摘" " " 要：相比于傳統(tǒng)的化石能源，氫能具有零排放、高熱值等一系列優(yōu)勢，因此世界各國都相繼加快了對氫能的研發(fā)和應用步伐。氫氣壓縮機是我國加氫站建設的關鍵，也是確保加氫、儲氫、運氫環(huán)節(jié)暢通無阻的關鍵設備。由于氫氣易燃易爆的特性，一旦氫氣壓縮機發(fā)生故障，極有可能會出現(xiàn)壓縮機停機、氣體泄漏等危險，甚至引發(fā)火災和爆炸。因此迫切需要對氫氣壓縮機可能面臨的安全風險進行評估，辨識氫氣壓縮機運行中的危險因素，查明可能的故障原因并制定相應的保護措施。以氫氣壓縮機為研究對象，采用HAZOP方法對氫氣壓縮機進行了危險辨識與后果評估，保障了其安全平穩(wěn)運行。結果表明：氫氣壓縮機面臨入口過濾器壓差過高、一級進氣緩沖罐壓力過低以及一級排氣溫度過高等風險，應考慮增設報警裝置。

關" 鍵" 詞：氫氣壓縮機；自動化安全控制；HAZOP

中圖分類號：TQ086" " " " 文獻標識碼： A" " "文章編號： 1004-0935（2023）05-0669-04

在大規(guī)模的氣體化工過程中，壓縮機的應用十分普遍。在氫能網(wǎng)絡的建設中，需要將氫氣壓縮至高壓狀態(tài)，以便用于存儲、運輸環(huán)節(jié)以及氫燃料電池汽車。氫氣壓縮機通常會面臨頻繁的啟動停機過程，進排氣壓力的波動范圍大，維護頻率低，維護難度大。因此需要明確氫氣壓縮機可能面臨的風險狀況與風險等級，提前制定維護措施與風險預防措施，提高其安全平穩(wěn)運行能力。

作為一種風險辨識的安全評價方法，目前危險與可操作性分析（HAZOP）方法已經(jīng)有著明確的使用規(guī)范和諸多成熟應用。《危險與可操作性分析（HAZOP分析）應用導則》（AQ/T 3049—2013）[1]、《危險與可操作性分析實施導則》（Q/SH" " " 0559—2013）[2]以及《中國石化安全風險評估指導意見》（集團工單安風 [2018] 38號）[3]都明確了開展HAZOP分析的必要性，并對HAZOP方法的應用場景與使用規(guī)范做出了相應規(guī)定。吉衛(wèi)云[4]等針對某氨制冷裝置，采用HAZOP分析了其運行過程中工藝狀態(tài)參數(shù)的變動以及操作控制中可能出現(xiàn)的偏差，找出了變動和偏差的原因，識別了氨制冷裝置運行過程中存在的潛在危險。趙燕[5]等將HAZOP方法應用于某污水處理裝置，對其在生產(chǎn)過程中所涉及的工藝及設備危險性進行了分析，針對分析中發(fā)現(xiàn)的問題制定了相應的改進措施。針對某煉油廠爆炸事故，ISIMITE[6]等研究了導致事故發(fā)生的動態(tài)模型，復制了事故當天異構化裝置啟動期間的過程變量，并將生成的仿真模型用在HAZOP方法中。在制氫研究方面，李靖[7]等以火力發(fā)電廠的制氫站為例，運用HAZOP技術對火電制氫過程中涉及到的生產(chǎn)環(huán)節(jié)進行危險因素辨析，分析了火電廠制氫站的制氫系統(tǒng)，探明了生產(chǎn)環(huán)節(jié)的安全隱患。鮑文志[8]應用HAZOP于水電解制氫過程，對工藝過程進行了系統(tǒng)化結構化審查，辨明了其中的危險因素并提出改進措施。針對氨分解制氫過程，楊文良[9]分析了生產(chǎn)工藝狀態(tài)參數(shù)的變動及操作控制中可能出現(xiàn)的偏差，指出了偏差原因，分析了裝置的安全缺陷，提出了相應的整改措施?；谖墨I綜述，本文發(fā)現(xiàn)目前HAZOP方法在壓縮機設備[10-11]、LNG廠區(qū)[12-13]以及化工裝置[14-19]等方面都有成熟應用，然而針對氫氣壓縮機這一特殊的設備，目前還缺乏針對性的實踐。因此本文旨在將HAZOP分析應用于氫氣壓縮機的風險評估，辨識危險因素，深入分析危險情景，針對防范薄弱環(huán)節(jié)給出改進措施。

1" 氫氣壓縮機工藝流程簡介

界區(qū)外來的氫氣經(jīng)氫壓機入口過濾器過濾后進入一級進氣緩沖罐，緩沖后進入氫壓機一級壓縮，壓縮后經(jīng)一級排氣冷卻器，冷卻后進入一級排氣緩沖罐，緩沖后進入氫壓機二級壓縮，壓縮后進入二級排氣緩沖罐，緩沖后部分送往加氫反應器，一部分經(jīng)旁路冷卻器冷卻后返回。氫壓機潤滑油自潤滑油泵抽出送往油冷卻器，冷卻后經(jīng)油過濾器過濾后一路返回，另兩路分別去往壓縮機一級及二級軸承。循環(huán)水自管網(wǎng)來，分別進入氫壓機一級、二級以及作為冷卻水分別進入冷卻系統(tǒng)，最終返回循環(huán)水管網(wǎng)。氫氣壓縮機工藝流程如圖1所示。

2" HAZOP分析方法

HAZOP分析是一種國際安全評估的通用方法，也是一種用于辨識設計缺陷、工藝過程危害及操作性問題的結構化分析方法，目前在項目安全管理、風險防范等領域有著重要應用。HAZOP會議以小組為單位進行，通過一系列的會議來進行偏差分析進而綜合評估整個工藝過程。因此HAZOP的評估結果更具有創(chuàng)造性和系統(tǒng)性。HAZOP方法以引導詞為引導，再結合工藝過程中的參數(shù)變化，對可能出現(xiàn)的偏差加以分析，對相應的后果進行辨識與定級。HAZOP的結果是制定相應安全措施的依據(jù)。常用的HAZOP術語如表1所示。

HAZOP分析主要過程包括分析界定、組建分析小組、分析準備、分析會議、分析報告及HAZOP審查6個關鍵步驟。

在分析界定階段要確定分析范圍和目標以及分析對象的界區(qū)范圍，確定可用的資料及其詳細準確程度、已開展過的相關分析等。組建分析小組時首先要確定HAZOP主席/組長，組員應該由記錄員、設計人員、工藝工程師、設備工程師、安全工程師以及有經(jīng)驗的操作人員等組成。分析準備需要制定分析計劃、資料準備以及分析培訓。在分析會議中要進行節(jié)點選擇、設置工藝條件、選擇引導詞、記錄偏差、識別原因以及后果等。HAZOP分析會議結束后，HAZOP主席在記錄員協(xié)助下整理HAZOP報告，形成初稿并由組員共同審閱。HAZOP分析報告終稿完成后，應進行HAZOP審查工作。由項目委托方、項目負責人對HAZOP分析報告中提出的建議措施進行進一步的評估。HAZOP分析流程如圖2所示。

3" HAZOP節(jié)點劃分以及偏差說明

本文以氫氣壓縮機的主要設備作為節(jié)點，以流量、壓力、溫度等物理特性作為偏差，進而開展HAZOP分析。

主要設備：氫壓機入口過濾器、一級進氣緩沖罐、一級排氣冷卻器、一級排氣緩沖罐、二級排氣緩沖罐、油冷卻器、油過濾器、旁路冷卻器。

主要參數(shù)：氫壓機入口過濾器壓差；一級進氣緩沖罐壓力；一級排氣溫度；一級排氣冷卻器內(nèi)漏；一級排氣緩沖罐壓力；二級排氣緩沖罐溫度、壓力；旁路冷卻器內(nèi)漏；油冷卻器內(nèi)漏；油過濾器壓差，潤滑油溫度、壓力；曲軸箱潤滑油液位；循環(huán)水流量。HAZOP分析使用的偏差及說明見表2。

4" 風險分析

在明確了HAZOP節(jié)點以及偏差后，開展HAZOP分析記錄。氫氣壓縮機裝置HAZOP分析記錄如表3所示。

5" 結 論

通過HAZOP分析，本文總結分析出了氫氣壓縮機的主要問題以及建議措施，可以得出氫氣壓縮機最主要風險如下：

1）氫壓機入口過濾器壓差過高，可能導致壓縮機吸氣量減少，壓縮機壓比增高，一級排氣溫度升高，壓縮機膜頭密封圈損壞，氫氣泄漏，可能引起火災。

2）一級進氣緩沖罐壓力過低，可能導致壓縮機吸氣量減少，壓縮機壓比增高，一級排氣溫度升高，壓縮機膜頭密封圈損壞，氫氣泄漏，可能引起火災。

3）一級排氣溫度過高，可能損壞壓縮機膜頭密封圈，氫氣泄漏，可能引起火災。

4）一級排氣緩沖罐壓力過低，可能導致壓縮機二級吸氣量減少，壓縮機壓比增高，二級排氣溫度升高，壓縮機膜頭密封圈損壞，氫氣泄漏，可能引起火災。

5）二級排氣緩沖罐溫度過高，可能導致壓縮機膜頭密封圈損壞，氫氣泄漏，可能引起火災。去壓縮機膜頭循環(huán)水流量過低或無，可能導致膜頭撤熱不足，嚴重時設備損壞。

通過對關鍵參數(shù)的有效監(jiān)測預警，可以防范杜絕重大危險事件的發(fā)生。同時，本文使用HAZOP進行過程安全風險分析，以氫氣壓縮機運行過程為研究對象，對其在設計階段進行分析，辨識最大風險點，從源頭上解決本質(zhì)安全問題，確保氫氣壓縮機安全運行。

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Abstract：" Compared with traditional fossil energy， hydrogen energy has a series of advantages， such as zero emission and high calorific value. Therefore， countries all over the world have accelerated the pace of development and application of hydrogen energy. Hydrogen compressor is the key to the construction of hydrogenation stations in China， and it is also the key equipment to ensure that the hydrogen filling， hydrogen storage and hydrogen transportation links are unimpeded. Due to the flammable and explosive characteristics of hydrogen， once the hydrogen compressor fails， it is very likely to cause compressor shutdown， gas leakage and other hazards， and even fire and explosion. Therefore， it is urgent to evaluate the possible safety risks faced by the hydrogen compressor， identify the risk factors in the operation of the hydrogen compressor， identify the possible fault causes and formulate corresponding protection measures. Taking the hydrogen compressor as the research object， HAZOP method was used to carry out hazard identification and consequence assessment for the hydrogen compressor， to ensure its safe and stable operation. The results showed that the hydrogen compressor faced the risks of high inlet filter pressure difference， low primary inlet buffer tank pressure and high primary exhaust temperature， so it should be considered to add alarm devices.

Key words： Hydrogen compressor; Automatic safety control; HAZOP