基于HAZOP分析的常壓工程大罐設計探討

顧楓，郭旭，陳杰，孟樹森，沈益，錢力，陸江峰，王雪菲

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

國家大力推進環保工作，環保清潔能源得到市場的青睞，低溫常壓工程儲罐在接收站和液化工廠的需求越來越多，低溫清潔能源產品如LNG、液態乙烯等在生產生活中大量應用。目前市場上對于低溫儲罐設備的安全要求越來越嚴苛，對于安全防護性能要求越來越高，在這種大環境下，危險與可操作性分析（HAZOP）儼然成為首要選擇[1-2]。

本文將基于HAZOP分析，對常壓工程大罐流程進行分析，并對大罐工藝流程控制多方面進行安全設計探討。

1 常壓工程大罐工藝及控制系統

1.1 工藝流程

結合吊頂雙金屬全容罐結構和實際運行情況，改善優化其工藝流程，主要流程如下：

1.1.1 進出液流程

進液管道： 液體介質進入儲罐分底部進液和頂部進液兩種方式，液體介質以不同的方式進入儲罐中，可以有效減少儲罐內液體分層的可能性。

預冷管道：項目投產階段時，儲罐進液總管上設置一路分支管線當作預冷管線進液，預冷管線端部噴淋采用霧化式噴頭，保證儲罐在首次進液時能夠均勻冷卻，局部產生溫差應力的問題可以有效解決。

出液管道：儲罐一般情況下設置兩臺罐內潛液泵（一備一用）進行排液。

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節去裝車位的流量，同時在后續不需要用量但不想停泵時，可使潛液泵維持在最小流量[3]，通過泵后回流管線打回流。同時可通過此管線利用泵打回流來均勻儲罐上下層的介質密度，防止儲罐中液體出現翻滾現象，從而保證儲罐安全運行。

1.1.3 蒸發天然氣（BOG）管線流程

儲罐裝車后，槽車內產生的BOG可經由此管線回收進入儲罐。同時儲罐自身產生的BOG可通過BOG管線后端的BOG壓縮機來控制儲罐壓力。

1.1.4 氮氣吹掃流程

儲罐設置獨立的干燥、吹掃管線，分別進行內罐的吹掃、底部絕熱層的吹掃、熱角保護的吹掃、泵柱的吹掃等。

1.2 工藝安全控制

通過結合現場儲罐的實際運行情況，有針對性地提出儲罐工藝安全控制方案。

1.2.1 儲罐超壓保護控制

針對儲罐可能出現的超壓情況，共設置3級保護系統：

1）正常情況下儲罐壓力可通過BOG 壓縮機進行調節，保證儲罐壓力維持在正常工作壓力；

2）若儲罐壓力升高，則儲罐BOG 管線上壓力控制閥聯鎖控制被自動開啟將儲罐產生的BOG 氣體放空至放空管；

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

1.2.2 儲罐低壓保護控制

針對儲罐可能出現的低壓情況，共設置3級保護系統：

1）正常情況下儲罐壓力可通過BOG 壓縮機進行調節，當壓力低于儲罐正常運行壓力時，BOG 壓縮機停機；

2）若儲罐壓力繼續下降，則罐頂設置的補氣管線調節閥開啟，站場內天然氣通過補氣管線進入儲罐以保證儲罐壓力；

3）若儲罐壓力仍不能滿足要求，則罐頂設置的破真空閥自動開啟，儲罐內將進入空氣防止儲罐內壓負真空對儲罐造成破壞。

1.2.3 儲罐溫度監測控制

儲罐罐體通過設置表面溫度計，用于對主容器壁板、底板、夾層空間以及液體溫度進行有效的監控[3]。表面溫度計輸出的信號，最終統一匯總至防爆接線箱。

1.2.4 儲罐液位檢測控制

1）儲罐設置兩套伺服液位計，用于測量液位高度并進行監控。

2）儲罐設置一套高液位雷達報警開關，同時將高液位報警信號接入控制室進行遠程觀測及報警。

3）儲罐上下進液管線上分別設置遠程控制閥，同時與儲罐的高液位報警開關進行聯鎖控制。

4）設置低液位報警，在液位較低及很低的情況下，分別設置了低液位（L）報警和低低液位（LL）報警，同時與儲罐出液管道上的自動控制閥進行聯鎖控制，液位過低的情況下自動切斷控制閥，阻止儲罐內的介質對外排放。

2 HAZOP相關方法

2.1 風險矩陣[4]

風險矩陣可以幫助評估各參數的風險程度，風險矩陣圖見表1。

表1 風險矩陣圖

2.2 偏差矩陣

通過一組引導詞與參數組成偏差，按照偏差矩陣逐一進行引導分析。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分析對常壓工程大罐工藝控制流程進行舉例探討，提出參數產生的偏差、原因、產生的后果，針對現有的措施提出更為可靠的建議措施進行安全性預防，提升儲罐整體運行的安全性。

3.1 對壓力參數的分析探討

1）假設儲罐入口管線壓力過高，人員可能誤操作，上下進液管線控制閥故障關，則會導致儲罐入口管線壓力升高，可能超壓損壞泄漏，引起火災爆炸、人員傷亡。劃分的風險等級為Ⅳ級。分析后的建議措施為在進液總管線增設控制閥并進行聯鎖控制。保護后的風險等級可降為Ⅱ級。

2）假設儲罐壓力過低，BOG管線控制閥故障開，則會導致儲罐負壓損壞。劃分的風險等級為Ⅳ級。目前的保護措施為低低聯鎖補氣管線控制閥，分析后的建議措施為增加氮氣補氣回路。保護后的風險等級可降為Ⅱ級。

3）假設儲罐泵出口壓力過高，泵出口超壓，泵低流量運行，氣蝕損壞。劃分的風險等級為Ⅳ級。目前的保護措施為進行流量監測聯鎖泵回流、泵振動監測以及高高報警。保護后的風險等級可降為Ⅰ級。

3.2 對液位參數的分析探討

1）假設儲罐液位過高，人員可能誤操作，導致可能未能及時裝車，則會導致儲罐液位升高[5]，可能滿罐超壓，設備損壞泄漏，引起火災爆炸、人員傷亡等危害。劃分的風險等級為Ⅳ級。目前的保護措施為設置液位高高聯鎖控制關閉進液控制閥。保護后的風險等級可降為Ⅱ級。

2）假設儲罐液位過低，人員可能誤操作，導致可能過度裝車，則會導致儲罐液位降低，潛液泵可能抽空損壞。劃分的風險等級為Ⅲ級。目前的保護措施為設置低低聯鎖控制停泵及泵振動檢測。保護后的風險等級可降為Ⅰ級。

4 結 論

工程大罐通過HAZOP 分析可發現數個安全風險，所提出的相關建議措施若被采納，建議措施落實后剩余風險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的風險，為客戶的安全投入決策提供有效的依據，充分利用分析結果還有助于客戶完善操作手冊，幫助操作人員更好地理解工藝、了解風險，減少因操作人員知識不足造成的誤操作，增加操作人員對于各種偏離狀態的應急能力，為項目投產運行后的過程安全管理提供輸入條件，提高項目的整體安全水平。