海洋石油平臺(tái)工藝系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)技術(shù)研究

孫森

1. 天津北海油人力資源咨詢服務(wù)有限公司 天津 300450

2. 中海油安全技術(shù)服務(wù)有限公司 天津 300450

海洋石油平臺(tái)工藝系統(tǒng)是指在海洋石油勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中使用的各種設(shè)備、管線和結(jié)構(gòu)的集合[1]。這些系統(tǒng)涉及到高溫、高壓、易燃易爆、有毒有害等多種危險(xiǎn)因素，如果發(fā)生火災(zāi)、爆炸事故，會(huì)造成人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失和環(huán)境污染等嚴(yán)重后果，甚至可能引起連鎖反應(yīng)和次生災(zāi)害，因此對(duì)海洋石油平臺(tái)工藝系統(tǒng)進(jìn)行安全評(píng)價(jià)是非常必要的[2]。

1 道化學(xué)火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)法概述

1.1 道化學(xué)火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)法基本原理

道化學(xué)公司火災(zāi)爆炸指數(shù)法[3]也稱為道氏指數(shù)法，其基本原理是通過(guò)對(duì)一系列參數(shù)進(jìn)行分析計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果與安全指標(biāo)相對(duì)比，確定單元火災(zāi)爆炸程度，評(píng)價(jià)爆炸所產(chǎn)生的后果及損壞是否可以接受，為相關(guān)技術(shù)人員提供決策依據(jù)。

道氏指數(shù)法主要應(yīng)用于化工原料制造、運(yùn)輸、儲(chǔ)存以及化學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，所評(píng)價(jià)參數(shù)主要包括單元火災(zāi)爆炸指數(shù)F&EI、暴露區(qū)域半徑和面積、物質(zhì)系數(shù)MF等等。

1.2 道化學(xué)火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)法的評(píng)價(jià)步驟

1.2.1 評(píng)價(jià)程序

道化學(xué)火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)法的評(píng)價(jià)程序見(jiàn)圖1：

圖2 某海洋石油平臺(tái)工藝生產(chǎn)流程

1.2.2 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

道化學(xué)火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)指數(shù)F&EI與危險(xiǎn)程度可分為5個(gè)等級(jí)，其中F&EI值在1～60之間屬于最輕，61～96之間屬于較輕，97～127之間屬于中等，128～158之間屬于很大，F(xiàn)&EI值大于159屬于非常大。

2 道化學(xué)火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)法的應(yīng)用實(shí)例

2.1 海洋石油平臺(tái)工藝系統(tǒng)

某海洋石油平臺(tái)設(shè)有生產(chǎn)工藝系統(tǒng)，生產(chǎn)工藝系統(tǒng)包括原油生產(chǎn)系統(tǒng)、注水系統(tǒng)。

2.1.1 原油生產(chǎn)系統(tǒng)

該平臺(tái)設(shè)有油氣計(jì)量系統(tǒng)，不設(shè)油氣水分離、處理系統(tǒng)，油井物流在多路閥匯集后進(jìn)入測(cè)試加熱器，加熱到50℃的油井物流進(jìn)入測(cè)試多相流量計(jì)，計(jì)量后的油氣水再次匯合，與來(lái)自多路閥管匯出口的物流一起通過(guò)4.92km，10寸海底管道輸送至相應(yīng)的綜合處理平臺(tái)進(jìn)行處理。為了滿足海底管道的輸送要求，平臺(tái)設(shè)置有應(yīng)急置換泵輸送綜合處理平臺(tái)通過(guò)6寸注水軟管輸送過(guò)來(lái)的熱生產(chǎn)水進(jìn)行摻水外輸。

2.1.2 注水系統(tǒng)

該平臺(tái)回注水水源來(lái)自于相應(yīng)的綜合處理平臺(tái)的合格排放生產(chǎn)水，生產(chǎn)水通過(guò)在綜合處理平臺(tái)新增的注水增壓泵增壓后通過(guò)6”注水軟管輸送至該平臺(tái)，經(jīng)60m3/h的注水精細(xì)過(guò)濾器的處理后進(jìn)入注水緩沖罐沉降，最后經(jīng)由高壓注水泵回注地層，注水壓力22MPa。

6”注水軟管來(lái)生產(chǎn)水一部分供該平臺(tái)混輸軟管部分年限摻水輸送使用；另一部分通過(guò)高精度注水系統(tǒng)處理到符合A2級(jí)注水標(biāo)準(zhǔn)后回注地層。

2.2 道化學(xué)火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)法評(píng)價(jià)海洋石油平臺(tái)工藝系統(tǒng)危險(xiǎn)性等級(jí)

經(jīng)工程的危險(xiǎn)、有害因素分析可知，該平臺(tái)的計(jì)量管匯中的介質(zhì)為原油，而原油具有火災(zāi)爆炸、泄漏污染、毒性、熱膨脹性、靜電荷積聚性及易沸溢性等主要危險(xiǎn)特性，工藝系統(tǒng)內(nèi)原油在裝置或作業(yè)場(chǎng)所發(fā)生泄漏、外溢或聚集，一旦有明火源存在，就可能造成火災(zāi)爆炸事故，使人員暴露在危險(xiǎn)環(huán)境中；較壞情況下，可能妨礙逃生路線、救生設(shè)施、緊急關(guān)斷系統(tǒng)以及平臺(tái)自身結(jié)構(gòu)；嚴(yán)重情況下，可能形成氣體云團(tuán)，造成窒息、爆炸或直升機(jī)墜毀（當(dāng)飛行穿越該氣體云團(tuán)時(shí)），甚至可能在甲板和海上起火，造成人員受傷或環(huán)保事故。因此，火災(zāi)、爆炸是該項(xiàng)目的主要危險(xiǎn)因素。基于此，采用道化學(xué)公司（DOW）火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)法（第7版）對(duì)工程中具有火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)特性且適合作定量分析的單元進(jìn)行定量評(píng)價(jià)[10-12]，預(yù)測(cè)事故發(fā)生的可能性和嚴(yán)重程度，道化學(xué)評(píng)價(jià)單元為該平臺(tái)的計(jì)量管匯，介質(zhì)為原油，操作壓力為2350kPa，設(shè)備尺寸為2100×1400×2900mm。

2.2.1 單元危險(xiǎn)系數(shù)的確定和火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)指數(shù)（F&EI）的計(jì)算

根據(jù)海洋石油平臺(tái)工藝系統(tǒng)設(shè)備組成，包括操作系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、隔離系統(tǒng)及防火系統(tǒng)等，結(jié)合設(shè)備的相關(guān)參數(shù)（操作介質(zhì)、溫度、壓力、周邊環(huán)境等），計(jì)算出單元的火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)指數(shù)（F&EI）并確定其危險(xiǎn)等級(jí)。以原油為例（因篇幅受限此處僅展示F1、F2、F3及F&EI計(jì)算結(jié)果，未對(duì)各危險(xiǎn)系數(shù)的基本因素的參數(shù)評(píng)價(jià)取值及計(jì)算過(guò)程進(jìn)行詳述），物質(zhì)系數(shù)為16，一般工藝危險(xiǎn)系數(shù)（F1）值為2.0，特殊工藝危險(xiǎn)系數(shù)（F2）值為2.716，工藝單元危險(xiǎn)系數(shù)F3＝（F1×F2）值為5.432（一般情況下，F(xiàn)3的值極限為8.0），火災(zāi)、爆炸指數(shù)F&EI＝F3×MF，即值為86.912。

2.2.2 安全措施補(bǔ)償系數(shù)的確定

為了預(yù)防嚴(yán)重事故的發(fā)生、降低事故的發(fā)生概率和危害，該項(xiàng)目設(shè)計(jì)中除了滿足各種規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)要求外，還應(yīng)在工藝控制、物質(zhì)隔離和防火、防爆方面采取安全補(bǔ)償措施，這些措施在工藝單元的評(píng)價(jià)中可以作為確定安全措施補(bǔ)償系數(shù)C的依據(jù)。

根據(jù)生產(chǎn)運(yùn)行中采取的安全對(duì)策措施，我們給出了被評(píng)價(jià)單元的安全措施補(bǔ)償系數(shù)，其中工藝控制安全主要包括應(yīng)急電源、冷卻裝置、抑爆裝置、緊急停車裝置、計(jì)算機(jī)控制、惰性氣體保護(hù)、操作規(guī)程、化學(xué)活潑性物質(zhì)檢查、其它工藝危險(xiǎn)分析等，本評(píng)價(jià)單元工藝控制安全補(bǔ)償系數(shù)涉及到的安全項(xiàng)目包括：應(yīng)急電源、緊急停車裝置、計(jì)算機(jī)控制、操作規(guī)程及其他工藝危險(xiǎn)分析，其補(bǔ)償系數(shù)分別為：0.98、0.99、0.93、0.95、0.96，由此得出工藝控制安全補(bǔ)償系數(shù)匯總值C1為0.823。物質(zhì)隔離安全項(xiàng)目包括：遠(yuǎn)距離控制閥、備用泄料裝置、排放系統(tǒng)、連鎖裝置等，本評(píng)價(jià)單元物質(zhì)隔離安全補(bǔ)償系統(tǒng)涉及遠(yuǎn)距離控制閥、連鎖裝置，其補(bǔ)償系數(shù)均為0.98，由此得出物質(zhì)隔離安全補(bǔ)償系數(shù)匯總值C2為0.96。防火設(shè)施安全項(xiàng)目包括泄漏檢測(cè)裝置、鋼質(zhì)結(jié)構(gòu)、消防水供應(yīng)系統(tǒng)、特殊滅火系統(tǒng)、噴灑滅火系統(tǒng)、水幕、泡沫滅火裝置、手提式滅火器材/噴水槍、電纜防護(hù)等，本評(píng)價(jià)單元涉及到的安全項(xiàng)目包括：泄漏檢測(cè)裝、消防水供應(yīng)系統(tǒng)、手提式滅火器材/噴水槍、電纜防護(hù)，其補(bǔ)償系統(tǒng)分別取值：0.98、0.94、0.97、0.94，由此得出防火設(shè)施安全補(bǔ)償系數(shù)匯總值C3為0.84，由此可以得出安全補(bǔ)償系數(shù)C=C1×C2×C3，即C值0.664。

2.2.3 評(píng)價(jià)單元危險(xiǎn)分析匯總

根據(jù)評(píng)價(jià)單元的火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)指數(shù)F&EI和安全措施補(bǔ)償系數(shù)C，我們可以計(jì)算出評(píng)價(jià)單元火災(zāi)、爆炸指數(shù)F&EI以及危險(xiǎn)暴露半徑、暴露區(qū)域面積，由此確定評(píng)價(jià)單元的危險(xiǎn)等級(jí)及其危害嚴(yán)重程度。其中初始火災(zāi)、爆炸指數(shù)（F&EI）值為86.912，初始危險(xiǎn)程度等級(jí)較輕，安全措施補(bǔ)償系數(shù)C值0.664，補(bǔ)償后的火災(zāi)、爆炸指數(shù)57.7096，補(bǔ)償后的危險(xiǎn)程度等級(jí)為最輕，暴露半徑R （m）值為22.25m，暴露區(qū)域面積A （m2）值為1554.50，單元危害系數(shù)0.65。其中暴露半徑R的計(jì)算公式為：R=0.256F&EI，單位m，暴露區(qū)域面積的計(jì)算公式為：A=πR2單位為m2。本項(xiàng)目?jī)H介紹到暴露區(qū)域面積，對(duì)于財(cái)產(chǎn)損失部分不再進(jìn)行計(jì)算。

3 結(jié)論

通過(guò)上述分析，利用道化學(xué)火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)法對(duì)該海洋石油平臺(tái)工藝系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果表明其F&EI值為86.912，處于較輕范圍內(nèi)（61～96之間屬于較輕），且經(jīng)安全措施補(bǔ)償后，危險(xiǎn)等級(jí)從“較輕”級(jí)降至“最輕”級(jí)，為可接受的程度。若發(fā)生火災(zāi)爆炸事故，暴露半徑為22.25m，暴露面積為1554.5平方米，單元危害系數(shù)為0.65，即區(qū)域內(nèi)65%的設(shè)備將遭受損失破壞，甚至?xí)l(fā)生連鎖反應(yīng)，造成更多的經(jīng)濟(jì)損壞。由此可以看出，海洋石油平臺(tái)在原油開(kāi)采過(guò)程中，要嚴(yán)格按照HSE管理體系要求，落實(shí)領(lǐng)導(dǎo)者管理責(zé)任，強(qiáng)化員工安全意識(shí)，遵守安全規(guī)章制度，做好相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別及應(yīng)急預(yù)案制定工作，實(shí)現(xiàn)油田安全平穩(wěn)開(kāi)發(fā)，滿足國(guó)家日益增長(zhǎng)的能源需求。