某海洋石油平臺工藝火災爆炸分析

摘要：本文對某海洋石油平臺工藝火災爆炸進行分析研究，并針對分析結果提出了研究建議。

關鍵詞：海洋石油；平臺；工藝火災爆炸

一、方法介紹

本文是利用PHAST軟件對C平臺下層甲板的工藝設備設施火災、爆炸事故的后果影響范圍與程度進行估算，從而對兩平臺下層甲板防火墻的耐火耐壓能力進行分析。

在利用PHAST軟件對C平臺上生產設施進行泄漏引發的火災、爆炸后果進行模擬時，首先要對海上生產設施的操作條件、環境條件、泄漏物質、泄漏規模進行了解與假設。

對于泄漏過程模擬，需要確定泄漏過程的工藝參數，將工藝參數輸入到計算軟件中進行計算，以獲得結果數據。

二、選取計算參數

1.物相

C平臺上設備的泄漏物相為原油和天然氣，根據物料平衡表2011年數據，油氣組分的百分比列表見表1：

2.泄漏孔徑與環境條件

根據海洋石油平臺生產設施特點，計算過程中假設發生小、中兩種規模的泄漏事故，其泄漏孔徑分別為10mm、25mm。

根據該油氣田所屬海域的天氣條件，計算中假設風速為5m/s。

3.操作參數

在使用PHAST軟件進行油氣泄漏及火災爆炸后果模擬計算時，需要確定計算對象的操作介質、操作溫度、操作壓力以及可能泄漏量等相關參數，主要涉及參數為操作溫度、操作壓力、質量。

根據C平臺下層甲板工藝設施的實際情況，在計算中，僅對分離器類設備考慮油相泄漏，而其它設施由于其中的物流均為氣相，只是夾帶一定成分的液滴，因此均視為氣相物質。

三、火災模擬計算結果

泄漏出來的原油或天然氣一旦遇到明火會引發火災事故。C平臺下層甲板工藝設施泄漏后引起的火災影響進行模擬。

通過PHAST計算得到C平臺設施發生泄漏后被點燃情況下，得出下圖1所示的三個射強度的影響范圍。當設備泄漏后被點燃發生火災時，火焰形成一個熱輻射區，從圖中可以看出，與火焰最近的熱輻射值為37.5kw/m2，次之為12.5kw/m2，最外圍為4.0kw/m2。不同區域的熱輻射強度不同，影響范圍也不同。

四、爆炸模擬計算結果

油氣泄漏到大氣中，經過揮發、擴散、聚集后，烴類氣體與大氣中的氧氣充分混合形成爆炸性混合氣體，遇明火會發生延遲爆炸。

由于C平臺均為天然氣平臺，物流中油含量較低，油相泄漏后揮發量較低，發生爆炸的概率很低，因此本部分爆炸模擬分析只針對氣相泄漏事故進行。

考慮到C平臺下層甲板的長與寬，在計算過程中僅對爆炸周圍50米范圍內的超壓值進行了計算，50米以外的區域沒有考慮。因此上表中部分爆炸影響范圍顯示為50米，實際范圍可能會超過50米。

通過PHAST的泄漏爆炸模擬，計算得出爆炸中三個超壓值的各自的影響范圍，即超壓區。當設備泄漏后被延遲點燃，產生一個爆炸，火焰形成一個超壓區，與爆點最近為0.75bar，次之為0.30bar，最外圍為0.15bar。

五、影響結果分析

1.噴火影響

海上油氣生產設施發生天然氣泄漏時，如果泄漏口附近有明火源，泄漏出來的可燃氣會立即被點燃，形成噴火，這類事故的危害相對較小，主要體現為熱輻射傷害，上文已針對C平臺的下層甲板工藝泄漏引發的噴火熱輻射危害進行了模擬計算。此類噴射火可以借助防火墻起到對人員及臨近設備的防護作用。

2.延遲點燃閃火影響

生產設施在發生天然氣泄漏時，如果沒有被立即點燃，在周圍環境的作用下（主要為風以及周圍設施阻擋的作用），泄漏出來的烴類氣體會發生聚集，并與空氣混合，達到極限濃度時形成爆炸性混合氣體，此時如遇明火源即可發生爆炸事故。一般會產生一個火球并向外擴展，火球擴展到最大狀態后，穩定燃燒一段時間，則會熄滅。

此類事故的主要危害仍然是熱輻射，但上述狀況是在發生泄漏事故時，平臺上的探測系統能夠迅速發現并發出報警信號，及時將發生泄漏事故的工藝單元或整個工藝系統進行關斷。這樣，可以有效地控制泄漏量，避免事故升級。

3.延遲點燃爆炸影響

當積聚的蒸氣云被點燃形成的火球在向外擴展的過程中，如遇到阻隔，局部收到約束，引起局部湍流和漩渦，使火焰與火焰相互作用，造成燃燒速率急劇升高，有可能使爆燃轉變成為爆轟，產生危害巨大的爆炸沖擊波。此類事故在敞開空間發生的概率很低，一般不易發生爆轟。

本文計算的爆炸影響即為此類爆炸沖擊波影響，且在計算過程中所選取的泄漏量考慮了關斷與放空。

由于海上天氣條件的因素，尤其是風較大，泄漏出來的可燃氣體發生積聚的可能性相對較小，而C平臺的下層甲板三個方向均為敞開式結構，但工藝設備周圍布置了其它的相關生產設施，同時平臺結構所需的斜支撐等，都不同程度地形成了局部約束，并且下層甲板上方有甲板阻隔，并非敞開式結構，因此，下層甲板工藝泄漏存在著一定的爆炸風險。下層甲板敞開性越好，其發生爆炸所產生的超壓值越低。

C平臺下層甲板在設計上應盡可能考慮其敞開性，盡量避免兩種狀況的發生：

（1）可燃氣體的積聚；

（2）發生延遲點燃的火球燃燒時的局部約束。這樣可以較好地避免爆炸事故的發生，大大降低了工藝泄漏事故的風險；

（3）建議提高平臺的泄漏探測報警以及關斷閥動作的有效性以及可靠性，最大限度地通過控制手段減少泄漏狀態下擴散到平臺空間可燃性物質的量。

作者簡介：何小新（1978—），本科學歷，中級工程師，從事海洋石油工程建設項目安全管理工作。