LNG動力船設計方案，風險評估這樣做

在低碳環保的大環境下，IMO提出了2050年航運業相較2008年碳排放強度降低70%的愿景，為實現這一宏偉目標，航運業從各方面尋找合理的實現路徑，其中LNG以較好的經濟效益和環保效益備受關注。根據中國船級社(CCS)《船舶應用天然氣燃料規范》以及《IGF規則風險評估要求手冊》中相關要求，“應進行風險評估，以確保由于使用低閃點燃料而帶來的對船上人員、環境、結構強度或船舶完整性的風險都得到處理”�；�于此，為保障LNG雙燃料動力船的本質安全及系統安全并優化其操作規程，以某船廠正在建造的液化天然氣(LNG)雙燃料實船項目的LNG動力系統設計方案為例，基于危險源辨識(Hazard Identification，HAZID)和危險和可操作性分析(Hazard and Operability，HAZOP)方法對其系統布置及工藝流程進行風險評估。

風險評估方法

◉ HAZID方法

針對LNG雙燃料船設計方案中的系統布置，采用HAZID方法進行風險評估，并具體采用HAZID方法中的“故障假設法(what-if)”來辨識危險。目前，故障假設法是被業界廣為接受的方法，該方法通過假設船舶初步設計中的問題，來分析其與預期正常運營的偏差。假設問題，例如：如果設備出現故障怎么辦？如果LNG泄漏怎么辦？將每一個假設問題的潛在后果記錄于HAZID表格中，并識別已有的或準備設計的安全措施。然后評價風險等級，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雙燃料船設計方案中的動力系統工藝流程，采用HAZOP方法進行風險評估。危險與可操作性分析(HAZOP)是一種系統的、結構的分析方法。HAZOP的目的是識別工藝或操作過程中存在的危害，識別過程偏差導致的不可接受的風險狀況。在進行HAZOP分析時，分析團隊應用一系列引導詞來識別偏離設計意圖時可能出現的事故劇情。

運用典型的危險與可操作性分析方法，依據標準為《危險與可操作性分析(HAZOP分析)應用指南》GB/T 35320-2017，并參考了《危險與可操作性分析質量控制與審查導則》T/CCSAS 001(2018)等相關標準。

HAZOP分析流程如圖2所示。

圖2 HAZOP分析流程圖

風險矩陣確定

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

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

低風險(綠色)：對生產幾乎沒有危險，或可忽略不計；

一般風險(黃色)：在技術經濟條件允許下，盡量采取措施控制風險，使風險盡可能低；

重大風險(紅色)：不論何種條件，盡一切可能采取措施控制風險。

表1 風險評估中使用的風險矩陣

案例概況

以某船廠正在建造的LNG雙燃料實船項目的LNG動力系統設計方案中為例，基于上述的HAZID和HAZOP方法對其設計布置及工藝流程進行風險評估。該船主要參數：船舶總長192.0米，型寬37.6米，型深13.5米，設計/結構吃水8.2米，載重量25000噸，主機最大持續功率10430kW，服務航速16節，續航力5000NM。

◉ HAZID分析

1、節點劃分

為方便HAZID分析，將該船的LNG雙燃料動力系統設備及處所布置劃分為五個節點進行進一步分析：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、潛液泵和相關附件等)；③燃料艙接頭處所(含閥件、風機等)；④氣體燃料準備間(含設備、閥件、控制系統、風機和低壓緩沖罐等)；⑤機艙(含主機、發電機、氮氣發生器等)。

2、HAZID分析表

基于HAZID方法，針對該船LNG雙燃料動力系統設備、工藝系統及處所布置，對每個節點的設計布置、工藝流程、設備故障及人為操作等因素導致危險的原因、后果、現有保護措施、風險水平及建議應對措施依次進行分析。HAZID分析表(LNG加注站節點節選)如表2所示。

表2 LNG雙燃料罐箱船HAZID分析表

(LNG加注站節點節選)

◉ HAZOP分析

1、節點劃分

為方便HAZOP分析，將該船的動力系統工藝流程劃分為若干個節點進行進一步分析。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點：①LNG燃料強制蒸發；②蒸發氣體加熱；③BOG氣液分離；④BOG氣體增壓；⑤主機供氣；⑥發電機供氣；⑦LNG加注；⑧水乙二醇系統。

2、HAZOP分析表

基于HAZOP方法，針對該船LNG加注系統、LNG供氣系統等，對每個節點的設備故障及人為操作等因素導致危險的原因、后果、現有保護措施、風險水平及建議措施依次進行分析。HAZOP分析表(LNG燃料強制蒸發節點節選)如表3所示。

表3 LNG雙燃料罐箱船HAZOP分析表

 (LNG燃料強制蒸發節點節選)

風險評估結論及建議

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動力系統設計方案，通過風險評估，得出以下結論和建議：

 (1)該船的LNG動力系統設計方案符合相關規范要求，考慮到多種危險因素對設備、系統的破壞和對人員的傷害以及環保的要求，設置了相應的工藝控制系統、安全系統、透氣系統、消防系統、防污染設施等措施。提出了一些建議措施，有利于改進設計方案、確保本質安全和優化操作規程。

 (2)通過對5個節點的HAZID分析，評估得出了低風險場景23個，中風險場景7個，高風險場景2個。其中，高風險場景為LNG加注站破損/泄漏和氣體燃料準備間泄漏。對于LNG加注站的破損/泄漏風險，建議船舶設計時提供集液盤容量計算結果并進行評估，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，該場景的風險水平可降低至可接受的范圍內。對于氣體燃料準備間的泄漏風險，建議進一步校核泄漏量及低溫防護措施能否滿足相關低溫防護要求，并評估分析液相管路、強制蒸發器的集液盤容量是否足夠。通過上述建議措施的實施，該場景的風險水平可降低至可接受的范圍內。

 (3)通過對8個節點、79個場景的HAZOP分析，評估得出了低風險場景68個，中風險場景11個，提出了28項建議措施，將各節點的風險盡可能降至可接受的最低范圍內。主要建議措施包括：①由于主機工作溫度為0~60℃，為防止主機低溫損傷。建議緩沖罐低低溫切斷溫度改為0℃，低溫報警溫度設為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置常關標識；③為防止因加熱器加熱不充分或加熱器損壞，后續流體溫度過低導致管路低溫應力過大損傷管道，建議從加熱器至緩沖罐管路考慮低溫工況，補充低溫應力校核；④建議在管路設計時考慮水錘效應，以防因ESD閥關閉過快出現水擊導致管路超壓等。