FPSO艙室不停產改造安全評價

高攀龍（中海石油（中國）有限公司天津分公司， 天津 300450）

0 引言

中國海洋石油某FPSO主要依靠離心分離機進行生產水中原油及固體物的脫除，隨著油田的整體滾動開發，這種處理方式已不能滿足實際需求，需要進行擴容改造。經過多種方案的比較篩選，諸如將現有工藝替換為比較成熟的“老三套”工藝、增加處理節點、新工藝替換如緊湊式分離器等，最終決定對該FPSO的部分艙室進行改造，實現在離心式分離機上游增加二級沉降工藝，已達到優化和擴容的目的。

本工程方案的重點為兩個污油水艙、兩個燃料油艙和兩個雨水艙的改造，難點是改造過程不影響該FPSO的正常生產，主要實施以下改造：(1)改造艙室原有功能的轉移（不停產施工的前提）；(2)艙室內部結構改造（主體工程）；(3)與原有處理工藝的對接（接入生產）；(4)控制系統的改造（安全保障）。

1 安全預評價程序

本次改造為在線改造，改造過程中設施不停產，改造涉及污油水艙、燃料油艙、液壓油控制系統，需要在艙壁開孔，艙室內部搭設腳手架、動火、涂裝等作業，需要考慮施工過程船體結構的應力變化、艙室內部限制空間進行熱工、高處作業等多種高風險作業的重疊及交叉，受鄰艙熱輻射而造成的惡劣施工環境，更重要的是施工組織與生產運營的界面等一系列風險，施工難度大。

本次安全根據本項目的特點，根據《安全評價通則》，在《中華人民共和國安全生產法》《中華人民共和國消防法》《中華人民共和國海洋環境保護法》等相關法律的指導下，設置主要評價程序如下：

辨識與分析危險有害因素—劃分評價單元—選擇評價方法—定性定量評價—提出安全對策措施建議—做出評價結論。

2 評價方法

本次評價過程中，我們根據工程方案并結合現場作業實踐，在全面安全評估的基礎上，針對船體結構改造風險、高風險施工作業風險和生產運營安全隱患等，運用了專家評議法、預先風險分析（PHA）、事故樹等評價方法進行定性風險評估，為本項目的設計、施工和生產運營程序提供了指導[1]。

根據該項目特點和危險有害因素識別結果，結合《安全預評價導則》要求等系列評價導則和編制規則，將其劃分為以下4個單元：設計單元、施工單元、安全管理單元、應急管理單元。

為了能夠更全面、系統地分析該項目，我們又在以上單元的基礎上劃分了子單元：設計單元分為結構改造、工藝改造、公用工程三個設計子單元，采用專家評議法進行評價；施工單元分為接入、艙內內部施工、調試投產三個子單元，采用預先危險性分析評價，另外安全管理單元及應急管理單元均采用專家評議法評價。

3 設計單元安全分析

3.1 結構改造設計子單元

本改造項目需要拆除兩臺小的潛液泵，增加了四臺大型潛液泵，需要對船艙甲板和艙壁進行開孔，并在艙壁進行焊接作業，因此在改造過程中可能會造成船體結構應力聚集和釋放，對船體造成暫時或永久的損傷，風險等級高，危害性大[2]。

(1) 主甲板開孔/擴孔

為了安裝新增的生產水提升泵，需要在NO.2未處理燃料油艙、NO.1已處理燃料油艙上方的主甲板上進行開孔和擴孔。甲板開孔/擴孔考慮到盡量減少對原本船體橫截面的剖面模數的影響，同時盡量通過改造已存的結構開孔而避免新增開孔。改造過程中需要制定出合理的分期、分批拆換工藝及結構臨時加強方案，以防止拆換過程中結構強度不滿足而造成的不良后果。通過使用有限元分析軟件DNV SESAM對開孔周圍主甲板進行了應力分析，應力分析包括了污油水艙(左舷/右舷)、NO.2未處理燃料油艙（左舷）、NO.1已處理原油艙（右舷）、雨水艙（左舷/右舷）等主要的改造區域。設計單位認為主甲板上新增開/擴孔附近應力滿足要求，結果可以接受[3]。

(2) 艙壁孔

本次改造過程中，生產水閃蒸罐出口生產水利用液位差從一級沉降艙經穿艙管線溢流到二級沉降艙；為了使一、二級沉降艙上部浮油溢流到雨水艙，需要在一、二級沉降艙及雨水艙艙壁開孔，并增加相應的收油管線至雨水艙，根據工程方案，一級沉降艙到二級沉降艙的穿艙管徑為86.67 cm，由于管徑較大，方案中采用FB350X13的梁補強[4]。

根據模擬計算結果對FPSO改造項目的結構部分進行評價，可以看到改造后的結構強度滿足要求，建議根據每個溢流管線中流體的性質及流速，設計管線尺寸及考慮對艙壁進行補強。

3.2 工藝設計改造子單元

(1) 生產污水處理系統

本次改造涉及將原有的兩個污油水艙、燃料油艙改造為生產水二級沉降艙，接入生產水處理流程，利用較大的艙容進行生產水的沉降除油，并進一步改善生產水水質。對工藝流程進行了校核如下：

根據生產水處理能力及配產，改造流程中二級水沉降艙中各新增2臺生產水提升泵。正常工況下，左右舷平均進水，兩艙各啟動1臺生產水提升泵；當其中一艙進行洗艙時，另外一艙需啟動2臺生產水提升泵。提升泵最大排量大于最大產水量，因此新增提升泵能夠滿足最大水處理量要求；改造后的兩個一級沉降艙可以滿足生產水3.5 h以上的停留需求，能夠滿足工藝需求；水處理流程中現有生產水自動反沖洗過濾器、離心機、除砂等設備均能滿足改造后水處理的要求。

因此，新增生產水提升泵、二級沉降艙以及原有水處理流程中的過濾器、離心機能夠滿足最大水處理量的要求。

(2) 污油水處理部分

改造前，污油水艙用于收集來自船艏、船艉機艙、雨水艙、上部組塊開閉排系統、鍋爐的排放水和所有貨油艙及未處理燃油艙的掃艙水，污油水艙中的污油水經污油水泵送到上部組塊游離水分離器處理；不合格原油艙用于儲存上部組塊處理不合格的原油，不合格原油經不合格原油輸送泵輸送到上部組塊游離水分離器處理。

改造后，原流程進入污油水艙的流體改接入不合格原油艙，與其他進入不合格原油艙的流體一起送至上部組塊原油處理系統處理。不合格原油艙同時用于儲存上部組塊處理不合格原油。由于不合格原油艙艙容大于污油水艙艙容，且不合格原油艙中泵的排量大于污油水艙中泵的排量，因此原流程進入污油水艙中的污油水改接入不合格原油艙在工藝上是可行的。

(3) 新增/拆除設備部分

由于原燃料油艙的提升泵排量不能滿足改造后最大水處理量的要求，因此本次改造拆除兩個燃料油艙中的離心泵，在原燃料油艙中新增4臺生產水提升泵；原貨油泵液壓系統共有三臺液壓動力單元，每個液壓動力單元內配置有4臺主馬達，1臺輔馬達，可以為新增的2臺生產水提升泵提供液壓動力，因此，液壓動力單元能夠滿足新增設備的需求。

3.3 公用工程及輔助生產設施子單元

(1) 儀控系統

本次艙室改造中儀控系統是依托原系統，對艙室內原有的液位傳感器的液位報警設定點進行修改，當液位達到高高/低低設定點時進行相應的泵的邏輯關斷以及聲光報警；新增溫度傳感器，來液溫度過高時進行聲光報警并聯鎖關斷生產水閃蒸罐進出口SDV閥。對于其他新增加的工藝過程監控的信號，進行相應的中控系統組態。根據《浮式生產儲油裝置（FPSO）安全規則》10.5.1的規定“如果可能浮式裝置應急關斷系統應按照一個統一的整體來考慮”，本次改造符合《浮式生產儲油裝置（FPSO）安全規則》的要求。

(2) 防腐

防腐分兩部分——FPSO上部組塊防腐和FPSO艙室防腐：FPSO上部組塊改造涉及的設備管線處于大氣區，采用大氣區重防腐涂層保護，FPSO艙室內部采用“涂層+犧牲陽極”聯合保護，防腐方案與原艙室的方案保持一致。

根據原平臺關斷邏輯以及安全分析表，此次關斷邏輯遵循原平臺邏輯原則，當液位達到高高/低低設定點時進行相應的聲光報警以及泵的邏輯關斷。對于其他新增加的工藝過程監控的信號，進行相應的中控系統組態，符合相關規范要求。

4 施工單元

對于施工單元我們主要運用了PHA分析表法，按照作業步驟，對于潛在危險事件的后果及后果程度進行分析，并提出了安全措施和建議。本次艙室內改造作業主要步驟包括：洗艙、驅氣、活化、施工作業（包括吊裝作業、腳手架作業、焊接/切割作業、防腐作業）、封艙惰化，根據主要作業步驟編制了PHA分析表，分析出了供給80項危險事件，其中包括組塊改造21項，艙室內部改造53項，調試投產6項，并針對這些誘因制定了相應的控制措施，并得出了如下結論：(1) 本次改造涉及主甲板、上部組塊、艙室內的動火作業，作業位置距離原油艙較近，且改造作業在不停產情況下進行，因此在作業前應做好測爆工作，并針對動火作業期間可能發生的意外事故制定明確的對策措施，并配備必要的防護用品。(2) 在有限空間進行作業時必須對空氣中的含氧量進行現場監測，在常壓條件下，有限空間的氧氣濃度應為19.5%～22%，若氧氣濃度低于19.5%，應有報警信號。受限空間內的大氣必須從甲板開始盡可能多的進行各個部位和標高的測試。受限空間的入口處及空間內應當有充分的照明，罐內用燈和便攜燈等應當狀況良好并且防爆。(3) 洗艙作業前應制定詳細的洗艙作業方案及應急預案。

5 安全管理單元

本項目為改建工程，工程在設計階段應依據《建設項目安全設施“三同時”監督管理辦法》和《海洋石油建設項目生產設施設計審查與安全竣工驗收實施細則》的要求。

5.1 前期安全管理

建設項目在進行可行性研究時，建設單位應對其安全生產條件進行安全預評價。

建設項目開工建設前，其生產設施設計必須經國家安全監管總局認可的發證檢驗機構審查同意，發證檢驗機構應將審查結果書面報國家安全監管部門備案。

本項目在設計階段應按以上要求以及作業公司健康安全環境管理體系的要求，各部門各司其職做好規章制度和體系要求的工作。

5.2 施工階段的安全管理

作業公司在其健康安全環境管理體系中已制定有《工程建造HSE管理規定》《交叉作業安全管理規定》《進入限制空間作業管理規定》《油氣艙罐清洗作業安全管理規定》等安全管理規定。本項目在施工過程中應嚴格按照體系文件的要求進行，施工過程嚴格遵守安全管理和應急預案、明確各方職責，并定期進行聯合演練。

5.3 生產階段的安全管理

本項目改變了原有生產水處理工藝，拆除了甲板換熱器及部分原有管線，新增部分管線、閥組，改變了原污油水艙、NO.2未處理燃料油艙、NO.1已處理燃料油艙的功能，相應的工藝發生變化，因此，建設單位應當根據新的生產水處理工藝完善生產階段的操作規程，并對相關作業人員進行培訓。

6 應急管理

作業公司根據生產實際情況，制定了綜合應急預案、專項應急預案和現場處置方案。根據平臺現場危險因素辨識的成果，結合現場的實際情況將現場危險因素劃分為4類，A：安全事故類，B：自然災害類，C：公共衛生事件類，D：社會安全突發事件類。應急預案經專家評審會評審，并正式發布。

(1) 本項目實施過程中應該考慮的緊急事件類別至少包括：火災、爆炸、物體打擊、高處墜落、機械傷害、人員中毒窒息、施工對現有設施的破壞等。

(2) 本項目施工過程中，存在多個承包商施工作業，應根據實際情況制定聯合作業專項應急預案，在預案中明確各自職責，并定期進行聯合演習。

7 結語

本次評價使用專家評議法、預先風險分析（PHA）、事故樹等評價方法對本項目進行定性風險評估，得出如下結論：本項目所采用的改造工藝流程合理、技術較成熟，具體的各作業環節均有相應的技術規范要求。作業公司的安全管理、應急管理能夠滿足艙室改造項目的需要，現有安全設備設施能夠保證改造后各設備設施的安全運行。

FPSO艙不停產進行艙室內施工涉及到“高處作業”“動火作業”“限制空間作業”“交叉作業”等高風險作業，在工程方案研究階段需要充分考慮改造施工期間應遵守的相關法規、標準，并分步、分項通過專家評議法、預先風險分析（PHA）、事故樹等評價方法，進行作業風險分析，并根據分析結果執行安全管理工作，采取必要的安全防護措施，來保證設計安全、施工安全、生產安全。

本次安全評價以及改造項目的安全實施，為海洋石油涉及不停產施工的高風險改造項目，尤其是FPSO艙室改造項目具有良好的借鑒意義。