生產(chǎn)儲油平臺儲罐安全保護方案研究

李祥鋒，崔艷紅，張 亮，王 艷，王 飛

（1.海洋石油工程股份有限公司，天津 300451；2.大連川科機電設(shè)備安裝工程有限公司，遼寧大連 116600；3.中國石油天然氣管道局天津設(shè)計院，天津 300457）

生產(chǎn)儲油平臺儲罐安全保護方案研究

李祥鋒1，崔艷紅1，張 亮1，王 艷2，王 飛3

（1.海洋石油工程股份有限公司，天津 300451；2.大連川科機電設(shè)備安裝工程有限公司，遼寧大連 116600；3.中國石油天然氣管道局天津設(shè)計院，天津 300457）

海上生產(chǎn)儲油平臺 （PSP）的儲罐和生產(chǎn)系統(tǒng)相鄰，無安全間距，所以儲罐的安全保護極其重要，而目前國內(nèi)外尚無成熟的可依據(jù)的安全保護規(guī)范。文章分析了中海油渤海PSP平臺儲罐的特點及風(fēng)險，通過靈活運用國內(nèi)外關(guān)于儲罐安全的其他標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，確定了該平臺儲罐的主要安全保護措施，即罐內(nèi)惰性氣體保護、罐體A60防火結(jié)構(gòu)、罐頂?shù)捅稊?shù)泡沫噴淋保護，該措施得到了中國船級社的認可。

生產(chǎn)儲油平臺；儲罐；惰性氣體；A60防火結(jié)構(gòu)；低倍數(shù)泡沫

1 PSP平臺特點

生產(chǎn)儲油平臺 （PRODUCTION AND STORAGE PLATFORM，簡稱PSP）是一種新型綜合平臺，集原油處理系統(tǒng)、公共系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、原油儲存外輸、油輪靠泊等多種功能于一體，該種平臺的使用為低效益海上油田開發(fā)開辟了新的思路。

目前國內(nèi)正在應(yīng)用的PSP是渤海海域的趙東平臺和剛剛投產(chǎn)的中海油某渤海油田PSP平臺。以中海油某渤海油田PSP平臺為例，平臺的立面布置情況如圖1所示。

從圖1可以看出，平臺共分四層甲板，分別為上層甲板、中層甲板、下層甲板和外輸甲板。上層甲板布置有主發(fā)電機房、鍋爐、主機燃油罐等，中層甲板布置有分離器等原油生產(chǎn)設(shè)施，下層甲板布置有兩個方形原油儲罐 （尺寸均為40 m×21m×8m），有效容積12000m3，屬于重大危險源。

儲罐構(gòu)造與平臺結(jié)構(gòu)一體，儲罐與生產(chǎn)系統(tǒng)緊密相鄰，無安全間距，儲罐與平臺生產(chǎn)設(shè)施互相影響，PSP平臺儲罐相對陸上儲罐危險性大增。儲罐發(fā)生火災(zāi)事故時，原油燃燒火焰溫度高、輻射熱強，易產(chǎn)生沸溢、噴濺現(xiàn)象，進而形成大面積火災(zāi)。另外，由于受海上平臺空間的限制，儲罐周圍無防火堤、火災(zāi)情況下，儲罐溢出或者泄漏的原油無法處理。

因此，PSP平臺儲罐的保護措施必須安全、可靠，否則原油儲罐一旦發(fā)生火災(zāi)，就會造成整個平臺著火和海洋污染，甚至平臺垮塌、海洋生態(tài)破壞等災(zāi)難性后果。

2 PSP原油儲罐安全保護措施

PSP平臺處于海洋環(huán)境，儲罐的構(gòu)造不同于陸地原油儲罐，也不同于海洋油輪油艙，目前國外、國內(nèi)均沒有成熟的、可依據(jù)的安全保護規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，在保護方案選擇方面存在難點。根據(jù)PSP平臺儲罐的工藝特點、布置特點，儲罐的安全設(shè)計主要從以下幾個方面采取措施：

2.1 惰性氣體保護系統(tǒng)

惰性氣體 （以下簡稱惰氣）是一種性能優(yōu)異、綠色環(huán)保及經(jīng)濟型良好的防爆、抑爆及消防滅火介質(zhì)，其含氧量不超過5%，可以直接由惰氣發(fā)生器生產(chǎn)，也可以利用鍋爐、主機煙道廢氣處理后獲得，惰氣保護系統(tǒng)常用來保護海洋油輪油艙安全，固定式油罐很少采用惰氣保護。

PSP平臺儲罐儲存的原油，閃點低，易揮發(fā)，屬于易燃易爆危險品。PSP平臺儲罐為方形鋼罐，原油揮發(fā)的輕組分聚集在罐頂氣相空間，如果氣相空間處于爆炸極限內(nèi)，引入點火源時就會發(fā)生爆炸。此外，原油儲罐在生產(chǎn)過程中，油品的流動會產(chǎn)生靜電，也可能導(dǎo)致可燃氣體爆炸。由于儲罐外界點火源、靜電等難以完全避免，PSP平臺儲罐借鑒油輪油艙惰氣保護方式，使儲罐內(nèi)部氣相處于爆炸極限之外，從而避免儲罐發(fā)生爆炸。

PSP平臺的惰氣保護系統(tǒng)以熱介質(zhì)鍋爐的煙道廢氣作為主氣源，惰氣發(fā)生器作為煙道氣的備用氣源。在正常工況下，鍋爐煙道廢氣含氧量低于5%時，經(jīng)過惰氣洗滌塔冷卻除塵，直接進入儲罐；當(dāng)煙道廢氣的含氧量超過5%時，惰氣系統(tǒng)出口含氧分析儀報警，惰氣系統(tǒng)切換到惰氣發(fā)生器來滿足生產(chǎn)安全需要。PSP平臺惰氣系統(tǒng)流程見圖2。

惰氣系統(tǒng)生產(chǎn)的合格惰氣充入平臺原油儲罐上部氣相空間，使油罐氣相的含氧量低于8%，并保持儲罐微正壓狀態(tài)。超壓惰氣可以通過罐頂壓力自動控制閥放空，確保油罐內(nèi)可燃氣體濃度低于可燃下限，從根本上消除油罐自身的火災(zāi)和爆炸的危險，又可以防止惰氣壓力過高影響儲罐結(jié)構(gòu)安全。

2.2 被動防火

在陸上石油天然氣工程設(shè)計中，石油站場的布置必須嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的安全距離進行設(shè)計，原油儲罐和工藝設(shè)備、構(gòu)筑物等距離達十幾米甚至幾十米，原油儲罐受到周圍火災(zāi)的影響概率很低，儲罐不需考慮罐體本體具備抗熱輻射、火焰燃燒的能力。PSP平臺原油儲罐位于下層甲板，處于平臺的核心位置，與油氣設(shè)備緊緊相鄰，儲罐周圍的油氣設(shè)備發(fā)生火災(zāi)必然會對儲罐造成影響。為了防止儲罐受到周圍火災(zāi)的影響，儲罐罐壁、罐頂、罐底采用A60被動防火結(jié)構(gòu)加強保護。

A60是海上石油平臺常用的被動防火結(jié)構(gòu)，常用于如主機房、應(yīng)急發(fā)電機間、中控室等重要處所甲板、圍壁的耐火保護。A60是指在60 min標(biāo)準(zhǔn)耐火試驗至結(jié)束時，能夠防止煙及火焰通過，并在60 min結(jié)束時，與原始溫度相比較，其背火面的平均溫度增高不超過139℃，且在包括接頭在內(nèi)的任何一點的溫度增高不超過180℃。A60防火結(jié)構(gòu)如圖3所示。

從圖3可知，罐壁巖棉保溫外敷有兩層20 mm厚陶瓷棉，該陶瓷棉耐火溫度超過1 100℃，其主要組成部分完全可以抵擋碳氫火焰的燃燒。如果儲罐周圍設(shè)備發(fā)生火災(zāi)，在陶瓷棉防護下，在60 min內(nèi)，陶瓷棉背面溫升不超過180℃，罐壁溫度也不會超過180℃，而鋼結(jié)構(gòu)屈曲溫度為400℃，因此罐壁較長時間內(nèi)不會受到周圍區(qū)域火災(zāi)的破壞而失效。

2.3 主動防火

在PSP平臺儲罐的主動防火設(shè)計方面借鑒陸上石油儲罐的保護方式，并對保護方式進行了優(yōu)化。

泡沫是油類火災(zāi)最常用、最有效的滅火劑，在石油工業(yè)有廣泛的應(yīng)用。我國陸上石油儲罐通常采用低倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)進行保護，低倍數(shù)泡沫混合液發(fā)泡倍數(shù)不超過20。根據(jù)GB 50183-2004《石油天然氣工程設(shè)計防火規(guī)范》8.4.1要求，油罐區(qū)應(yīng)設(shè)置滅火系統(tǒng)和消防冷卻水系統(tǒng)，且滅火系統(tǒng)宜為低倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)[1]。陸地石油儲罐采用泡沫保護時，需在罐壁開孔安裝泡沫產(chǎn)生器，然后將泡沫混合液發(fā)泡后噴射到罐內(nèi)，泡沫在原油表面形成一層保護膜，隔絕氧氣，抑制油氣揮發(fā)，最終實現(xiàn)滅火。

如果PSP平臺儲罐采用低倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)進行保護，根據(jù)GB 50151-1993《低倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》，儲罐罐壁需開孔10個，泡沫供給強度 5L/（min·m2）， 連續(xù)供給時間 45 min[2]， 儲罐面積1 800 m2，一次滅火最低需注入儲罐內(nèi)405 m3海水泡沫混合液，發(fā)泡倍數(shù)以15計算，注入儲罐泡沫總體積6 075 m3。大量海水泡沫注入儲罐，就會造成儲罐內(nèi)部超壓，甚至儲罐罐壁損壞，原油泄漏，導(dǎo)致事故擴大，污染海洋。同時罐壁開孔也會造成罐內(nèi)惰氣泄漏到消防管道中，導(dǎo)致 “氣串”。

鑒于罐內(nèi)噴射泡沫的一些弊端和儲罐已經(jīng)采用惰氣進行保護，PSP平臺儲罐罐頂外部采用低倍數(shù)泡沫噴淋系統(tǒng)進行保護，按照SOLAS-2004《國際海上人命安全公約》附件 《國際消防安全系統(tǒng)規(guī)則》第14章 “固定式甲板泡沫系統(tǒng)”進行設(shè)計，泡沫供給強度 6 L/（min·m2）， 連續(xù)供給時間 20 min[3]，保證能夠?qū)⑴菽斔偷秸麄€罐頂，使泡沫從破損的罐頂部分進入儲罐。

同時，PSP平臺罐壁采用水噴淋進行冷卻保護，防止儲罐周圍油氣設(shè)備火災(zāi)對罐壁影響。罐壁冷卻保護系統(tǒng)按照GB 50183-2004《石油天然氣工程設(shè)計防火規(guī)范》進行設(shè)計，冷卻水供給強度2.5 L/（min·m2）， 連續(xù)供給時間 6 h[1]。

3 結(jié)束語

通過分析研究生產(chǎn)儲油平臺的特點，針對儲罐風(fēng)險，靈活運用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，最終確定的儲罐保護方案為采取罐內(nèi)惰氣保護、罐體A60防火結(jié)構(gòu)、罐頂?shù)捅稊?shù)泡沫噴淋保護三大主要保護措施，該保護方案得到了PSP平臺檢驗方中國船級社的認可，為類似海洋石油工程設(shè)施的安全保護提供了參考。

[1]GB 50183-2004，石油天然氣工程設(shè)計防火規(guī)范[S].

[2]GB50151-1993（2000版），低倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范[S].[3]SOLAS-2004，國際海上人命安全公約[S].

Scheme Study on Safety Protection of Crude Oil Tank Installed in Offshore Production and Storage Platform

LI Xiang-feng（Offshore Oil Engineering Co.,Ltd.,Tianjin 300451,China）,CUI Yan-hong,ZHANG Liang,et al.

The storage tank on an offshore production and storage platform （PSP） is adjacent to the production system of the platform and without sufficient safety space,therefore safety protection is essential to the storage tank.But there is no mature pursuant safety protection standard or code at home and abroad for such storage tanks.This paper analyzes the characteristics and hazard of the CNOOC PSP storage tank in Bohai Bay and determines the main safety protection measures of the PSP storage tank by sufficiently using international and domestic standards and codes.Those measures have been recognized by China Classification Society,which include inert gas protection within the tank,A60 fireproof structure for tank body and sprinkling protection with low expansion foam for tank roof.

PSP;storage tank;inert gas;A60 fireproof structure;low expansion foam

10.3969/j.issn.1001-2206.2012.01.005

李祥鋒 （1979-），男，河北武邑人，2002年畢業(yè)于中國石油大學(xué) （華東）環(huán)境工程系，主要從事海洋石油生產(chǎn)設(shè)施安全設(shè)計工作。

2011-03-07