在低碳環(huán)保的大環(huán)境下，IMO提出了2050年航運業(yè)相較2008年碳排放強度降低70%的愿景，為實現(xiàn)這一宏偉目標(biāo)，航運業(yè)從各方面尋找合理的實現(xiàn)路徑，其中LNG以較好的經(jīng)濟效益和環(huán)保效益?zhèn)涫荜P(guān)注。根據(jù)中國船級社(CCS)《船舶應(yīng)用天然氣燃料規(guī)范》以及《IGF規(guī)則風(fēng)險評估要求手冊》中相關(guān)要求，“應(yīng)進(jìn)行風(fēng)險評估，以確保由于使用低閃點燃料而帶來的對船上人員、環(huán)境、結(jié)構(gòu)強度或船舶完整性的風(fēng)險都得到處理”。基于此，為保障LNG雙燃料動力船的本質(zhì)安全及系統(tǒng)安全并優(yōu)化其操作規(guī)程，以某船廠正在建造的液化天然氣(LNG)雙燃料實船項目的LNG動力系統(tǒng)設(shè)計方案為例，基于危險源辨識(Hazard Identification，HAZID)和危險和可操作性分析(Hazard and Operability，HAZOP)方法對其系統(tǒng)布置及工藝流程進(jìn)行風(fēng)險評估。

風(fēng)險評估方法

◉ HAZID方法

針對LNG雙燃料船設(shè)計方案中的系統(tǒng)布置，采用HAZID方法進(jìn)行風(fēng)險評估，并具體采用HAZID方法中的“故障假設(shè)法(what-if)”來辨識危險。目前，故障假設(shè)法是被業(yè)界廣為接受的方法，該方法通過假設(shè)船舶初步設(shè)計中的問題，來分析其與預(yù)期正常運營的偏差。假設(shè)問題，例如：如果設(shè)備出現(xiàn)故障怎么辦？如果LNG泄漏怎么辦？將每一個假設(shè)問題的潛在后果記錄于HAZID表格中，并識別已有的或準(zhǔn)備設(shè)計的安全措施。然后評價風(fēng)險等級，給出推薦做法。HAZID分析流程如圖1所示。

圖1 HAZID分析流程圖

◉ HAZOP方法

針對LNG雙燃料船設(shè)計方案中的動力系統(tǒng)工藝流程，采用HAZOP方法進(jìn)行風(fēng)險評估。危險與可操作性分析(HAZOP)是一種系統(tǒng)的、結(jié)構(gòu)的分析方法。HAZOP的目的是識別工藝或操作過程中存在的危害，識別過程偏差導(dǎo)致的不可接受的風(fēng)險狀況。在進(jìn)行HAZOP分析時，分析團隊?wèi)?yīng)用一系列引導(dǎo)詞來識別偏離設(shè)計意圖時可能出現(xiàn)的事故劇情。

運用典型的危險與可操作性分析方法，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)為《危險與可操作性分析(HAZOP分析)應(yīng)用指南》GB/T 35320-2017，并參考了《危險與可操作性分析質(zhì)量控制與審查導(dǎo)則》T/CCSAS 001(2018)等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

HAZOP分析流程如圖2所示。

圖2 HAZOP分析流程圖

風(fēng)險矩陣確定

風(fēng)險矩陣是一種將定性或半定量的后果分級與產(chǎn)生一定水平的風(fēng)險或風(fēng)險等級的可能性相結(jié)合的方式。參考了IACS Rec.146 IGF規(guī)則要求的風(fēng)險評估建議指導(dǎo)文件以及ISO 17776:2000石油和天然氣工業(yè)海上開采裝置危險識別和風(fēng)險評估用方法和技術(shù)指南中的風(fēng)險矩陣，作為辨識出來風(fēng)險源的等級判定依據(jù)，如表1所示。

該風(fēng)險矩陣根據(jù)風(fēng)險的嚴(yán)重性和可能性，采用6×4的分級形式，即將危險源發(fā)生的可能性劃分為4個級別(A~D)，將危險源發(fā)生的后果嚴(yán)重性劃分為6個級別(0~5)級劃分為3個等級：

低風(fēng)險(綠色)：對生產(chǎn)幾乎沒有危險，或可忽略不計；

一般風(fēng)險(黃色)：在技術(shù)經(jīng)濟條件允許下，盡量采取措施控制風(fēng)險，使風(fēng)險盡可能低；

重大風(fēng)險(紅色)：不論何種條件，盡一切可能采取措施控制風(fēng)險。

表1 風(fēng)險評估中使用的風(fēng)險矩陣

案例概況

以某船廠正在建造的LNG雙燃料實船項目的LNG動力系統(tǒng)設(shè)計方案中為例，基于上述的HAZID和HAZOP方法對其設(shè)計布置及工藝流程進(jìn)行風(fēng)險評估。該船主要參數(shù)：船舶總長192.0米，型寬37.6米，型深13.5米，設(shè)計/結(jié)構(gòu)吃水8.2米，載重量25000噸，主機最大持續(xù)功率10430kW，服務(wù)航速16節(jié)，續(xù)航力5000NM。

◉ HAZID分析

1、節(jié)點劃分

為方便HAZID分析，將該船的LNG雙燃料動力系統(tǒng)設(shè)備及處所布置劃分為五個節(jié)點進(jìn)行進(jìn)一步分析：①LNG加注站(含充裝接頭、液相管路、氣相管路、控制閥件及附件等)；②LNG燃料艙處所(含燃料罐、潛液泵和相關(guān)附件等)；③燃料艙接頭處所(含閥件、風(fēng)機等)；④氣體燃料準(zhǔn)備間(含設(shè)備、閥件、控制系統(tǒng)、風(fēng)機和低壓緩沖罐等)；⑤機艙(含主機、發(fā)電機、氮氣發(fā)生器等)。

2、HAZID分析表

基于HAZID方法，針對該船LNG雙燃料動力系統(tǒng)設(shè)備、工藝系統(tǒng)及處所布置，對每個節(jié)點的設(shè)計布置、工藝流程、設(shè)備故障及人為操作等因素導(dǎo)致危險的原因、后果、現(xiàn)有保護措施、風(fēng)險水平及建議應(yīng)對措施依次進(jìn)行分析。HAZID分析表(LNG加注站節(jié)點節(jié)選)如表2所示。

表2 LNG雙燃料罐箱船HAZID分析表

(LNG加注站節(jié)點節(jié)選)

◉ HAZOP分析

1、節(jié)點劃分

為方便HAZOP分析，將該船的動力系統(tǒng)工藝流程劃分為若干個節(jié)點進(jìn)行進(jìn)一步分析。鑒于該項目采用無回氣加注的加注方式，按照工作原理劃分為以下八個節(jié)點：①LNG燃料強制蒸發(fā)；②蒸發(fā)氣體加熱；③BOG氣液分離；④BOG氣體增壓；⑤主機供氣；⑥發(fā)電機供氣；⑦LNG加注；⑧水乙二醇系統(tǒng)。

2、HAZOP分析表

基于HAZOP方法，針對該船LNG加注系統(tǒng)、LNG供氣系統(tǒng)等，對每個節(jié)點的設(shè)備故障及人為操作等因素導(dǎo)致危險的原因、后果、現(xiàn)有保護措施、風(fēng)險水平及建議措施依次進(jìn)行分析。HAZOP分析表(LNG燃料強制蒸發(fā)節(jié)點節(jié)選)如表3所示。

表3 LNG雙燃料罐箱船HAZOP分析表

 (LNG燃料強制蒸發(fā)節(jié)點節(jié)選)

風(fēng)險評估結(jié)論及建議

針對某船廠正在建造的液化天然氣(LNG)雙燃料實船項目的LNG動力系統(tǒng)設(shè)計方案，通過風(fēng)險評估，得出以下結(jié)論和建議：

 (1)該船的LNG動力系統(tǒng)設(shè)計方案符合相關(guān)規(guī)范要求，考慮到多種危險因素對設(shè)備、系統(tǒng)的破壞和對人員的傷害以及環(huán)保的要求，設(shè)置了相應(yīng)的工藝控制系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、透氣系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、防污染設(shè)施等措施。提出了一些建議措施，有利于改進(jìn)設(shè)計方案、確保本質(zhì)安全和優(yōu)化操作規(guī)程。

 (2)通過對5個節(jié)點的HAZID分析，評估得出了低風(fēng)險場景23個，中風(fēng)險場景7個，高風(fēng)險場景2個。其中，高風(fēng)險場景為LNG加注站破損/泄漏和氣體燃料準(zhǔn)備間泄漏。對于LNG加注站的破損/泄漏風(fēng)險，建議船舶設(shè)計時提供集液盤容量計算結(jié)果并進(jìn)行評估，并考慮集液盤與船體之間的低溫防護；船舶營運期間對管閥部件進(jìn)行定期檢修，并為操作人員配備個人防護用品。通過上述建議措施的實施，該場景的風(fēng)險水平可降低至可接受的范圍內(nèi)。對于氣體燃料準(zhǔn)備間的泄漏風(fēng)險，建議進(jìn)一步校核泄漏量及低溫防護措施能否滿足相關(guān)低溫防護要求，并評估分析液相管路、強制蒸發(fā)器的集液盤容量是否足夠。通過上述建議措施的實施，該場景的風(fēng)險水平可降低至可接受的范圍內(nèi)。

 (3)通過對8個節(jié)點、79個場景的HAZOP分析，評估得出了低風(fēng)險場景68個，中風(fēng)險場景11個，提出了28項建議措施，將各節(jié)點的風(fēng)險盡可能降至可接受的最低范圍內(nèi)。主要建議措施包括：①由于主機工作溫度為0~60℃，為防止主機低溫?fù)p傷。建議緩沖罐低低溫切斷溫度改為0℃，低溫報警溫度設(shè)為5℃；②為防止低壓緩沖罐超壓，建議高、低壓緩沖罐間旁路管道上的球閥設(shè)置常關(guān)標(biāo)識；③為防止因加熱器加熱不充分或加熱器損壞，后續(xù)流體溫度過低導(dǎo)致管路低溫應(yīng)力過大損傷管道，建議從加熱器至緩沖罐管路考慮低溫工況，補充低溫應(yīng)力校核；④建議在管路設(shè)計時考慮水錘效應(yīng)，以防因ESD閥關(guān)閉過快出現(xiàn)水擊導(dǎo)致管路超壓等。