儲(chǔ)罐區(qū)與油氣處理區(qū)的隔離防火方案優(yōu)化

劉慶越

（中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司，天津 300459）

1 項(xiàng)目概況

在埕北油田設(shè)備設(shè)施整體升級(jí)改造項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段，工程建設(shè)中心技術(shù)部工藝室對(duì)儲(chǔ)罐區(qū)與油氣處理區(qū)之間的隔離防火方案進(jìn)行了分析研究。考慮3個(gè)儲(chǔ)油罐與油氣處理區(qū)相鄰布置，存在原油泄漏起火后2個(gè)區(qū)域間流淌火交互影響的隱患，若油氣處理區(qū)起火也會(huì)影響到儲(chǔ)油罐，安全風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)很高。技術(shù)部工藝室通過(guò)方案比選優(yōu)化，最終確定了有效的隔離防火設(shè)計(jì)方案，最大程度的降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。

通過(guò)運(yùn)用泄漏計(jì)算軟件和PHAST（Process Hazard Analysis Software Tool）軟件進(jìn)行計(jì)算和對(duì)項(xiàng)目工藝設(shè)備的火災(zāi)爆炸模擬分析，根據(jù)各工藝節(jié)點(diǎn)發(fā)生泄漏后引發(fā)的噴火影響范圍的計(jì)算結(jié)果，原油/原油換熱器發(fā)生 5 mm泄漏后被立即點(diǎn)燃所引發(fā)的噴火熱輻射影響可達(dá)18 m以上，若沒(méi)有新增工藝組塊與儲(chǔ)罐之間的防火墻阻隔，會(huì)對(duì)其東側(cè)的原油儲(chǔ)罐造成直接的熱輻射影響。同時(shí)，由于該換熱器布置于平臺(tái)的上層甲板，甲板標(biāo)高超出原油儲(chǔ)罐罐頂，噴射出的油氣會(huì)在罐頂形成火雨，給原油儲(chǔ)罐帶來(lái)極大的安全隱患，容易引發(fā)儲(chǔ)罐起火，形成事故的升級(jí)。二級(jí)生產(chǎn)分離器入口加熱器位于前述換熱器西側(cè)，距離原油儲(chǔ)罐更遠(yuǎn)，且后果影響的計(jì)算結(jié)果也更小，因此，在儲(chǔ)罐區(qū)與工藝生產(chǎn)區(qū)之間增加隔離防火措施的必要性非常大。

2 技術(shù)簡(jiǎn)介

（1）在埕北油田設(shè)備設(shè)施整體升級(jí)改造項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段，在對(duì)儲(chǔ)罐區(qū)與油氣處理區(qū)之間的隔離防火方案評(píng)估過(guò)程中，通過(guò)運(yùn)用LEAK和PHAST軟件進(jìn)行輔助計(jì)算。其中頻率的計(jì)算采用LEAK軟件，后果模擬采用 PHAST軟件。LEAK依據(jù)英國(guó)健康與安全執(zhí)行局統(tǒng)計(jì)的碳?xì)浠衔镄孤?shù)據(jù)庫(kù)，綜合考慮設(shè)備和連接管線尺寸、壓力、存儲(chǔ)介質(zhì)等因素影響，可以計(jì)算設(shè)備、單元、區(qū)域的泄漏頻率，此軟件擁有一個(gè)龐大的基于海上平臺(tái)的歷史失效頻率統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)庫(kù)。PHAST是一款專門用于石油天然氣以及石化領(lǐng)域的危險(xiǎn)分析和安全定量計(jì)算的軟件。通過(guò)對(duì)事故場(chǎng)景的設(shè)定，包括設(shè)備類型、物質(zhì)種類、操作參數(shù)、泄漏方式、周圍環(huán)境等設(shè)置，即可量化模擬工藝裝置發(fā)生泄漏后引發(fā)的火災(zāi)、爆炸事故的后果影響范圍與程度。對(duì)隔離防火方案進(jìn)行優(yōu)化。

（2）設(shè)計(jì)中考慮了工藝組塊與儲(chǔ)罐之間的交互影響，設(shè)計(jì)了A60防火墻，從噴火影響的角度上講，對(duì)儲(chǔ)罐形成了較為有效的保護(hù)。根據(jù)設(shè)計(jì)文件中原油/原油換熱器橇塊X2002最高可達(dá)5.5 m，一級(jí)生產(chǎn)分離器撬X2001A/B最高可達(dá) 6.6 m，由于設(shè)備底部發(fā)生泄漏事故的概率大于設(shè)備頂部，并考慮發(fā)生泄漏后形成池火影響的權(quán)重，建議防火墻高度選取設(shè)備高度的一半，即3.5 m。由于設(shè)備位于平臺(tái)頂層甲板，且部分位于吊機(jī)作業(yè)范圍內(nèi)，因此應(yīng)對(duì)相應(yīng)設(shè)備做好防墜落物砸傷措施，降低外部墜落物引發(fā)的泄漏風(fēng)險(xiǎn)。位于中層甲板的燃料氣過(guò)濾器以及低壓壓縮機(jī)出口在發(fā)生5 mm泄漏時(shí)，在立即點(diǎn)燃形成噴射火的情況下，由于火焰熱輻射強(qiáng)度較小，對(duì)儲(chǔ)罐區(qū)的影響較小。

3 隔離防火設(shè)計(jì)優(yōu)化的過(guò)程

3.1 原設(shè)計(jì)方案

在設(shè)計(jì)前期結(jié)合本項(xiàng)目開發(fā)設(shè)計(jì)施工方案和調(diào)研情況，設(shè)計(jì)方擬定在BSL平臺(tái)儲(chǔ)罐區(qū)3個(gè)大罐上設(shè)計(jì)水幕隔離防火，增設(shè)了2臺(tái)冷卻水泵提供水幕水源。技術(shù)部工藝室經(jīng)過(guò)研究分析，認(rèn)為此方案存在2個(gè)問(wèn)題：一是埕北油田海域大風(fēng)天氣頻繁，起風(fēng)后會(huì)吹散水幕，使其隔離火能力大幅度減弱，達(dá)不到隔離火效果。二是大罐泄漏起火后，水幕對(duì)流淌火起不到隔離作用，流淌火極易對(duì)臨近的油氣處理區(qū)產(chǎn)生危險(xiǎn)。考慮水幕隔離設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題，技術(shù)部工藝室對(duì)項(xiàng)目隔離防火方案進(jìn)行了優(yōu)化。

3.2 防火隔離方案的優(yōu)化

（1）四級(jí)在儲(chǔ)油罐區(qū)和油氣處理區(qū)之間設(shè)置防火墻取代水幕來(lái)進(jìn)行隔離防火。特殊的工藝危險(xiǎn)是影響火災(zāi)、爆炸事故發(fā)生概率的主要因素。表征影響事故發(fā)生概率的特殊工藝危險(xiǎn)系數(shù)（F2），油氣處理部分和原油儲(chǔ)罐子單元的特殊工藝危險(xiǎn)系數(shù)分別為較大級(jí)，即3.80和3.71，說(shuō)明本項(xiàng)目的工藝條件導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸事故發(fā)生概率較大。為此建議設(shè)計(jì)單位在儲(chǔ)罐區(qū)和油氣處理區(qū)之間設(shè)置防火墻進(jìn)行隔離防火。

（2）設(shè)計(jì)單位采納了我方意見(jiàn)后，在儲(chǔ)油罐區(qū)和油氣處理區(qū)之間設(shè)置A0級(jí)防火墻。技術(shù)部工藝室考慮到A0防火墻的防火等級(jí)較低，建議將防火墻等級(jí)提升為A60級(jí)。

（3）分析原油儲(chǔ)罐對(duì)新增工藝組塊的影響（圖1）。由于原油儲(chǔ)罐罐容較大，一旦發(fā)生泄漏火災(zāi)事故，會(huì)在甲板面上形成大面積的流淌火。此類事故的后果模擬由于場(chǎng)景假設(shè)的不同會(huì)帶來(lái)計(jì)算后果的巨大差異，在此不再進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算，但流淌的池火會(huì)給新增工藝設(shè)備帶來(lái)潛在的風(fēng)險(xiǎn)。在編號(hào)為API RP 14J《海上生產(chǎn)設(shè)施設(shè)計(jì)與危險(xiǎn)分析推薦做法》的規(guī)范第 5.4中明確規(guī)定：應(yīng)設(shè)置有效的防護(hù)措施以防止烴類儲(chǔ)罐發(fā)生溢流后液體流至其他的生產(chǎn)裝置以及人員生活區(qū)域。即防止原油儲(chǔ)罐區(qū)發(fā)生泄漏后形成的池火對(duì)周邊設(shè)施的危害影響（由于原油儲(chǔ)罐發(fā)生泄漏火災(zāi)除極端情況下多在罐頂發(fā)生，所以大多考慮泄漏后在儲(chǔ)罐外形成的池火）。在設(shè)計(jì)中為新增工藝設(shè)備的下層甲板與儲(chǔ)罐之間均設(shè)置了A60防火墻，有效的將工藝裝置與原油儲(chǔ)罐進(jìn)行隔離，大大降低了兩者之間的交互影響的風(fēng)險(xiǎn)。此外，由于原油儲(chǔ)罐與A60防火墻之間是一條主逃生通道，而且是儲(chǔ)油平臺(tái)人員在緊急情況下通往生產(chǎn)平臺(tái)最重要的一條通道，因此A60防火墻的設(shè)置，也為人員在工藝裝置發(fā)生火災(zāi)、爆炸事故狀態(tài)下的緊急逃生提供了更有效的保障，大大降低了人員在逃生過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)。

圖1 埕北油田設(shè)備設(shè)施

4 應(yīng)用的結(jié)果和推廣建議

（1）本項(xiàng)目通過(guò)運(yùn)用最新的兩款分析軟件LEAK和PHAST進(jìn)行輔助計(jì)算，可以得出用A60防火墻替代原水幕冷卻的隔離防火方法更加可靠，安全系數(shù)提高近50%，在對(duì)平臺(tái)的安全生產(chǎn)起到保障的同時(shí)，也節(jié)省了2臺(tái)冷卻水泵的投資（約200多萬(wàn)元人民幣）。

（2）經(jīng)過(guò) FEA（Fire Explosion Analysis，火災(zāi)爆炸分析）分析，充分肯定了在2個(gè)區(qū)域之間設(shè)置A60防火墻的必要性。A60防火墻布置依托新建BSL平臺(tái)東側(cè)甲板邊緣，可以較為有效的降低2區(qū)之間的交互影響，降低發(fā)生事故升級(jí)的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)對(duì)事故狀態(tài)下人員的救逃生起到了很好的保護(hù)作用。此方案的技術(shù)革新，對(duì)于大型改造項(xiàng)目的儲(chǔ)罐區(qū)和生產(chǎn)區(qū)隔離防火起到了極大的借鑒作用。