某海洋石油平臺(tái)工藝火災(zāi)爆炸分析

一、方法介紹

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

在利用PHAST軟件對(duì)C平臺(tái)上生產(chǎn)設(shè)施進(jìn)行泄漏引發(fā)的火災(zāi)、爆炸后果進(jìn)行模擬時(shí)，首先要對(duì)海上生產(chǎn)設(shè)施的操作條件、環(huán)境條件、泄漏物質(zhì)、泄漏規(guī)模進(jìn)行了解與假設(shè)。

對(duì)于泄漏過程模擬，需要確定泄漏過程的工藝參數(shù)，將工藝參數(shù)輸入到計(jì)算軟件中進(jìn)行計(jì)算，以獲得結(jié)果數(shù)據(jù)。

二、選取計(jì)算參數(shù)

1.物相

C平臺(tái)上設(shè)備的泄漏物相為原油和天然氣，根據(jù)物料平衡表2011年數(shù)據(jù)，油氣組分的百分比列表見表1：

表1 油氣組分百分比

2.泄漏孔徑與環(huán)境條件

根據(jù)海洋石油平臺(tái)生產(chǎn)設(shè)施特點(diǎn)，計(jì)算過程中假設(shè)發(fā)生小、中兩種規(guī)模的泄漏事故，其泄漏孔徑分別為10mm、25mm。

根據(jù)該油氣田所屬海域的天氣條件，計(jì)算中假設(shè)風(fēng)速為5m/s。

3.操作參數(shù)

在使用PHAST軟件進(jìn)行油氣泄漏及火災(zāi)爆炸后果模擬計(jì)算時(shí)，需要確定計(jì)算對(duì)象的操作介質(zhì)、操作溫度、操作壓力以及可能泄漏量等相關(guān)參數(shù)，主要涉及參數(shù)為操作溫度、操作壓力、質(zhì)量。

根據(jù)C平臺(tái)下層甲板工藝設(shè)施的實(shí)際情況，在計(jì)算中，僅對(duì)分離器類設(shè)備考慮油相泄漏，而其它設(shè)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(zhì)。

三、火災(zāi)模擬計(jì)算結(jié)果

泄漏出來的原油或天然氣一旦遇到明火會(huì)引發(fā)火災(zāi)事故。C平臺(tái)下層甲板工藝設(shè)施泄漏后引起的火災(zāi)影響進(jìn)行模擬。

通過PHAST計(jì)算得到C平臺(tái)設(shè)施發(fā)生泄漏后被點(diǎn)燃情況下，得出下圖1所示的三個(gè)射強(qiáng)度的影響范圍。當(dāng)設(shè)備泄漏后被點(diǎn)燃發(fā)生火災(zāi)時(shí)，火焰形成一個(gè)熱輻射區(qū)，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(qū)域的熱輻射強(qiáng)度不同，影響范圍也不同。

圖1 采油樹天然氣大型泄漏噴火影響范圍

四、爆炸模擬計(jì)算結(jié)果

油氣泄漏到大氣中，經(jīng)過揮發(fā)、擴(kuò)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(huì)發(fā)生延遲爆炸。

由于C平臺(tái)均為天然氣平臺(tái)，物流中油含量較低，油相泄漏后揮發(fā)量較低，發(fā)生爆炸的概率很低，因此本部分爆炸模擬分析只針對(duì)氣相泄漏事故進(jìn)行。

考慮到C平臺(tái)下層甲板的長(zhǎng)與寬，在計(jì)算過程中僅對(duì)爆炸周圍50米范圍內(nèi)的超壓值進(jìn)行了計(jì)算，50米以外的區(qū)域沒有考慮。因此上表中部分爆炸影響范圍顯示為50米，實(shí)際范圍可能會(huì)超過50米。

通過PHAST的泄漏爆炸模擬，計(jì)算得出爆炸中三個(gè)超壓值的各自的影響范圍，即超壓區(qū)。當(dāng)設(shè)備泄漏后被延遲點(diǎn)燃，產(chǎn)生一個(gè)爆炸，火焰形成一個(gè)超壓區(qū)，與爆點(diǎn)最近為0.75bar，次之為0.30bar，最外圍為0.15bar。

五、影響結(jié)果分析

1.噴火影響

海上油氣生產(chǎn)設(shè)施發(fā)生天然氣泄漏時(shí)，如果泄漏口附近有明火源，泄漏出來的可燃?xì)鈺?huì)立即被點(diǎn)燃，形成噴火，這類事故的危害相對(duì)較小，主要體現(xiàn)為熱輻射傷害，上文已針對(duì)C平臺(tái)的下層甲板工藝泄漏引發(fā)的噴火熱輻射危害進(jìn)行了模擬計(jì)算。此類噴射火可以借助防火墻起到對(duì)人員及臨近設(shè)備的防護(hù)作用。

2.延遲點(diǎn)燃閃火影響

生產(chǎn)設(shè)施在發(fā)生天然氣泄漏時(shí)，如果沒有被立即點(diǎn)燃，在周圍環(huán)境的作用下（主要為風(fēng)以及周圍設(shè)施阻擋的作用），泄漏出來的烴類氣體會(huì)發(fā)生聚集，并與空氣混合，達(dá)到極限濃度時(shí)形成爆炸性混合氣體，此時(shí)如遇明火源即可發(fā)生爆炸事故。一般會(huì)產(chǎn)生一個(gè)火球并向外擴(kuò)展，火球擴(kuò)展到最大狀態(tài)后，穩(wěn)定燃燒一段時(shí)間，則會(huì)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(fā)生泄漏事故時(shí)，平臺(tái)上的探測(cè)系統(tǒng)能夠迅速發(fā)現(xiàn)并發(fā)出報(bào)警信號(hào)，及時(shí)將發(fā)生泄漏事故的工藝單元或整個(gè)工藝系統(tǒng)進(jìn)行關(guān)斷。這樣，可以有效地控制泄漏量，避免事故升級(jí)。

3.延遲點(diǎn)燃爆炸影響

當(dāng)積聚的蒸氣云被點(diǎn)燃形成的火球在向外擴(kuò)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(zhuǎn)變成為爆轟，產(chǎn)生危害巨大的爆炸沖擊波。此類事故在敞開空間發(fā)生的概率很低，一般不易發(fā)生爆轟。

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

由于海上天氣條件的因素，尤其是風(fēng)較大，泄漏出來的可燃?xì)怏w發(fā)生積聚的可能性相對(duì)較小，而C平臺(tái)的下層甲板三個(gè)方向均為敞開式結(jié)構(gòu)，但工藝設(shè)備周圍布置了其它的相關(guān)生產(chǎn)設(shè)施，同時(shí)平臺(tái)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，因此，下層甲板工藝泄漏存在著一定的爆炸風(fēng)險(xiǎn)。下層甲板敞開性越好，其發(fā)生爆炸所產(chǎn)生的超壓值越低。

C平臺(tái)下層甲板在設(shè)計(jì)上應(yīng)盡可能考慮其敞開性，盡量避免兩種狀況的發(fā)生：

（1）可燃?xì)怏w的積聚；

（2）發(fā)生延遲點(diǎn)燃的火球燃燒時(shí)的局部約束。這樣可以較好地避免爆炸事故的發(fā)生，大大降低了工藝泄漏事故的風(fēng)險(xiǎn)；

（3）建議提高平臺(tái)的泄漏探測(cè)報(bào)警以及關(guān)斷閥動(dòng)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(tài)下擴(kuò)散到平臺(tái)空間可燃性物質(zhì)的量。