算LNG接收站對(duì)站內(nèi)外人員和站外企業(yè)或設(shè)施帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，評(píng)估是否滿足相關(guān)國(guó)標(biāo)限值要求［8］。伴隨著近些年幾起重特大事故，工程評(píng)審和設(shè)計(jì)中越來(lái)越關(guān)注站場(chǎng)對(duì)廠區(qū)外部的風(fēng)險(xiǎn)和影響。

本項(xiàng)目QRA分析是在FHA分析的基礎(chǔ)上，綜合考慮火災(zāi)爆炸事件的頻率、站內(nèi)外人員及點(diǎn)火源分布情況，計(jì)算站內(nèi)外個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)和設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)計(jì)算，本項(xiàng)目對(duì)周邊人員的社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)曲線為：在事故死亡人數(shù)200人及以下時(shí)，本項(xiàng)目重大事故危害對(duì)接收站界區(qū)外人口聚集場(chǎng)所的影響處于ALARP可容許區(qū)；在事故死亡人數(shù)200人以上時(shí)，本項(xiàng)目重大事故危害對(duì)接收站界區(qū)外人口聚集場(chǎng)所的影響處于ALARP盡可能降低區(qū)。這表明，LNG接收站對(duì)周邊人員的社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)曲線在國(guó)家規(guī)定的F-N曲線盡可能降低區(qū)（ALARP區(qū)）和可接受區(qū)內(nèi)，滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB 36894—2018）要求。

3 總 結(jié)

①目前國(guó)內(nèi)在建的LNG接收站項(xiàng)目通常會(huì)在初步設(shè)計(jì)階段就開展安全分析工作，各項(xiàng)安全分析方法的應(yīng)用顯著提高了LNG接收站的安全設(shè)計(jì)水平。

②HAZID分析、HAZOP分析和SIL定級(jí)作為傳統(tǒng)的安全分析方法，都是以頭腦風(fēng)暴的會(huì)議方式開展的，對(duì)分析會(huì)主席的能力要求較高；在分析執(zhí)行過(guò)程中，通過(guò)邀請(qǐng)行業(yè)內(nèi)專家提升安全分析的效果。

③FHA分析和QRA分析通過(guò)模擬分析，將泄漏、火災(zāi)爆炸的后果影響范圍定量化，為工程安全設(shè)計(jì)，主要是總圖布置、建筑物抗爆設(shè)計(jì)提供了可信的依據(jù)。