海洋石油平臺工藝系統(tǒng)安全評價技術研究

孫森

1. 天津北海油人力資源咨詢服務有限公司 天津 300450

2. 中海油安全技術服務有限公司 天津 300450

海洋石油平臺工藝系統(tǒng)是指在海洋石油勘探開發(fā)過程中使用的各種設備、管線和結構的集合[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因素，如果發(fā)生火災、爆炸事故，會造成人員傷亡、財產損失和環(huán)境污染等嚴重后果，甚至可能引起連鎖反應和次生災害，因此對海洋石油平臺工藝系統(tǒng)進行安全評價是非常必要的[2]。

1 道化學火災、爆炸危險指數(shù)評價法概述

1.1 道化學火災、爆炸危險指數(shù)評價法基本原理

道化學公司火災爆炸指數(shù)法[3]也稱為道氏指數(shù)法，其基本原理是通過對一系列參數(shù)進行分析計算，并將計算結果與安全指標相對比，確定單元火災爆炸程度，評價爆炸所產生的后果及損壞是否可以接受，為相關技術人員提供決策依據(jù)。

道氏指數(shù)法主要應用于化工原料制造、運輸、儲存以及化學實驗過程中風險評價，所評價參數(shù)主要包括單元火災爆炸指數(shù)F&EI、暴露區(qū)域半徑和面積、物質系數(shù)MF等等。

1.2 道化學火災、爆炸危險指數(shù)評價法的評價步驟

1.2.1 評價程序

道化學火災、爆炸危險指數(shù)評價法的評價程序見圖1：

圖2 某海洋石油平臺工藝生產流程

1.2.2 評價標準

道化學火災、爆炸危險指數(shù)F&EI與危險程度可分為5個等級，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 道化學火災、爆炸危險指數(shù)評價法的應用實例

2.1 海洋石油平臺工藝系統(tǒng)

某海洋石油平臺設有生產工藝系統(tǒng)，生產工藝系統(tǒng)包括原油生產系統(tǒng)、注水系統(tǒng)。

2.1.1 原油生產系統(tǒng)

該平臺設有油氣計量系統(tǒng)，不設油氣水分離、處理系統(tǒng)，油井物流在多路閥匯集后進入測試加熱器，加熱到50℃的油井物流進入測試多相流量計，計量后的油氣水再次匯合，與來自多路閥管匯出口的物流一起通過4.92km，10寸海底管道輸送至相應的綜合處理平臺進行處理。為了滿足海底管道的輸送要求，平臺設置有應急置換泵輸送綜合處理平臺通過6寸注水軟管輸送過來的熱生產水進行摻水外輸。

2.1.2 注水系統(tǒng)

該平臺回注水水源來自于相應的綜合處理平臺的合格排放生產水，生產水通過在綜合處理平臺新增的注水增壓泵增壓后通過6”注水軟管輸送至該平臺，經60m3/h的注水精細過濾器的處理后進入注水緩沖罐沉降，最后經由高壓注水泵回注地層，注水壓力22MPa。

6”注水軟管來生產水一部分供該平臺混輸軟管部分年限摻水輸送使用；另一部分通過高精度注水系統(tǒng)處理到符合A2級注水標準后回注地層。

2.2 道化學火災、爆炸危險指數(shù)評價法評價海洋石油平臺工藝系統(tǒng)危險性等級

經工程的危險、有害因素分析可知，該平臺的計量管匯中的介質為原油，而原油具有火災爆炸、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特性，工藝系統(tǒng)內原油在裝置或作業(yè)場所發(fā)生泄漏、外溢或聚集，一旦有明火源存在，就可能造成火災爆炸事故，使人員暴露在危險環(huán)境中；較壞情況下，可能妨礙逃生路線、救生設施、緊急關斷系統(tǒng)以及平臺自身結構；嚴重情況下，可能形成氣體云團，造成窒息、爆炸或直升機墜毀（當飛行穿越該氣體云團時），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、爆炸是該項目的主要危險因素?；诖?，采用道化學公司（DOW）火災、爆炸危險指數(shù)評價法（第7版）對工程中具有火災、爆炸危險特性且適合作定量分析的單元進行定量評價[10-12]，預測事故發(fā)生的可能性和嚴重程度，道化學評價單元為該平臺的計量管匯，介質為原油，操作壓力為2350kPa，設備尺寸為2100×1400×2900mm。

2.2.1 單元危險系數(shù)的確定和火災、爆炸危險指數(shù)（F&EI）的計算

根據(jù)海洋石油平臺工藝系統(tǒng)設備組成，包括操作系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、隔離系統(tǒng)及防火系統(tǒng)等，結合設備的相關參數(shù)（操作介質、溫度、壓力、周邊環(huán)境等），計算出單元的火災、爆炸危險指數(shù)（F&EI）并確定其危險等級。以原油為例（因篇幅受限此處僅展示F1、F2、F3及F&EI計算結果，未對各危險系數(shù)的基本因素的參數(shù)評價取值及計算過程進行詳述），物質系數(shù)為16，一般工藝危險系數(shù)（F1）值為2.0，特殊工藝危險系數(shù)（F2）值為2.716，工藝單元危險系數(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、爆炸指數(shù)F&EI＝F3×MF，即值為86.912。

2.2.2 安全措施補償系數(shù)的確定

為了預防嚴重事故的發(fā)生、降低事故的發(fā)生概率和危害，該項目設計中除了滿足各種規(guī)范和標準要求外，還應在工藝控制、物質隔離和防火、防爆方面采取安全補償措施，這些措施在工藝單元的評價中可以作為確定安全措施補償系數(shù)C的依據(jù)。

根據(jù)生產運行中采取的安全對策措施，我們給出了被評價單元的安全措施補償系數(shù)，其中工藝控制安全主要包括應急電源、冷卻裝置、抑爆裝置、緊急停車裝置、計算機控制、惰性氣體保護、操作規(guī)程、化學活潑性物質檢查、其它工藝危險分析等，本評價單元工藝控制安全補償系數(shù)涉及到的安全項目包括：應急電源、緊急停車裝置、計算機控制、操作規(guī)程及其他工藝危險分析，其補償系數(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償系數(shù)匯總值C1為0.823。物質隔離安全項目包括：遠距離控制閥、備用泄料裝置、排放系統(tǒng)、連鎖裝置等，本評價單元物質隔離安全補償系統(tǒng)涉及遠距離控制閥、連鎖裝置，其補償系數(shù)均為0.98，由此得出物質隔離安全補償系數(shù)匯總值C2為0.96。防火設施安全項目包括泄漏檢測裝置、鋼質結構、消防水供應系統(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、電纜防護等，本評價單元涉及到的安全項目包括：泄漏檢測裝、消防水供應系統(tǒng)、手提式滅火器材/噴水槍、電纜防護，其補償系統(tǒng)分別取值：0.98、0.94、0.97、0.94，由此得出防火設施安全補償系數(shù)匯總值C3為0.84，由此可以得出安全補償系數(shù)C=C1×C2×C3，即C值0.664。

2.2.3 評價單元危險分析匯總

根據(jù)評價單元的火災、爆炸危險指數(shù)F&EI和安全措施補償系數(shù)C，我們可以計算出評價單元火災、爆炸指數(shù)F&EI以及危險暴露半徑、暴露區(qū)域面積，由此確定評價單元的危險等級及其危害嚴重程度。其中初始火災、爆炸指數(shù)（F&EI）值為86.912，初始危險程度等級較輕，安全措施補償系數(shù)C值0.664，補償后的火災、爆炸指數(shù)57.7096，補償后的危險程度等級為最輕，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的計算公式為：R=0.256F&EI，單位m，暴露區(qū)域面積的計算公式為：A=πR2單位為m2。本項目僅介紹到暴露區(qū)域面積，對于財產損失部分不再進行計算。

3 結論

通過上述分析，利用道化學火災、爆炸危險指數(shù)評價法對該海洋石油平臺工藝系統(tǒng)安全風險進行評價，結果表明其F&EI值為86.912，處于較輕范圍內（61～96之間屬于較輕），且經安全措施補償后，危險等級從“較輕”級降至“最輕”級，為可接受的程度。若發(fā)生火災爆炸事故，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65%的設備將遭受損失破壞，甚至會發(fā)生連鎖反應，造成更多的經濟損壞。由此可以看出，海洋石油平臺在原油開采過程中，要嚴格按照HSE管理體系要求，落實領導者管理責任，強化員工安全意識，遵守安全規(guī)章制度，做好相關風險識別及應急預案制定工作，實現(xiàn)油田安全平穩(wěn)開發(fā)，滿足國家日益增長的能源需求。