楊凌云
(中國(guó)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(guò)HAZOP分析,可以辨識(shí)輸氣場(chǎng)站設(shè)計(jì)缺陷、工藝過(guò)程危害及操作性問(wèn)題等[1]。通過(guò)將工藝過(guò)程劃分為合理的單元,針對(duì)每一個(gè)節(jié)點(diǎn)分析出潛在的危險(xiǎn)偏差,然后對(duì)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(píng)估,從而有效地控制風(fēng)險(xiǎn)[2]。在HAZOP分析的基礎(chǔ)上,對(duì)輸氣場(chǎng)站工藝過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行量化,并制定風(fēng)險(xiǎn)控制措施,對(duì)輸氣場(chǎng)站風(fēng)險(xiǎn)管理提供指導(dǎo)、幫助。
根據(jù)HAZOP分析的要求,首先應(yīng)劃分工藝單元,然后針對(duì)劃分好的工藝單元,以壓氣站為例,根據(jù)輸氣站場(chǎng)工藝流程的分析,一般將壓氣站場(chǎng)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(jiàn)表1。
工藝單元?jiǎng)澐滞瓿珊?,根?jù)HAZOP的相關(guān)要求,結(jié)合壓氣站的主要工藝流程,開(kāi)展HAZOP分析。根據(jù)HAZOP分析,壓氣站工藝流程過(guò)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(kāi)、壓氣站上游來(lái)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(shí),風(fēng)險(xiǎn)分析的過(guò)程基本上就是一個(gè)定性的過(guò)程,與實(shí)際的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果存在偏差[3]。天然氣泄漏作為輸氣場(chǎng)站最重要的風(fēng)險(xiǎn),對(duì)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(guò)程中的不足。
輸氣場(chǎng)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(zhǎng)度4/5處的點(diǎn)源模型來(lái)表示。
天然氣泄漏噴射火的火焰長(zhǎng)度可用如下方程得到:
式中:L——火焰長(zhǎng)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(zhǎng)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(duì)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(duì)人體或設(shè)備的傷害。
結(jié)合輸氣場(chǎng)站的天然氣泄漏風(fēng)險(xiǎn),對(duì)輸氣場(chǎng)站選定場(chǎng)景進(jìn)行模擬計(jì)算,運(yùn)用計(jì)算機(jī)按照從1 m開(kāi)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(jiàn)表3。
表2 熱輻射強(qiáng)度傷害
表3 輸氣場(chǎng)站的天然氣泄漏噴射火模擬傷害情況
通過(guò)輸氣場(chǎng)站的天然氣泄漏噴射火模擬可以得知:
a)在輸氣場(chǎng)站一定的場(chǎng)景下,采用該方法可計(jì)算出危害距離;可為輸氣場(chǎng)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(zhǎng)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(chǎng)站的應(yīng)急救援措施提供依據(jù)。
輸氣場(chǎng)站的工藝安全分析,是在傳統(tǒng)危險(xiǎn)源辨識(shí)的基礎(chǔ)上,對(duì)識(shí)別出的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行進(jìn)一步的量化。對(duì)輸氣場(chǎng)站進(jìn)行天然氣泄漏噴射火分析,提升了評(píng)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)。