海洋石油平台工艺系统安全评价技术研究

孙森

1. 天津北海油人力资源咨询服务有限公司 天津 300450

2. 中海油安全技术服务有限公司 天津 300450

海洋石油平台工艺系统是指在海洋石油勘探开发过程中使用的各种设备、管线和结构的集合[1]。这些系统涉及到高温、高压、易燃易爆、有毒有害等多种危险因素，如果发生火灾、爆炸事故，会造成人员伤亡、财产损失和环境污染等严重后果，甚至可能引起连锁反应和次生灾害，因此对海洋石油平台工艺系统进行安全评价是非常必要的[2]。

1 道化学火灾、爆炸危险指数评价法概述

1.1 道化学火灾、爆炸危险指数评价法基本原理

道化学公司火灾爆炸指数法[3]也称为道氏指数法，其基本原理是通过对一系列参数进行分析计算，并将计算结果与安全指标相对比，确定单元火灾爆炸程度，评价爆炸所产生的后果及损坏是否可以接受，为相关技术人员提供决策依据。

道氏指数法主要应用于化工原料制造、运输、储存以及化学实验过程中风险评价，所评价参数主要包括单元火灾爆炸指数F&EI、暴露区域半径和面积、物质系数MF等等。

1.2 道化学火灾、爆炸危险指数评价法的评价步骤

1.2.1 评价程序

道化学火灾、爆炸危险指数评价法的评价程序见图1：

图2 某海洋石油平台工艺生产流程

1.2.2 评价标准

道化学火灾、爆炸危险指数F&EI与危险程度可分为5个等级，其中F&EI值在1～60之间属于最轻，61～96之间属于较轻，97～127之间属于中等，128～158之间属于很大，F&EI值大于159属于非常大。

2 道化学火灾、爆炸危险指数评价法的应用实例

2.1 海洋石油平台工艺系统

某海洋石油平台设有生产工艺系统，生产工艺系统包括原油生产系统、注水系统。

2.1.1 原油生产系统

该平台设有油气计量系统，不设油气水分离、处理系统，油井物流在多路阀汇集后进入测试加热器，加热到50℃的油井物流进入测试多相流量计，计量后的油气水再次汇合，与来自多路阀管汇出口的物流一起通过4.92km，10寸海底管道输送至相应的综合处理平台进行处理。为了满足海底管道的输送要求，平台设置有应急置换泵输送综合处理平台通过6寸注水软管输送过来的热生产水进行掺水外输。

2.1.2 注水系统

该平台回注水水源来自于相应的综合处理平台的合格排放生产水，生产水通过在综合处理平台新增的注水增压泵增压后通过6”注水软管输送至该平台，经60m3/h的注水精细过滤器的处理后进入注水缓冲罐沉降，最后经由高压注水泵回注地层，注水压力22MPa。

6”注水软管来生产水一部分供该平台混输软管部分年限掺水输送使用；另一部分通过高精度注水系统处理到符合A2级注水标准后回注地层。

2.2 道化学火灾、爆炸危险指数评价法评价海洋石油平台工艺系统危险性等级

经工程的危险、有害因素分析可知，该平台的计量管汇中的介质为原油，而原油具有火灾爆炸、泄漏污染、毒性、热膨胀性、静电荷积聚性及易沸溢性等主要危险特性，工艺系统内原油在装置或作业场所发生泄漏、外溢或聚集，一旦有明火源存在，就可能造成火灾爆炸事故，使人员暴露在危险环境中；较坏情况下，可能妨碍逃生路线、救生设施、紧急关断系统以及平台自身结构；严重情况下，可能形成气体云团，造成窒息、爆炸或直升机坠毁（当飞行穿越该气体云团时），甚至可能在甲板和海上起火，造成人员受伤或环保事故。因此，火灾、爆炸是该项目的主要危险因素。基于此，采用道化学公司（DOW）火灾、爆炸危险指数评价法（第7版）对工程中具有火灾、爆炸危险特性且适合作定量分析的单元进行定量评价[10-12]，预测事故发生的可能性和严重程度，道化学评价单元为该平台的计量管汇，介质为原油，操作压力为2350kPa，设备尺寸为2100×1400×2900mm。

2.2.1 单元危险系数的确定和火灾、爆炸危险指数（F&EI）的计算

根据海洋石油平台工艺系统设备组成，包括操作系统、控制系统、隔离系统及防火系统等，结合设备的相关参数（操作介质、温度、压力、周边环境等），计算出单元的火灾、爆炸危险指数（F&EI）并确定其危险等级。以原油为例（因篇幅受限此处仅展示F1、F2、F3及F&EI计算结果，未对各危险系数的基本因素的参数评价取值及计算过程进行详述），物质系数为16，一般工艺危险系数（F1）值为2.0，特殊工艺危险系数（F2）值为2.716，工艺单元危险系数F3＝（F1×F2）值为5.432（一般情况下，F3的值极限为8.0），火灾、爆炸指数F&EI＝F3×MF，即值为86.912。

2.2.2 安全措施补偿系数的确定

为了预防严重事故的发生、降低事故的发生概率和危害，该项目设计中除了满足各种规范和标准要求外，还应在工艺控制、物质隔离和防火、防爆方面采取安全补偿措施，这些措施在工艺单元的评价中可以作为确定安全措施补偿系数C的依据。

根据生产运行中采取的安全对策措施，我们给出了被评价单元的安全措施补偿系数，其中工艺控制安全主要包括应急电源、冷却装置、抑爆装置、紧急停车装置、计算机控制、惰性气体保护、操作规程、化学活泼性物质检查、其它工艺危险分析等，本评价单元工艺控制安全补偿系数涉及到的安全项目包括：应急电源、紧急停车装置、计算机控制、操作规程及其他工艺危险分析，其补偿系数分别为：0.98、0.99、0.93、0.95、0.96，由此得出工艺控制安全补偿系数汇总值C1为0.823。物质隔离安全项目包括：远距离控制阀、备用泄料装置、排放系统、连锁装置等，本评价单元物质隔离安全补偿系统涉及远距离控制阀、连锁装置，其补偿系数均为0.98，由此得出物质隔离安全补偿系数汇总值C2为0.96。防火设施安全项目包括泄漏检测装置、钢质结构、消防水供应系统、特殊灭火系统、喷洒灭火系统、水幕、泡沫灭火装置、手提式灭火器材/喷水枪、电缆防护等，本评价单元涉及到的安全项目包括：泄漏检测装、消防水供应系统、手提式灭火器材/喷水枪、电缆防护，其补偿系统分别取值：0.98、0.94、0.97、0.94，由此得出防火设施安全补偿系数汇总值C3为0.84，由此可以得出安全补偿系数C=C1×C2×C3，即C值0.664。

2.2.3 评价单元危险分析汇总

根据评价单元的火灾、爆炸危险指数F&EI和安全措施补偿系数C，我们可以计算出评价单元火灾、爆炸指数F&EI以及危险暴露半径、暴露区域面积，由此确定评价单元的危险等级及其危害严重程度。其中初始火灾、爆炸指数（F&EI）值为86.912，初始危险程度等级较轻，安全措施补偿系数C值0.664，补偿后的火灾、爆炸指数57.7096，补偿后的危险程度等级为最轻，暴露半径R （m）值为22.25m，暴露区域面积A （m2）值为1554.50，单元危害系数0.65。其中暴露半径R的计算公式为：R=0.256F&EI，单位m，暴露区域面积的计算公式为：A=πR2单位为m2。本项目仅介绍到暴露区域面积，对于财产损失部分不再进行计算。

3 结论

通过上述分析，利用道化学火灾、爆炸危险指数评价法对该海洋石油平台工艺系统安全风险进行评价，结果表明其F&EI值为86.912，处于较轻范围内（61～96之间属于较轻），且经安全措施补偿后，危险等级从“较轻”级降至“最轻”级，为可接受的程度。若发生火灾爆炸事故，暴露半径为22.25m，暴露面积为1554.5平方米，单元危害系数为0.65，即区域内65%的设备将遭受损失破坏，甚至会发生连锁反应，造成更多的经济损坏。由此可以看出，海洋石油平台在原油开采过程中，要严格按照HSE管理体系要求，落实领导者管理责任，强化员工安全意识，遵守安全规章制度，做好相关风险识别及应急预案制定工作，实现油田安全平稳开发，满足国家日益增长的能源需求。