HAZOP方法在氢气压缩机风险分析中的应用

摘" " " 要：相比于传统的化石能源，氢能具有零排放、高热值等一系列优势，因此世界各国都相继加快了对氢能的研发和应用步伐。氢气压缩机是我国加氢站建设的关键，也是确保加氢、储氢、运氢环节畅通无阻的关键设备。由于氢气易燃易爆的特性，一旦氢气压缩机发生故障，极有可能会出现压缩机停机、气体泄漏等危险，甚至引发火灾和爆炸。因此迫切需要对氢气压缩机可能面临的安全风险进行评估，辨识氢气压缩机运行中的危险因素，查明可能的故障原因并制定相应的保护措施。以氢气压缩机为研究对象，采用HAZOP方法对氢气压缩机进行了危险辨识与后果评估，保障了其安全平稳运行。结果表明：氢气压缩机面临入口过滤器压差过高、一级进气缓冲罐压力过低以及一级排气温度过高等风险，应考虑增设报警装置。

关" 键" 词：氢气压缩机；自动化安全控制；HAZOP

中图分类号：TQ086" " " " 文献标识码： A" " "文章编号： 1004-0935（2023）05-0669-04

在大规模的气体化工过程中，压缩机的应用十分普遍。在氢能网络的建设中，需要将氢气压缩至高压状态，以便用于存储、运输环节以及氢燃料电池汽车。氢气压缩机通常会面临频繁的启动停机过程，进排气压力的波动范围大，维护频率低，维护难度大。因此需要明确氢气压缩机可能面临的风险状况与风险等级，提前制定维护措施与风险预防措施，提高其安全平稳运行能力。

作为一种风险辨识的安全评价方法，目前危险与可操作性分析（HAZOP）方法已经有着明确的使用规范和诸多成熟应用。《危险与可操作性分析（HAZOP分析）应用导则》（AQ/T 3049—2013）[1]、《危险与可操作性分析实施导则》（Q/SH" " " 0559—2013）[2]以及《中国石化安全风险评估指导意见》（集团工单安风 [2018] 38号）[3]都明确了开展HAZOP分析的必要性，并对HAZOP方法的应用场景与使用规范做出了相应规定。吉卫云[4]等针对某氨制冷装置，采用HAZOP分析了其运行过程中工艺状态参数的变动以及操作控制中可能出现的偏差，找出了变动和偏差的原因，识别了氨制冷装置运行过程中存在的潜在危险。赵燕[5]等将HAZOP方法应用于某污水处理装置，对其在生产过程中所涉及的工艺及设备危险性进行了分析，针对分析中发现的问题制定了相应的改进措施。针对某炼油厂爆炸事故，ISIMITE[6]等研究了导致事故发生的动态模型，复制了事故当天异构化装置启动期间的过程变量，并将生成的仿真模型用在HAZOP方法中。在制氢研究方面，李靖[7]等以火力发电厂的制氢站为例，运用HAZOP技术对火电制氢过程中涉及到的生产环节进行危险因素辨析，分析了火电厂制氢站的制氢系统，探明了生产环节的安全隐患。鲍文志[8]应用HAZOP于水电解制氢过程，对工艺过程进行了系统化结构化审查，辨明了其中的危险因素并提出改进措施。针对氨分解制氢过程，杨文良[9]分析了生产工艺状态参数的变动及操作控制中可能出现的偏差，指出了偏差原因，分析了装置的安全缺陷，提出了相应的整改措施。基于文献综述，本文发现目前HAZOP方法在压缩机设备[10-11]、LNG厂区[12-13]以及化工装置[14-19]等方面都有成熟应用，然而针对氢气压缩机这一特殊的设备，目前还缺乏针对性的实践。因此本文旨在将HAZOP分析应用于氢气压缩机的风险评估，辨识危险因素，深入分析危险情景，针对防范薄弱环节给出改进措施。

1" 氢气压缩机工艺流程简介

界区外来的氢气经氢压机入口过滤器过滤后进入一级进气缓冲罐，缓冲后进入氢压机一级压缩，压缩后经一级排气冷却器，冷却后进入一级排气缓冲罐，缓冲后进入氢压机二级压缩，压缩后进入二级排气缓冲罐，缓冲后部分送往加氢反应器，一部分经旁路冷却器冷却后返回。氢压机润滑油自润滑油泵抽出送往油冷却器，冷却后经油过滤器过滤后一路返回，另两路分别去往压缩机一级及二级轴承。循环水自管网来，分别进入氢压机一级、二级以及作为冷却水分别进入冷却系统，最终返回循环水管网。氢气压缩机工艺流程如图1所示。

2" HAZOP分析方法

HAZOP分析是一种国际安全评估的通用方法，也是一种用于辨识设计缺陷、工艺过程危害及操作性问题的结构化分析方法，目前在项目安全管理、风险防范等领域有着重要应用。HAZOP会议以小组为单位进行，通过一系列的会议来进行偏差分析进而综合评估整个工艺过程。因此HAZOP的评估结果更具有创造性和系统性。HAZOP方法以引导词为引导，再结合工艺过程中的参数变化，对可能出现的偏差加以分析，对相应的后果进行辨识与定级。HAZOP的结果是制定相应安全措施的依据。常用的HAZOP术语如表1所示。

HAZOP分析主要过程包括分析界定、组建分析小组、分析准备、分析会议、分析报告及HAZOP审查6个关键步骤。

在分析界定阶段要确定分析范围和目标以及分析对象的界区范围，确定可用的资料及其详细准确程度、已开展过的相关分析等。组建分析小组时首先要确定HAZOP主席/组长，组员应该由记录员、设计人员、工艺工程师、设备工程师、安全工程师以及有经验的操作人员等组成。分析准备需要制定分析计划、资料准备以及分析培训。在分析会议中要进行节点选择、设置工艺条件、选择引导词、记录偏差、识别原因以及后果等。HAZOP分析会议结束后，HAZOP主席在记录员协助下整理HAZOP报告，形成初稿并由组员共同审阅。HAZOP分析报告终稿完成后，应进行HAZOP审查工作。由项目委托方、项目负责人对HAZOP分析报告中提出的建议措施进行进一步的评估。HAZOP分析流程如图2所示。

3" HAZOP节点划分以及偏差说明

本文以氢气压缩机的主要设备作为节点，以流量、压力、温度等物理特性作为偏差，进而开展HAZOP分析。

主要设备：氢压机入口过滤器、一级进气缓冲罐、一级排气冷却器、一级排气缓冲罐、二级排气缓冲罐、油冷却器、油过滤器、旁路冷却器。

主要参数：氢压机入口过滤器压差；一级进气缓冲罐压力；一级排气温度；一级排气冷却器内漏；一级排气缓冲罐压力；二级排气缓冲罐温度、压力；旁路冷却器内漏；油冷却器内漏；油过滤器压差，润滑油温度、压力；曲轴箱润滑油液位；循环水流量。HAZOP分析使用的偏差及说明见表2。

4" 风险分析

在明确了HAZOP节点以及偏差后，开展HAZOP分析记录。氢气压缩机装置HAZOP分析记录如表3所示。

5" 结 论

通过HAZOP分析，本文总结分析出了氢气压缩机的主要问题以及建议措施，可以得出氢气压缩机最主要风险如下：

1）氢压机入口过滤器压差过高，可能导致压缩机吸气量减少，压缩机压比增高，一级排气温度升高，压缩机膜头密封圈损坏，氢气泄漏，可能引起火灾。

2）一级进气缓冲罐压力过低，可能导致压缩机吸气量减少，压缩机压比增高，一级排气温度升高，压缩机膜头密封圈损坏，氢气泄漏，可能引起火灾。

3）一级排气温度过高，可能损坏压缩机膜头密封圈，氢气泄漏，可能引起火灾。

4）一级排气缓冲罐压力过低，可能导致压缩机二级吸气量减少，压缩机压比增高，二级排气温度升高，压缩机膜头密封圈损坏，氢气泄漏，可能引起火灾。

5）二级排气缓冲罐温度过高，可能导致压缩机膜头密封圈损坏，氢气泄漏，可能引起火灾。去压缩机膜头循环水流量过低或无，可能导致膜头撤热不足，严重时设备损坏。

通过对关键参数的有效监测预警，可以防范杜绝重大危险事件的发生。同时，本文使用HAZOP进行过程安全风险分析，以氢气压缩机运行过程为研究对象，对其在设计阶段进行分析，辨识最大风险点，从源头上解决本质安全问题，确保氢气压缩机安全运行。

参考文献：

［1］AQ/T 3049—2013，危险与可操作性分析（HAZOP分析）应用导则[S]．

［2］Q/SH 0559—2013，危险与可操作性分析实施导则[S]．

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Abstract：" Compared with traditional fossil energy， hydrogen energy has a series of advantages， such as zero emission and high calorific value. Therefore， countries all over the world have accelerated the pace of development and application of hydrogen energy. Hydrogen compressor is the key to the construction of hydrogenation stations in China， and it is also the key equipment to ensure that the hydrogen filling， hydrogen storage and hydrogen transportation links are unimpeded. Due to the flammable and explosive characteristics of hydrogen， once the hydrogen compressor fails， it is very likely to cause compressor shutdown， gas leakage and other hazards， and even fire and explosion. Therefore， it is urgent to evaluate the possible safety risks faced by the hydrogen compressor， identify the risk factors in the operation of the hydrogen compressor， identify the possible fault causes and formulate corresponding protection measures. Taking the hydrogen compressor as the research object， HAZOP method was used to carry out hazard identification and consequence assessment for the hydrogen compressor， to ensure its safe and stable operation. The results showed that the hydrogen compressor faced the risks of high inlet filter pressure difference， low primary inlet buffer tank pressure and high primary exhaust temperature， so it should be considered to add alarm devices.

Key words： Hydrogen compressor; Automatic safety control; HAZOP