海洋石油平臺工藝系統安全評價技術研究

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是指在海洋石油勘探開發過程中使用的各種設備、管線和結構的集合[1]。這些系統涉及到高溫、高壓、易燃易爆、有毒有害等多種危險因素，如果發生火災、爆炸事故，會造成人員傷亡、財產損失和環境污染等嚴重后果，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、爆炸危險指數評價法概述

1.1 道化學火災、爆炸危險指數評價法基本原理

道化學公司火災爆炸指數法[3]也稱為道氏指數法，其基本原理是通過對一系列參數進行分析計算，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。

道氏指數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，所評價參數主要包括單元火災爆炸指數F&EI、暴露區域半徑和面積、物質系數MF等等。

1.2 道化學火災、爆炸危險指數評價法的評價步驟

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&EI值大于159屬于非常大。

2 道化學火災、爆炸危險指數評價法的應用實例

2.1 海洋石油平臺工藝系統

某海洋石油平臺設有生產工藝系統，生產工藝系統包括原油生產系統、注水系統。

2.1.1 原油生產系統

該平臺設有油氣計量系統，不設油氣水分離、處理系統，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

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、爆炸危險指數評價法評價海洋石油平臺工藝系統危險性等級

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，工藝系統內原油在裝置或作業場所發生泄漏、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 單元危險系數的確定和火災、爆炸危險指數（F&EI）的計算

根據海洋石油平臺工藝系統設備組成，包括操作系統、控制系統、隔離系統及防火系統等，結合設備的相關參數（操作介質、溫度、壓力、周邊環境等），計算出單元的火災、爆炸危險指數（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，未對各危險系數的基本因素的參數評價取值及計算過程進行詳述），物質系數為16，一般工藝危險系數（F1）值為2.0，特殊工藝危險系數（F2）值為2.716，工藝單元危險系數F3＝（F1×F2）值為5.432（一般情況下，F3的值極限為8.0），火災、爆炸指數F&EI＝F3×MF，即值為86.912。

2.2.2 安全措施補償系數的確定

為了預防嚴重事故的發生、降低事故的發生概率和危害，該項目設計中除了滿足各種規范和標準要求外，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C的依據。

根據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，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、操作規程及其他工藝危險分析，其補償系數分別為：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、連鎖裝置等，本評價單元物質隔離安全補償系統涉及遠距離控制閥、連鎖裝置，其補償系數均為0.98，由此得出物質隔離安全補償系數匯總值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、特殊滅火系統、噴灑滅火系統、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、手提式滅火器材/噴水槍、電纜防護，其補償系統分別取值：0.98、0.94、0.97、0.94，由此得出防火設施安全補償系數匯總值C3為0.84，由此可以得出安全補償系數C=C1×C2×C3，即C值0.664。

2.2.3 評價單元危險分析匯總

根據評價單元的火災、爆炸危險指數F&EI和安全措施補償系數C，我們可以計算出評價單元火災、爆炸指數F&EI以及危險暴露半徑、暴露區域面積，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（F&EI）值為86.912，初始危險程度等級較輕，安全措施補償系數C值0.664，補償后的火災、爆炸指數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，暴露區域面積A （m2）值為1554.50，單元危害系數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、爆炸危險指數評價法對該海洋石油平臺工藝系統安全風險進行評價，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，單元危害系數為0.65，即區域內65%的設備將遭受損失破壞，甚至會發生連鎖反應，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，遵守安全規章制度，做好相關風險識別及應急預案制定工作，實現油田安全平穩開發，滿足國家日益增長的能源需求。