輸氣場站工藝安全風(fēng)險(xiǎn)分析

楊凌云

(中國石化安全監(jiān)管部，北京 100728)

HAZOP分析是常用的一種風(fēng)險(xiǎn)分析方法。通過HAZOP分析，可以辨識輸氣場站設(shè)計(jì)缺陷、工藝過程危害及操作性問題等[1]。通過將工藝過程劃分為合理的單元，針對每一個(gè)節(jié)點(diǎn)分析出潛在的危險(xiǎn)偏差，然后對每一個(gè)可能的有意義的偏差從可能的原因、潛在的后果、已有的安全保護(hù)措施等方面進(jìn)行詳細(xì)分析和評估，從而有效地控制風(fēng)險(xiǎn)[2]。在HAZOP分析的基礎(chǔ)上，對輸氣場站工藝過程風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行量化，并制定風(fēng)險(xiǎn)控制措施，對輸氣場站風(fēng)險(xiǎn)管理提供指導(dǎo)、幫助。

1 輸氣場站HAZOP風(fēng)險(xiǎn)分析

根據(jù)HAZOP分析的要求，首先應(yīng)劃分工藝單元，然后針對劃分好的工藝單元，以壓氣站為例，根據(jù)輸氣站場工藝流程的分析，一般將壓氣站場工藝流程劃分出8個(gè)不同的節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的情況見表1。

工藝單元?jiǎng)澐滞瓿珊螅鶕?jù)HAZOP的相關(guān)要求，結(jié)合壓氣站的主要工藝流程，開展HAZOP分析。根據(jù)HAZOP分析，壓氣站工藝流程過程中的風(fēng)險(xiǎn)主要存在如下方面:ESD閥關(guān)斷、相關(guān)線路閥關(guān)斷、壓氣站上游氣源停輸、干線管道破裂、分離器入口閥意外關(guān)斷、旋風(fēng)分離器堵塞、壓縮機(jī)組緊急停車、放空閥意外打開、壓氣站上游來氣量增加、壓氣站上游氣源停輸、調(diào)壓撬內(nèi)壓力調(diào)節(jié)閥失效、環(huán)境溫度低、壓縮機(jī)超速，導(dǎo)致出口溫度高等方面，上述風(fēng)險(xiǎn)的后果均為天然氣泄漏引發(fā)火災(zāi)爆炸。

表1 壓氣站HAZOP分析節(jié)點(diǎn)

運(yùn)用HAZOP方法進(jìn)行危險(xiǎn)源辨識，風(fēng)險(xiǎn)分析的過程基本上就是一個(gè)定性的過程，與實(shí)際的風(fēng)險(xiǎn)評估結(jié)果存在偏差[3]。天然氣泄漏作為輸氣場站最重要的風(fēng)險(xiǎn)，對泄漏引發(fā)事故產(chǎn)生的人員傷害、財(cái)產(chǎn)損失進(jìn)行量化風(fēng)險(xiǎn)分析，能夠有效地避免傳統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)分析過程中的不足。

2 天然氣泄漏風(fēng)險(xiǎn)量化分析

輸氣場站的天然氣泄漏風(fēng)險(xiǎn)，泄漏物主要是天然氣，天然氣的主要成分是甲烷(約95%以上)，其爆炸極限很低，僅為5%～15%，屬甲類化學(xué)危險(xiǎn)品，所以基本不存在池火破壞的可能，天然氣泄漏的主要風(fēng)險(xiǎn)是噴射火。

噴射火的熱輻射計(jì)算模型通常為點(diǎn)源模型。該模型假定火焰為圓錐形，并用從泄漏處到火焰長度4/5處的點(diǎn)源模型來表示。

天然氣泄漏噴射火的火焰長度可用如下方程得到:

式中:L——火焰長度，m；

Hc——燃燒熱，天然氣取 5.56×104kJ/kg；

m——質(zhì)量流速，設(shè)初始質(zhì)量流速為7 m3/s。

經(jīng)計(jì)算得出，火焰長度約為1.62 m。

目標(biāo)接收到的熱輻射能量距離火焰點(diǎn)源為x(m)處接收到的熱輻射通量可用下式表示:

式中:q——距離x處接收的熱輻射的通量，kW/m2；

f——熱輻射率；

τ——大氣傳輸率。

其中大氣傳輸率τ按下式計(jì)算:

熱輻射對人員的傷害主要取決于輻射強(qiáng)度q和持續(xù)時(shí)間t。通常按照表2計(jì)算熱輻射對人體或設(shè)備的傷害。

結(jié)合輸氣場站的天然氣泄漏風(fēng)險(xiǎn)，對輸氣場站選定場景進(jìn)行模擬計(jì)算，運(yùn)用計(jì)算機(jī)按照從1 m開始循環(huán)計(jì)算，得出距離1 m，輻射通量為22.13 kW/m2，直到59 m，熱輻射的通量0。計(jì)算結(jié)果見表3。

表2 熱輻射強(qiáng)度傷害

表3 輸氣場站的天然氣泄漏噴射火模擬傷害情況

通過輸氣場站的天然氣泄漏噴射火模擬可以得知:

a)在輸氣場站一定的場景下，采用該方法可計(jì)算出危害距離；可為輸氣場站的安全管理提供有效的技術(shù)支持。

b)火焰高度隨質(zhì)量流速的增大而增大；傷害/破壞半徑隨暴露時(shí)間的延長而顯著增大。

c)隨著質(zhì)量流速的增大，各種破壞半徑顯著增大。在輸氣設(shè)施建立相應(yīng)的應(yīng)急措施，可為輸氣場站的應(yīng)急救援措施提供依據(jù)。

3 結(jié)語

輸氣場站的工藝安全分析，是在傳統(tǒng)危險(xiǎn)源辨識的基礎(chǔ)上，對識別出的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行進(jìn)一步的量化。對輸氣場站進(jìn)行天然氣泄漏噴射火分析，提升了評估的科學(xué)性和有效性。為HAZOP分析后的風(fēng)險(xiǎn)控制措施制定，奠定了良好的基礎(chǔ)。