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LNG接收站安全設計

文檔作者：楊斌姜秋紅黃顯峰王天怡吳冬梅文檔來源：中海石油海南天然氣有限公司		點擊數：	更新時間： 2021年10月12日
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2014 年11 月
LNG 接收站安全設計
楊斌姜秋紅黃顯峰王天怡吳冬梅
中海石油海南天然氣有限公司578001
摘要：LNG接收站的安全設計基于項目本質安全性和整個
生命周期管理過程開展，在項目生命周期的各個階段安全設計的
內容各有側重，本文從LNG接收站各個設計階段的輸入和輸出
的內容出發(fā)，探討LNG接收站安全設計的設計策略及管理模式。
關鍵詞：LNG接收站；本質安全設計；安全生命周期管理
Abstract：LNG receiving terminal’s safety design based on the
inherent safety and the management of overall safety lifecycle. At
each design stage of project lifecycle, the safety design has its own
emphasis, focusing on the input and output data during each design
stage of the project lifecycle, the article tries to explore the design
strategy and management mode that should be taken into consideration
during the safety design of the LNG terminal.
Keywords: LNG receiving terminal inherently safer design
themanagement of the project cycle
前言
伴隨我國能源結構的調整，天然氣作為清潔優(yōu)質的能源在一
次能源結構中的比例逐年上升，而LNG作為我國彌補天然氣調峰
缺口的有效途徑在近些年來凸顯出重要的地位，2014年LNG接
收站增至12個，總接轉能力將達到3730萬噸/年[1,2,3]。
LNG主要成分為甲烷，其中還含有天然氣中少量的乙烷、丙
烷、氮等其它組分；相對于其它天然氣化學工業(yè)裝置而言，LNG接
收站所處理的物料相對單一，主要物料為LNG和BOG。LNG接
收站在運輸、裝卸、存儲、氣化管輸等生產過程中潛存的危險主要
涉及到低溫、易揮發(fā)、高壓、易燃、易爆等特性，在運營過程中會發(fā)
生設備、管線、閥門等泄漏及超壓引起的人員凍傷、火災、爆炸等
事故；單個16×104m3儲罐在發(fā)生破裂后，其產生的爆炸影響會超
過15km[4]。因此在LNG接收站設計過程中對各工藝操作單元、設
備、物料進行危險性分析，辨別其危險源，確定各個系統的安全等
級和保護措施，提高裝置安全運行水平有至關重要的作用。
一、LNG接收站安全設計策略
1.LNG接收站本質安全設計
LNG接收站的本質安全性主要體現在工藝系統核心安全性
上[5,6]，工藝系統的安全性是建立在以工藝生產物料為基礎的事故
預防技術上的；相對于其它的石油天然氣化工裝置，LNG接收站
處理的物料主要為LNG和BOG。因此，接收站的安全設計主要
圍繞LNG接卸、存儲、裝車、氣化外輸以及BOG的回收處理等主
要的工藝單元來展開。在設計過程中以各系統安全專項分析和
風險評估為基礎對危險源進行辨識，針對危險源的等級選擇消
除、緩解、替代、簡化、控制等技術手段，通過工藝安全、設備安全
和儀表系統安全的逐層設防，確保事故的預防和控制，從而在根
源上消除LNG接收站在運維過程中潛在的危險因素導致的安全
事故，實現以工藝控制為核心的本質安全設計。
國內現有在建的接收站一般參考EN1473《Installation and
equipment for liquified natural gas Design of onshore installations》進
行LNG接收站的危險性專項評價和設備的規(guī)范布置[7]。在工藝管
道、閥門、設備的選材選型方面充分考慮LNG低溫特性、海洋環(huán)境
腐蝕、表面冷凝和脆裂的預防等問題；儲罐的進料方式充分考慮
不同LNG物料特性導致罐內分層翻滾產生的潛在危害，采用頂部
和底部進料的方式，同時設置密度測試儀及罐內回流系統防止分
層導致的“翻滾”現象；而在儀表安全系統的設計上側重于考慮
LNG泄漏和工藝設備超壓時的保護層設置[5,6]。
2. LNG接收站安全設計的安全生命周期管理
國際電工委員會（IEC）所發(fā)布的IEC61508和IEC61511將安
全生命周期規(guī)定為裝置安全功能從項目立項起始到裝置安全功
能不可再用停止運作的整個周期,包含了裝置安全系統在實現過
程中所進行的有關活動[8,9]。從項目管理的生命周期來講，LNG接
收站的安全生命周期起始于項目的立項階段，直至裝置退役和處
置為止的整體安全生命周期，其中功能化的安全管理活動和安全
評估、驗證、分析等專項工作是接收站安全什么周期的重要組成
部分。
LNG接收站本質安全的實現首先要在源頭上進行控制，在設
計的各個階段用系統化的方法處理相關的設計活動，以滿足裝置
安全運行的要求。LNG接收站設計階段一般分為以下幾個階段：
可行性研究階段、FEED設計、初步設計、EPC承包商的基礎設計
和詳細設計。在LNG接收站的安全生命周期的各個階段均有各
自不同范圍和深度的安全設計要求；在整個設計過程中，安全設
計貫穿于其中，周期管理過程中所執(zhí)行的內容和范圍也是按各階
段的要求分步進行，以提高LNG裝置的本質安全水平。接收站的
安全設計不是單向實施的，在設計的每一個階段都會對前一階段
的工作進行評估，并及時校正，直至設計方案符合裝置本質安全
要求。
二、LNG接收站項目建設生命周期不同階段的安全設計
在LNG接收站設計生命周期管理過程中各階段的安全設計
輸入和輸出的類容各有側重，如表1所示。
1.可行性研究階段
在可行性研究階段主要通過對國內外LNG市場的研究，確定
LNG接收站的產品方案、裝置基本功能、建設規(guī)模、基本工藝、處
理能力、配套工程等，激活其它本質生命周期活動。在此階段通
過對國內外相應的工程資料、水文、氣象、地質資料確定項目選
址。通過對項目生產過程中危害因素、火災爆炸、環(huán)境危險因素
等進行初步分析，確定適用于項目的相應安全法律、法規(guī)和技術
標準。在此階段安全設計的輸出結果是環(huán)境友好型LNG接收站
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的布置、安全和消防設施的配置、職業(yè)衛(wèi)生防護設施以及適用的
標準規(guī)范，最終確定接收站本質安全的目標。
2.FEED設計階段
FEED階段通常由具有專業(yè)技術和知識產權的國際工程公司
來完成。在FEED設計階段需要進行工藝模擬計算，確定工藝流
程圖PFD 圖和PID 圖，完成HZAID、QRA、FHA、HAZOP 等專項
分析。
圖1 LNG接收站安全設計程序
FEED設計階段的HAZID（Hazard Identification，過程危險源
辨識）主要要對LNG接收站潛在的危險源和風險進行早期識別和
描述，為后繼的專項評估明確分析的目標及重點。HAZID分析的
準備資料至少應包含以下信息：（1）外部和環(huán)境危險源（共性危險
源）：自然災害、極端氣候、地震、雷電、沉陷、臺風、海嘯，以及人為
制造的危害、周邊設施影響、公共基礎設施影響。（2）LNG火災和
爆炸危害，工藝過程危險源（超壓、超溫、開停車等）。（3）設備/設
施危險源，控制方式及原則，典型布置危害。（4）公用工程危險源，
施工及維修危險源。（5）健康危險源。
HAZID重在分析辨識與LNG接收站運營過程中的潛在的安
全風險和危險源。通過HAZID分析，將這些危險源產生的原因
和可能導致的影響、后果以及緩解危險影響的方案、建議和替代、
消減風險的措施列入危險源分析清單中，以便為后續(xù)的專項分析
和風險控制提供參考依據，并在后續(xù)的設計中跟蹤落實。
在完成HAZID 分析評估，取得分析數據的基礎上利用
PHAST軟件開展QRA分析（Quantitative Risk Analysis，量化風險
評估）和FHA（Fire Hzard Analysis，火災危險評估），評估LNG接
收站運行過程中由于LNG泄漏所產生的噴射火、池火、蒸汽云擴
散（BLEVE）和爆炸所產生的后果，對LNG 接收站總平布置、防
火、防爆系統進行確定。QRA和FHA分析的范圍：（1）識別所有
LNG接收站在運行過程中各單元設備可能產生的泄露，按“最大
危險原則”考慮設備最大管口破裂的最不利安全事故和持續(xù)時
間。對火災和爆炸事故進行全面分析、計算輻射值，在此基礎上
提出防治事故發(fā)生的設計措施，確定各單元設備的安裝距離。(2)
通過各單元、設備潛在的LNG泄露、擴散、蒸發(fā)等引起的池火、噴
射火、閃火、蒸汽云團爆炸等危險事故的評估，進一步確定各單元
設備之間采用的水幕、噴淋、泡沫集液池等防火減災措施。
HAZOP 分析在總圖布置和PFD、PID 完成之后進行。通過
HAZOP分析，直接對PID圖紙進行節(jié)點劃分，對整個LNG接收站
潛在危險和安全措施的分析評價，對LNG接收站設計中存在的安
全和操作問題進行結構化、系統化的危險辨識、分析和評估，并提
出改進設計的建議。HAZOP 分析按以下步驟進行：（1）劃分節(jié)
點，按照LNG接收站的工藝系統，依據PID圖進行節(jié)點劃分。（2）
選擇工藝參數，應用引導詞確定偏差。（3）確定偏差產生的原因，
確定風險矩陣，分析與偏差有關的后果及風險等級。（4）分析現有
設計中防止偏差的安全措施。（5）評價安全措施是否足夠并提出
改進的建議。在HAZOP分析的基礎上，引入保護層分析，提高
LNG接收站工藝系統的安全預防和控制水平，確定儀表緊急切斷
和連鎖系統，建立安全保護層，確保保護措施和接收站運維的安
全可靠性。
SIL（安全完整性等級分析，Safety Integrity Level）評估一般在
HAZID、QRA、FHA、HAZOP 等專項分析完成之后進行，根據
EC61511分析步驟對LNG接收站安全儀表系統（SIS，Safety Instru?
mented Systems）的等級進行確定。在HAZOP分析提出安全保護
層的基礎上，SIL分析提出切實可行的安全儀表系統（SIS），確定
安全儀表系統（SIS）所需要實現被控設備的安全功能（SIF，Safety
Instrumengted Function）,確定被控設備要實現安全功能的SIL
等級。
3.初步設計階段
與國內傳統的石油天然氣化工工程管理模式不同的是，在國
內大多數的LNG接收站工程建設一般采用EPC模式或E+P+C的
模式進行工程建設管理。LNG接收站EPC合同的簽訂是以FEED
設計確定的工藝包為基礎的，LNG接收站的初步設計是對FEED
階段工藝包進行漢化，初步設計階段的設計文件主要滿足業(yè)主
（建設單位）編制預算，以及完成“安全設施設計專篇”、“消防設
計專篇”、“環(huán)境保護專篇”、“職業(yè)衛(wèi)生專篇”、“節(jié)能專篇”和“抗震
設防專篇”等供政府審查的專項設計。
4.基礎設計階段
在EPC合同簽訂之后，EPC承包商即可按照合同約定的設計
工作內容開展基礎設計和詳細設計。
在基礎設計階段，EPC承包商依照業(yè)主提供的FEED階段的
工藝包進行優(yōu)化和深化設計，在此階段設計思路已經明確，EPC
承包商按照業(yè)主提供的水文、地質、氣象和接收站物料MSDS（Ma?
terial Safety Date Sheet）數據等基礎資料進行工藝模擬計算、物料
能量衡算，確定總平布置和工藝流程。根據前一階段專項評估的
結論，從接收站功能性考慮，按照相應的法規(guī)和技術標準明確接
收站總平布局，并劃分接收站防爆危險區(qū)域。各區(qū)域的劃分和設
備布置除了要保證消防車輛通道和應急逃生通道外，還要從工藝
設備、設施和人員防護的安全角度考慮足夠安全防護和檢修
空間。
在基礎設計階段，物料能量平衡計算和PID圖設計完成后要
采用HAZOP和SIL評估來進行專項分析，通過專項分析評估檢查
設計方案在操作性和安全性上存在的技術缺陷，對工藝流程和設
計方案提出改進建議。通過對基礎設計的PID 進行HAZOP 分
析，依次排出接收站影響較大的偏差事件，依據HAZOP評價結果
確定防范措施及安全保護層，并通過對安全儀表系統的分析（SIL
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政策和法律法規(guī)，同時還要培養(yǎng)員工的安全生產觀念，著力推廣
安全生產的經驗，提升員工安全操作的能力。尤其是對新入廠的
員工，企業(yè)要進行嚴格的三級安全教育培訓，保證新員工的業(yè)務
素質符合安全生產的規(guī)定；企業(yè)對特種作業(yè)人員和專業(yè)技術人員
也要進行定期的安全培訓，保證員工的安全操作和生命健康；除
此之外，當企業(yè)引進新設備、新工藝和新技術時更要對員工進行
安全操作的示范和培訓。總之，企業(yè)對員工的安全培訓工作涉及
到各個領域和各個層次，企業(yè)要積極承擔責任，通過普及安全知
識的方式規(guī)范員工的生產操作行為。
5.借助多種宣傳手段，構建安全文化建設平臺
為了更好地進行安全文化建設，企業(yè)需要借助多種宣傳手
段，構建安全文化建設的平臺，使安全文化更好地貫徹實施。首
先，筆者認為安全文化建設平臺不應拘泥于某一單一的途徑，而
要采取多種宣傳手段，利用豐富多彩的形式在員工頭腦中樹立安
全生產的理念。例如，企業(yè)可以采用廣播、網絡、黑板報、現場會
等媒介進行安全生產的展示，同時也可以利用安全知識競賽、安
全演講、安全檢查、安全講座、安全圖片展覽、事故陳列室等多種
方式對員工進行安全知識的宣傳。其次，筆者認為，安全文化建
設平臺要能涵蓋多個層次、整合多種資源。安全文化建設平臺不
應只包括領導者和管理者，更應該包括廣大職工，讓企業(yè)中的每
一個職員都有機會展示自己安全生產的成果、交流安全生產的經
驗，使安全生產的口號不是流于表面，而是真正深入到每個員工
的心中、深入到企業(yè)的經營管理當中。
結語
社會在不斷的發(fā)展進步，國家之間、企業(yè)之間的競爭越來越
轉變?yōu)榫C合實力的競爭，而安全文化方面的競爭就是其中的重要
環(huán)節(jié)。安全文化建設保證了企業(yè)的穩(wěn)定生產，保證了社會的安定
團結，保證了國家的長治久安，同時也順應了現代文明發(fā)展的要
求，維護了人的基本權益。因此，國家、社會、企業(yè)都應把對安全
文化的建設提上日常工作的日程。在本文中，筆者結合了前人的
研究成果并進行了親身的研究和實踐，通過對加強企業(yè)安全文化
建設的重要意義進行闡述，提出了安全文化建設的系統結構，同
時對在新時期搞好企業(yè)安全文化建設的途徑進行了探討，其中有
些觀點看法可能還不太成熟，希望相關專家予以批評、指正。筆
者希望，通過本文的寫作，可以引起相關專家學者和企業(yè)管理者
對企業(yè)安全文化建設的重視，從而為推動我國企業(yè)的安全文化建
設以及促進和諧社會的建設貢獻出綿薄之力。
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(上接第67頁)
評估），確定LNG接收站所必需的儀表安全等級。
5.詳細設計階段
在基礎設計設計結束后，PFD和PID圖、設備基礎數據和選
型、接收站總平布置等基礎條件已經確定。在詳細設計階段各專
業(yè)在基礎設計的基礎上進行深化和完善，依據基礎設計提供的數
據和技術條件，按照相應的法規(guī)和標準展開施工圖的設計。
在詳細設計階段，安全設計主要體現在總平布置、建構筑設
計對安全法規(guī)的落實。利用專用軟件完成3D完成建設，在3D模
型設計上充分考慮操作的安全作業(yè)空間，消除潛在危險因素，保
證工藝設備在生產操作和檢修時不會存在任何危險。在3D 模型
審查合格后，方可進行工藝管線和配套設施的施工圖設計。在消
防設施布置、水消防管道、化學消防系統以及消防儀表控制流程
圖的設計主要落實基礎設計所計算的數據和采用的安全標準和
技術法規(guī)。
結束語
目前國際LNG市場蓬勃興起，我國LNG接收站也在逐年增
加。要保證LNG接收站的安全穩(wěn)定運營，首先在要從源頭上做
起，在LNG接收站各個設計階段有效地采用相關的安全規(guī)范和設
計標準，在項目設計生命周期的各個階段采用專項分析評估，明
確LNG接收站在運行維保過程中存在的危險源，確保工藝操作系
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