摘 要 結(jié)合DNV?RP?J201標(biāo)準(zhǔn)介紹了碳捕集技術(shù)認(rèn)證和適用性評(píng)價(jià)的方法，給出了技術(shù)評(píng)價(jià)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、認(rèn)證計(jì)劃實(shí)施、功能評(píng)價(jià)等評(píng)估步驟和具體案例，并針對(duì)該技術(shù)提出了建設(shè)故障率數(shù)據(jù)庫(kù)、開(kāi)發(fā)量化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法、形成技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等發(fā)展建議。

關(guān)鍵詞 碳捕集技術(shù) 認(rèn)證方法 適用性評(píng)價(jià)方法

中圖分類(lèi)號(hào) TQ127.1+2" "文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B" "文章編號(hào) 0254?6094（2025）02?0345?06

“碳達(dá)峰、碳中和”（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“雙碳”）是我國(guó)當(dāng)前的重大發(fā)展戰(zhàn)略，國(guó)務(wù)院制定的《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》中明確指出，到2025年，非化石能源的消費(fèi)比重要達(dá)到20%左右，單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值能源消耗要比2020年下降13.5%，單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值CO排放要比2020年下降18%[1]。為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，除了節(jié)能減排，利用新型能源、裝備等措施外，碳捕集和碳封存（CCS）技術(shù)也成為直接降碳的重要手段之一，并得到了越來(lái)越廣泛的研究和應(yīng)用。

目前，我國(guó)碳捕集技術(shù)應(yīng)用主要集中在電力行業(yè)，常用的技術(shù)依據(jù)碳捕集的技術(shù)環(huán)節(jié)，主要分為燃燒前捕集、燃燒后捕集和富氧燃燒;而按所采用的分離工藝方法大致分為4類(lèi)：溶劑吸收法、吸附劑吸附法、膜法、低溫分離法。文獻(xiàn)[2～4]介紹了各類(lèi)技術(shù)的主要特點(diǎn)和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。除了這4類(lèi)主要的分離工藝外，新的CCS技術(shù)也不斷涌現(xiàn)，國(guó)內(nèi)外有多種不同的CO捕獲技術(shù)也正在開(kāi)發(fā)和測(cè)試中，如生物技術(shù)。需要注意的是，開(kāi)發(fā)和實(shí)施大規(guī)模CO捕集技術(shù)的主要挑戰(zhàn)是確保其成本效益高、可靠、安全和環(huán)保，石化以及能源生產(chǎn)行業(yè)進(jìn)行大規(guī)模CO捕集的CCS技術(shù)工藝開(kāi)發(fā)，需要進(jìn)行持續(xù)的規(guī)模放大和驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，一旦發(fā)生技術(shù)事故則會(huì)對(duì)企業(yè)效益和技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)生不良影響。針對(duì)這一問(wèn)題，挪威船級(jí)社DNV提出了CCS新技術(shù)的鑒定認(rèn)證方法和指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)DNV?RP?J201，利用該標(biāo)準(zhǔn)可以對(duì)CCS新技術(shù)鑒定認(rèn)證，從而確認(rèn)新技術(shù)是否符合預(yù)期用途的規(guī)定要求，從功能、風(fēng)險(xiǎn)以及成熟度等方面對(duì)技術(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，并提出改進(jìn)和認(rèn)證措施，為新CCS技術(shù)的應(yīng)用提供支撐[5]。

綜上所述，我國(guó)CCS技術(shù)應(yīng)用前景十分廣闊，新技術(shù)的應(yīng)用也勢(shì)必帶來(lái)新的挑戰(zhàn)，但目前國(guó)內(nèi)對(duì)于CCS技術(shù)的適用性卻沒(méi)有研究和論述。因此結(jié)合DNV?RP?J201標(biāo)準(zhǔn)介紹了碳捕集技術(shù)認(rèn)證和適用性評(píng)價(jià)的方法流程，給出了評(píng)估案例，并探討了技術(shù)未來(lái)需要完善的建議，為我國(guó)未來(lái)CCS新技術(shù)的發(fā)展和企業(yè)的合理選擇提供技術(shù)基礎(chǔ)。

1 碳捕集技術(shù)認(rèn)證和適用性評(píng)估技術(shù)路線(xiàn)

DNV提出的CCS技術(shù)認(rèn)證和適用性評(píng)估方法主要包括確定評(píng)估依據(jù)、技術(shù)評(píng)價(jià)、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、制定認(rèn)證計(jì)劃、執(zhí)行認(rèn)證計(jì)劃、功能評(píng)價(jià)，如圖1所示。

1.1 確定評(píng)估依據(jù)

確定評(píng)估依據(jù)是評(píng)估的第一步，也是非常重要的一步，需要收集相關(guān)資料，并制定明確的認(rèn)證文件來(lái)定義碳捕集技術(shù)的合格驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)、整個(gè)技術(shù)生命周期的預(yù)期性能，規(guī)范新技術(shù)的所有壽命階段及所有相關(guān)參數(shù)等，其中包括所評(píng)估系統(tǒng)邊界和邊界條件、安全、健康和環(huán)境（SHE）要求、可靠性目標(biāo)、制造和質(zhì)量保證的主要原則等，還要規(guī)定所需要的技術(shù)文件，例如PID、PFD等。一般還需要制定關(guān)鍵參數(shù)列表來(lái)記錄技術(shù)的關(guān)鍵控制參數(shù)，如尺寸載荷、容量以及認(rèn)證的基礎(chǔ)功能要求等。

1.2 技術(shù)評(píng)價(jià)

技術(shù)評(píng)價(jià)的目的是將所評(píng)估的碳捕集技術(shù)劃分為可管理的要素，以評(píng)估這些要素涉及新技術(shù)的各個(gè)方面影響，并確定關(guān)鍵挑戰(zhàn)和不確定性。

1.2.1 碳捕集工藝技術(shù)分解

為了充分理解和評(píng)估碳捕集技術(shù)中的技術(shù)要素，需要將技術(shù)分解為可管理的單元。CO捕集技術(shù)分解分為按部件和按工藝兩種不同技術(shù)分解方法，需要根據(jù)具體情況選擇最合理的劃分方法。按部件的分解方法將整個(gè)技術(shù)分解為具有功能的子系統(tǒng)和部件，通常從工藝裝置的一般工藝流程圖（PFD）開(kāi)始。然后應(yīng)列出PFD中的每個(gè)操作系統(tǒng)、子系統(tǒng)、部件、子部件等單元，并將其分解為詳細(xì)的部分，以便后續(xù)分析。圖2給出了以某吸收器為例的典型燃燒后捕集裝置的技術(shù)分解示例[6]，可見(jiàn)按部件的技術(shù)要素分解要考慮的層級(jí)較多，需細(xì)化到具體的部件來(lái)進(jìn)行后續(xù)評(píng)估。

另一種技術(shù)分解方法是按碳捕集的工藝流程進(jìn)行分解，可以從PFD開(kāi)始，對(duì)于PFD中的每個(gè)化工操作單元或設(shè)備，可以依據(jù)其工藝特點(diǎn)劃分為多個(gè)單元工藝，例如流體流動(dòng)過(guò)程、傳熱過(guò)程、傳質(zhì)過(guò)程、化學(xué)反應(yīng)、機(jī)械過(guò)程等。這種方法將提高發(fā)現(xiàn)與單個(gè)部件不直接相關(guān)的新要素的可能性。圖3顯示了按工藝進(jìn)行技術(shù)分解的示例，在使用胺從煙氣中分離CO的碳捕集技術(shù)中，氣體吸收、熱交換、汽提和氣體壓縮可以分解為單元工藝。

1.2.2 技術(shù)成熟度評(píng)估

CCS的新技術(shù)通常是從現(xiàn)有成熟技術(shù)發(fā)展而來(lái)的，因此，只有采用前述方法被分解后的某些單元要素才更適合進(jìn)行成熟度評(píng)估。為了識(shí)別和關(guān)注技術(shù)中不確定因素和技術(shù)成熟度水平，表1中定義了技術(shù)成熟度分類(lèi)方法。技術(shù)成熟度評(píng)估結(jié)果將用于將評(píng)估工作重點(diǎn)放在排名最高、不確定性最高的要素上。表1中評(píng)定為1級(jí)的技術(shù)是經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的技術(shù)，沒(méi)有新的技術(shù)不確定性，可以使用經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的鑒定、測(cè)試、計(jì)算和分析方法來(lái)記錄性能。這些要素應(yīng)通過(guò)常規(guī)設(shè)計(jì)流程進(jìn)行處理，使用成熟的工程設(shè)計(jì)方法，并實(shí)施充分的質(zhì)量保證和質(zhì)量控制，以確保碳捕集裝置的可靠性;而被評(píng)為2～4級(jí)的技術(shù)被定義為技術(shù)不確定性程度不斷增加的新技術(shù)，屬于這些類(lèi)別的要素應(yīng)根據(jù)后續(xù)的工作流程進(jìn)行認(rèn)證。

1.3 技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的目標(biāo)是針對(duì)技術(shù)成熟度評(píng)估中定義為新技術(shù)的要素，識(shí)別其所有相關(guān)損傷、失效、故障及危害等情況，并針對(duì)每種情況判斷相關(guān)威脅和風(fēng)險(xiǎn)。其評(píng)價(jià)方法與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、故障分析等工作流程類(lèi)似，首先定義各種類(lèi)別的失效和故障概率以及反映后果嚴(yán)重性的類(lèi)別，然后對(duì)于每種失效和故障模式，通過(guò)分配概率等級(jí)和后果等級(jí)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行排序，通過(guò)定義風(fēng)險(xiǎn)矩陣來(lái)確定風(fēng)險(xiǎn)水平和可接受風(fēng)險(xiǎn)。

表2顯示了失效概率等級(jí)的示例，以設(shè)備故障率1.0次/年到0.000 1次/年為跨度。低失效概率為0.001次/年，中失效概率為0.01次/年，高失效概率為0.1次/年。

與概率等級(jí)類(lèi)似，判斷后果等級(jí)包括人身傷害、污染或生產(chǎn)的具體影響等后果，例如，重大傷害、中度污染和長(zhǎng)達(dá)2天的停工時(shí)間可被視為同等嚴(yán)重的事件，具體列于表3。在選擇單個(gè)后果等級(jí)時(shí)，應(yīng)以產(chǎn)生最高等級(jí)影響的類(lèi)型為準(zhǔn)來(lái)定級(jí)。

對(duì)于特定的CO捕集技術(shù)，失效后果可以大致分為3類(lèi)，即：人員受傷、污染或生產(chǎn)問(wèn)題，失效后果的分級(jí)可以根據(jù)碳捕集和碳封存（CCS）裝置的規(guī)模和功能要求來(lái)確定，例如表4給出了在基于胺吸收的典型燃燒后碳捕集工藝評(píng)估中的后果等級(jí)確定方法。

最后，風(fēng)險(xiǎn)可以定義為概率和后果的乘積，并用風(fēng)險(xiǎn)矩陣的形式進(jìn)行展示，這與傳統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)理論是一致的，可以根據(jù)表5所列的風(fēng)險(xiǎn)矩陣對(duì)關(guān)鍵故障模式進(jìn)行排序。其中，低風(fēng)險(xiǎn)為可接受風(fēng)險(xiǎn);中風(fēng)險(xiǎn)單獨(dú)來(lái)看可以接受，但是應(yīng)考慮降低風(fēng)險(xiǎn)的措施;高風(fēng)險(xiǎn)為不可接受風(fēng)險(xiǎn)，必須采取降險(xiǎn)措施。同時(shí)，一些風(fēng)險(xiǎn)可以通過(guò)措施有效緩解。

1.4 制定和執(zhí)行認(rèn)證計(jì)劃

CCS認(rèn)證計(jì)劃的制定和執(zhí)行的目的是在已識(shí)別的失效模式和風(fēng)險(xiǎn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步采用必要的技術(shù)手段對(duì)不成熟技術(shù)中所存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行確認(rèn)，以保證系統(tǒng)能夠具有足夠的性能裕度并能夠達(dá)到預(yù)定目標(biāo)，其主要步驟如下：

a. 根據(jù)評(píng)估依據(jù)上設(shè)定的要求，分析和選擇每種失效模式的認(rèn)證方法。

b. 制定技術(shù)認(rèn)證計(jì)劃，以說(shuō)明如何評(píng)估每種故障模式的性能裕度。

c. 詳細(xì)描述如何執(zhí)行每種選定的認(rèn)證方法。所采用的技術(shù)認(rèn)證方法主要包括根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)確認(rèn)、分析方法、數(shù)值模擬方法、實(shí)驗(yàn)方法、中試實(shí)驗(yàn)等。

1.5 功能評(píng)價(jià)

最終進(jìn)行功能評(píng)價(jià)的目標(biāo)是確認(rèn)符合評(píng)估依據(jù)中規(guī)定的性能、功能要求或目標(biāo)可靠性。進(jìn)行性能評(píng)估是為了量化技術(shù)的整體性能，并將其與評(píng)估依據(jù)中規(guī)定的裕度進(jìn)行比較。如果尚未實(shí)現(xiàn)最終驗(yàn)收，可以提出設(shè)計(jì)改進(jìn)建議或進(jìn)一步認(rèn)證活動(dòng);或者可以降低技術(shù)的操作范圍，但要確保有足夠的性能裕度。最壞的情況是，該技術(shù)不能通過(guò)評(píng)價(jià)。

2 碳捕集技術(shù)認(rèn)證和適用性評(píng)估案例

下面以某燃燒后胺吸收CCS裝置為例，介紹使用以上技術(shù)的評(píng)價(jià)案例[7]：

a. 確認(rèn)評(píng)估依據(jù)和關(guān)鍵參數(shù)指標(biāo)，該CO捕獲裝置的功能要求CO捕獲率達(dá)到85%以上。

b. 技術(shù)分解，這里以吸收器為例，表6顯示了吸收器按部件技術(shù)分解結(jié)果，其分解成不同功能的部件。

c. 在上述技術(shù)分解基礎(chǔ)上，按照表1對(duì)各分解的部件要素進(jìn)行技術(shù)評(píng)價(jià)，即評(píng)價(jià)其成熟度，具體見(jiàn)表7。

d. 對(duì)成熟度較低的新技術(shù)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，以成熟度級(jí)別為3級(jí)的吸收器分布器為例，根據(jù)表4進(jìn)行評(píng)估，結(jié)果見(jiàn)表8。

e. 最后對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)機(jī)理制定認(rèn)證計(jì)劃及性能評(píng)價(jià)，并根據(jù)計(jì)劃評(píng)估其性能是否能夠達(dá)到要求，結(jié)果見(jiàn)表9。

3 技術(shù)發(fā)展探討和建議

筆者結(jié)合DNV?RP?J201標(biāo)準(zhǔn)介紹了碳捕集技術(shù)的評(píng)估認(rèn)證步驟和基本原理，可以了解到該方法系統(tǒng)評(píng)估了碳捕集裝置設(shè)備和技術(shù)的成熟度、風(fēng)險(xiǎn)因素以及性能裕度，對(duì)于提高裝置可靠性，幫助企業(yè)選擇合適的CCS技術(shù)路線(xiàn)具有很重要的意義。DNV通過(guò)該驗(yàn)證技術(shù)已在A(yíng)ker公司的海上設(shè)施模塊化碳捕集裝置、殼牌垃圾焚燒電站碳捕集技術(shù)等場(chǎng)景進(jìn)行了技術(shù)認(rèn)證，因此也需要得到我國(guó)碳捕集技術(shù)相關(guān)企業(yè)的重視和關(guān)注，以推動(dòng)我國(guó)碳捕集技術(shù)在國(guó)際市場(chǎng)的創(chuàng)新發(fā)展。

另外，該方法作為權(quán)威認(rèn)證機(jī)構(gòu)DNV研發(fā)出來(lái)的一項(xiàng)認(rèn)證技術(shù)，主要依托DNV本身實(shí)施，其影響力和權(quán)威性也是碳捕集技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用單位所普遍認(rèn)可的。但另一方面，隨著技術(shù)的發(fā)展，更多新技術(shù)也在不斷涌現(xiàn)，應(yīng)用單位也面臨更多的選擇和不確定性，也亟需對(duì)各種CCS建設(shè)方案進(jìn)行適用性評(píng)估，這就需要與技術(shù)最新發(fā)展相結(jié)合，更深入地研究此項(xiàng)技術(shù)方法，積累更廣泛的CCS失效故障和應(yīng)用情況數(shù)據(jù)，建立相應(yīng)的故障率數(shù)據(jù)庫(kù)，開(kāi)發(fā)更為詳細(xì)的技術(shù)分解和量化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，形成自己的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，才能更加準(zhǔn)確地評(píng)估CCS新技術(shù)的應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)和效益，而且這對(duì)于預(yù)防CCS裝置新技術(shù)應(yīng)用導(dǎo)致的承壓類(lèi)特種設(shè)備安全事故，提高設(shè)備的檢驗(yàn)維護(hù)水平也具有一定意義。因此，建議國(guó)內(nèi)研究、檢驗(yàn)和認(rèn)證機(jī)構(gòu)可以進(jìn)一步關(guān)注CCS新技術(shù)動(dòng)態(tài)和應(yīng)用情況，積累相關(guān)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，從而為CCS技術(shù)發(fā)展提供更多的支持。

4 結(jié)束語(yǔ)

結(jié)合DNV?RP?J201標(biāo)準(zhǔn)介紹了碳捕集技術(shù)認(rèn)證和適用性評(píng)價(jià)的方法流程，給出了評(píng)估案例，并探討了該技術(shù)未來(lái)建設(shè)故障率數(shù)據(jù)庫(kù)、開(kāi)發(fā)更為詳細(xì)的技術(shù)分解和量化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法、形成技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等發(fā)展建議。該技術(shù)能夠?yàn)槲覈?guó)未來(lái)碳捕集新技術(shù)的發(fā)展和提升企業(yè)碳捕集項(xiàng)目效益，避免安全事故的發(fā)生提供支撐，希望能夠得到進(jìn)一步的研究和應(yīng)用。

參 考 文 獻(xiàn)

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