浮式装置LPG回收安全可靠性设计

孙伯娜，于成龙，孙伯彬，陈 宾，覃柳莎

(1.海洋石油工程股份有限公司， 天津 300451；2.中海油田服务股份有限公司，天津 300451)

1 LPG的特点及危险性

LPG，即液化石油气，是丙烷和丁烷的混合物，通常伴有少量的丙烯和丁烯，为无色气体或黄棕色油状液体。LPG的膨胀系数大，约为250倍的气态石油气，一旦泄漏，会迅速气化； LPG密度比空气重，一旦泄漏容易积聚，且爆炸极限低，遇火会发生燃烧和爆炸，因此是一种较为危险的物质。LPG的体积压缩系数为体积膨胀系数的一半左右，随着温度升高(如发生火灾等)，LPG储罐内压力会急剧升高，如不采取合理保护措施，可能存在超压、破裂等风险。

浮式装置上设置LPG回收系统可以回收油田多余伴生气中的重组分，解决伴生气作为燃料气热值偏高的问题；伴生气至火炬燃烧产生黑烟的问题；同时能获得LPG产品以及重烃产品，产生经济效益。因此，虽然LPG本身是一种较为危险的物质，但在浮式装置上设置LPG回收已成为海洋石油开发的新趋势。

2 LPG回收系统的安全性及可靠性设计

与陆地不同，海上浮式装置独立于海洋环境，一旦发生泄漏或火灾，外在的消防安全保护措施等很难及时获得；另外浮式装置要在有限的空间内要设置油气处理设施、LPG回收及储存设施，以及供生产人员居住的生活楼，一旦发生泄漏或火灾，不光会造成生产事故还可能会危及生产人员的人身安全，因此，对于浮式装置需要考虑更多可靠及安全的措施，一方面确保本质安全，另一方面防止LPG泄漏造成火灾和爆炸的风险。南海某浮式装置为了解决燃料气组分中，火炬燃烧冒黑烟等问题，设置了LPG回收装置。为确保设计的安全和可靠性，采取了以下多个措施。

(1)采用深度聚结脱水装置，控制系统内的含水量。通过模拟，当LPG回收装置入口含水较高时，会造成塔的不收敛。实际生产中，如果装置入口含水过多，会产生泛液淹塔等问题，造成处理不达标。LPG本身并没有腐蚀性，当LPG遇水时，可能会造成设备和管线的腐蚀，因此必须严格控制LPG系统的含水量。为解决上述两个问题，在回收装置入口设置聚结滤器，利用纳米纤维滤芯兼具破乳和聚结作用的原理，将装置入口的总水(包含乳化水)含量降低至45 mg/kg以下，同时在回收系统的回流罐底部设置水包收集LPG产品中的水，定期排放，从而既有效避免LPG储罐底部长时间因积水造成腐蚀泄漏，又确保塔的稳定运行。

(2)采用注水和注氮气防止储罐泄漏。LPG储罐的泄漏最容易出现在储罐底部和顶部，针对这一特点，研究了防止LPG 储罐泄漏的措施。在LPG储罐底部设置一套独立的注水流程，紧急情况下启动注水增压泵将水从罐底注入，基于LPG与水的密度差，水将LPG抬高，直至将LPG与漏点隔离开，减小LPG的泄漏扩散。同时在顶部设置注入氮气的管线，当罐顶发生微漏时，利用罐顶压力控制氮气注入量，利用氮气轻于LPG的特点，确保首先泄漏出来的是氮气而不是LPG，从而有效减少顶部LPG储罐的泄漏风险。除顶部注入氮气，在LPG储罐泄漏时，在现场条件允许的情况下，通过现有设施将发生泄漏的罐内LPG通过相应管线倒入到安全储罐中，避免大量泄漏。

(3)LPG储罐采用特殊保温材料，有效降低火灾泄放量。LPG储罐上通常设置火灾工况的PSV用于火灾工况下LPG的泄放，防止储罐超压破坏。根据以往经验，计算PSV泄放量时通常环境系数选取为1，由于LPG储罐的体积较大，如果按照常规做法计算，PSV的泄放量非常大，平台的火炬臂尺寸和长度也将非常大。通过研究，LPG储罐选用合适的保温材料和防火涂料，LPG储罐可以在火灾工况下，承受高温2 h，根据规范，此时PSV泄放量计算时，环境系数可以选择为0.15，PSV的泄放量可以降低至原泄放量的15%，从而有效降低火灾泄放量，同时有效降低火炬的长度和火炬，提高安全性，减少平台投资。

(4)采取合理的外输方案，确保外输安全。LPG 的外输采用外输软管与外输油轮相连，为防止LPG 外输过程中因流速过快，产生静电，外输流速控制在3 m/s以下，同时设置残液回收压缩机、残液回收泵以及相应的氮气吹扫管路，确保回收前后，外输管路的安全。

(5)装置采用低温设计。LPG的汽化潜热大，一旦发生泄漏或者在BDV紧急泄放时会产生非常低的温度，最低可达-40 ℃，为防止低温造成设备、管线和仪表破坏，整个LPG回收及储存的装置的设计均考虑选用耐低温材质，防止低温造成设备和管线仪表损坏，避免造成泄漏等风险。

(6)装置关键部位采用焊接。对于LPG储罐关键部位连接形式采用焊接。为降低泄漏的风险，从设计上，安装在罐体底部上的仪表以及与罐底相连的首个关断阀均采用焊接的连接形式，避免采用法兰连接带来泄漏的风险。

(7)输送泵采用屏蔽泵。泵泄漏是工艺处理设备中常见的一种泄漏，基于LPG的危险性，所有的LPG系统用泵均采用屏蔽泵，而非常规的离心泵，从而确保发生泄漏的情况下，不会有大量LPG泄漏到平台上。

(8)储罐周围设置围堰，避免LPG范围扩大。为防止LPG储罐泄漏造成更大的事故，考虑在每个LPG储罐周围设置独立的高度20 cm的围堰，一旦LPG发生泄漏，将LPG泄漏的范围控制在最小，围堰内设置常闭的开排管线，用于LPG储罐维修以及雨水的排放。

(9)采用水喷淋稀释惰化泄漏的LPG。当LPG储罐发生泄漏时，LPG 会迅速气化形成 LPG 蒸汽云，遇火源会发生爆炸 (称作蒸汽云爆炸)。为防止爆炸，对于海上生产设施，当可燃气探头探测到LPG泄漏时，需立即自动启动LPG发生泄漏储罐以及相邻罐体的雨淋阀，对LPG储罐区进行水喷淋，以达到稀释惰化LPG蒸汽的目的，降低爆炸的风险。

(10)采用CO2灭火系统灭火，同时采用水喷淋降温。当探测到火灾信号时，海上生产设施的消防系统应立即启动：如已经打开了储罐区的水喷淋系统，应立即关闭LPG储罐顶部阀区的水喷淋，同时自动打开干粉系统的干粉炮，对火灾进行扑灭。如未打开储罐区的水喷淋，应立即打开着火罐罐体及相邻罐体(包含阀区)的水喷淋进行冷却保护，防止暴露于火焰中的储罐发生沸液蒸汽爆炸，同时打开干粉系统的干粉炮，对火灾进行扑灭。

3 小结

南海某项目的LPG回收设计，从工艺流程设计，设备、仪表、材料选型以及消防设计等多个方面进行特殊考虑，确保了本质的设计安全和可靠性，值得今后项目参考和借鉴。