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LNG动力船设计方案风险评估这样做

作者:admin发布时间:2021-09-03 17:52

  在低碳环保的大环境下,IMO提出了2050年航运业相较2008年碳排放强度降低70%的愿景,为实现这一宏伟目标,航运业从各方面寻找合理的实现路径,其中LNG以较好的经济效益和环保效益备受关注。根据中国船级社(CCS)《船舶应用天然气燃料规范》以及《IGF规则风险评估要求手册》中相关要求,“应进行风险评估,以确保由于使用低闪点燃料而带来的对船上人员、环境、结构强度或船舶完整性的风险都得到处理”。基于此,为保障LNG双燃料动力船的本质安全及系统安全并优化其操作规程,以某船厂正在建造的液化天然气(LNG)双燃料实船项目的LNG动力系统设计方案为例,基于危险源辨识(Hazard Identification,HAZID)和危险和可操作性分析(Hazard and Operability,HAZOP)方法对其系统布置及工艺流程进行风险评估。

  针对LNG双燃料船设计方案中的系统布置,采用HAZID方法进行风险评估,并具体采用HAZID方法中的“故障假设法(what-if)”来辨识危险。目前,故障假设法是被业界广为接受的方法,该方法通过假设船舶初步设计中的问题,来分析其与预期正常运营的偏差。假设问题,例如:如果设备出现故障怎么办?如果LNG泄漏怎么办?将每一个假设问题的潜在后果记录于HAZID表格中,并识别已有的或准备设计的安全措施。然后评价风险等级,给出推荐做法。HAZID分析流程如图1所示。

  针对LNG双燃料船设计方案中的动力系统工艺流程,采用HAZOP方法进行风险评估。危险与可操作性分析(HAZOP)是一种系统的、结构的分析方法。HAZOP的目的是识别工艺或操作过程中存在的危害,识别过程偏差导致的不可接受的风险状况。在进行HAZOP分析时,分析团队应用一系列引导词来识别偏离设计意图时可能出现的事故剧情。

  运用典型的危险与可操作性分析方法,依据标准为《危险与可操作性分析(HAZOP分析)应用指南》GB/T 35320-2017,并参考了《危险与可操作性分析质量控制与审查导则》T/CCSAS 001(2018)等相关标准。

  风险矩阵是一种将定性或半定量的后果分级与产生一定水平的风险或风险等级的可能性相结合的方式。参考了IACS Rec.146 IGF规则要求的风险评估建议指导文件以及ISO 17776:2000石油和天然气工业海上开采装置危险识别和风险评估用方法和技术指南中的风险矩阵,作为辨识出来风险源的等级判定依据,如表1所示。

  该风险矩阵根据风险的严重性和可能性,采用6×4的分级形式,即将危险源发生的可能性划分为4个级别(A~D),将危险源发生的后果严重性划分为6个级别(0~5)级划分为3个等级:

  一般风险(黄色):在技术经济条件允许下,尽量采取措施控制风险,使风险尽可能低;

  以某船厂正在建造的LNG双燃料实船项目的LNG动力系统设计方案中为例,基于上述的HAZID和HAZOP方法对其设计布置及工艺流程进行风险评估。该船主要参数:船舶总长192.0米,型宽37.6米,型深13.5米,设计/结构吃水8.2米,载重量25000吨,主机最大持续功率10430kW,服务航速16节,续航力5000NM。

  为方便HAZID分析,将该船的LNG双燃料动力系统设备及处所布置划分为五个节点进行进一步分析:①LNG加注站(含充装接头、液相管路、气相管路、控制阀件及附件等);②LNG燃料舱处所(含燃料罐、潜液泵和相关附件等);③燃料舱接头处所(含阀件、风机等);④气体燃料准备间(含设备、阀件、控制系统、风机和低压缓冲罐等);⑤机舱(含主机、发电机、氮气发生器等)。

  基于HAZID方法,针对该船LNG双燃料动力系统设备、工艺系统及处所布置,对每个节点的设计布置、工艺流程、设备故障及人为操作等因素导致危险的原因、后果、现有保护措施、风险水平及建议应对措施依次进行分析。HAZID分析表(LNG加注站节点节选)如表2所示。

  为方便HAZOP分析,将该船的动力系统工艺流程划分为若干个节点进行进一步分析。鉴于该项目采用无回气加注的加注方式,按照工作原理划分为以下八个节点:①LNG燃料强制蒸发;②蒸发气体加热;③BOG气液分离;④BOG气体增压;⑤主机供气;⑥发电机供气;⑦LNG加注;⑧水乙二醇系统。

  基于HAZOP方法,针对该船LNG加注系统、LNG供气系统等,对每个节点的设备故障及人为操作等因素导致危险的原因、后果、现有保护措施、风险水平及建议措施依次进行分析。HAZOP分析表(LNG燃料强制蒸发节点节选)如表3所示。

  针对某船厂正在建造的液化天然气(LNG)双燃料实船项目的LNG动力系统设计方案,通过风险评估,得出以下结论和建议:

  (1)该船的LNG动力系统设计方案符合相关规范要求,考虑到多种危险因素对设备、系统的破坏和对人员的伤害以及环保的要求,设置了相应的工艺控制系统、安全系统、透气系统、消防系统、防污染设施等措施。提出了一些建议措施,有利于改进设计方案、确保本质安全和优化操作规程。

  (2)通过对5个节点的HAZID分析,评估得出了低风险场景23个,中风险场景7个,高风险场景2个。其中,高风险场景为LNG加注站破损/泄漏和气体燃料准备间泄漏。对于LNG加注站的破损/泄漏风险,建议船舶设计时提供集液盘容量计算结果并进行评估,并考虑集液盘与船体之间的低温防护;船舶营运期间对管阀部件进行定期检修,并为操作人员配备个人防护用品。通过上述建议措施的实施,该场景的风险水平可降低至可接受的范围内。对于气体燃料准备间的泄漏风险,建议进一步校核泄漏量及低温防护措施能否满足相关低温防护要求,并评估分析液相管路、强制蒸发器的集液盘容量是否足够。通过上述建议措施的实施,该场景的风险水平可降低至可接受的范围内。

  (3)通过对8个节点、79个场景的HAZOP分析,评估得出了低风险场景68个,中风险场景11个,提出了28项建议措施,将各节点的风险尽可能降至可接受的最低范围内。主要建议措施包括:①由于主机工作温度为0~60℃,为防止主机低温损伤。建议缓冲罐低低温切断温度改为0℃,低温报警温度设为5℃;②为防止低压缓冲罐超压,建议高、低压缓冲罐间旁路管道上的球阀设置常关标识;③为防止因加热器加热不充分或加热器损坏,后续流体温度过低导致管路低温应力过大损伤管道,建议从加热器至缓冲罐管路考虑低温工况,补充低温应力校核;④建议在管路设计时考虑水锤效应,以防因ESD阀关闭过快出现水击导致管路超压等。

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