儲罐區(qū)與油氣處理區(qū)的隔離防火方案優(yōu)化

劉慶越

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300459）

1 項目概況

在埕北油田設(shè)備設(shè)施整體升級改造項目設(shè)計階段，工程建設(shè)中心技術(shù)部工藝室對儲罐區(qū)與油氣處理區(qū)之間的隔離防火方案進行了分析研究?？紤]3個儲油罐與油氣處理區(qū)相鄰布置，存在原油泄漏起火后2個區(qū)域間流淌火交互影響的隱患，若油氣處理區(qū)起火也會影響到儲油罐，安全風險系數(shù)很高。技術(shù)部工藝室通過方案比選優(yōu)化，最終確定了有效的隔離防火設(shè)計方案，最大程度的降低了安全風險。

通過運用泄漏計算軟件和PHAST（Process Hazard Analysis Software Tool）軟件進行計算和對項目工藝設(shè)備的火災(zāi)爆炸模擬分析，根據(jù)各工藝節(jié)點發(fā)生泄漏后引發(fā)的噴火影響范圍的計算結(jié)果，原油/原油換熱器發(fā)生 5 mm泄漏后被立即點燃所引發(fā)的噴火熱輻射影響可達18 m以上，若沒有新增工藝組塊與儲罐之間的防火墻阻隔，會對其東側(cè)的原油儲罐造成直接的熱輻射影響。同時，由于該換熱器布置于平臺的上層甲板，甲板標高超出原油儲罐罐頂，噴射出的油氣會在罐頂形成火雨，給原油儲罐帶來極大的安全隱患，容易引發(fā)儲罐起火，形成事故的升級。二級生產(chǎn)分離器入口加熱器位于前述換熱器西側(cè)，距離原油儲罐更遠，且后果影響的計算結(jié)果也更小，因此，在儲罐區(qū)與工藝生產(chǎn)區(qū)之間增加隔離防火措施的必要性非常大。

2 技術(shù)簡介

（1）在埕北油田設(shè)備設(shè)施整體升級改造項目設(shè)計階段，在對儲罐區(qū)與油氣處理區(qū)之間的隔離防火方案評估過程中，通過運用LEAK和PHAST軟件進行輔助計算。其中頻率的計算采用LEAK軟件，后果模擬采用 PHAST軟件。LEAK依據(jù)英國健康與安全執(zhí)行局統(tǒng)計的碳氫化合物泄漏數(shù)據(jù)庫，綜合考慮設(shè)備和連接管線尺寸、壓力、存儲介質(zhì)等因素影響，可以計算設(shè)備、單元、區(qū)域的泄漏頻率，此軟件擁有一個龐大的基于海上平臺的歷史失效頻率統(tǒng)計的數(shù)據(jù)庫。PHAST是一款專門用于石油天然氣以及石化領(lǐng)域的危險分析和安全定量計算的軟件。通過對事故場景的設(shè)定，包括設(shè)備類型、物質(zhì)種類、操作參數(shù)、泄漏方式、周圍環(huán)境等設(shè)置，即可量化模擬工藝裝置發(fā)生泄漏后引發(fā)的火災(zāi)、爆炸事故的后果影響范圍與程度。對隔離防火方案進行優(yōu)化。

（2）設(shè)計中考慮了工藝組塊與儲罐之間的交互影響，設(shè)計了A60防火墻，從噴火影響的角度上講，對儲罐形成了較為有效的保護。根據(jù)設(shè)計文件中原油/原油換熱器橇塊X2002最高可達5.5 m，一級生產(chǎn)分離器撬X2001A/B最高可達 6.6 m，由于設(shè)備底部發(fā)生泄漏事故的概率大于設(shè)備頂部，并考慮發(fā)生泄漏后形成池火影響的權(quán)重，建議防火墻高度選取設(shè)備高度的一半，即3.5 m。由于設(shè)備位于平臺頂層甲板，且部分位于吊機作業(yè)范圍內(nèi)，因此應(yīng)對相應(yīng)設(shè)備做好防墜落物砸傷措施，降低外部墜落物引發(fā)的泄漏風險。位于中層甲板的燃料氣過濾器以及低壓壓縮機出口在發(fā)生5 mm泄漏時，在立即點燃形成噴射火的情況下，由于火焰熱輻射強度較小，對儲罐區(qū)的影響較小。

3 隔離防火設(shè)計優(yōu)化的過程

3.1 原設(shè)計方案

在設(shè)計前期結(jié)合本項目開發(fā)設(shè)計施工方案和調(diào)研情況，設(shè)計方擬定在BSL平臺儲罐區(qū)3個大罐上設(shè)計水幕隔離防火，增設(shè)了2臺冷卻水泵提供水幕水源。技術(shù)部工藝室經(jīng)過研究分析，認為此方案存在2個問題：一是埕北油田海域大風天氣頻繁，起風后會吹散水幕，使其隔離火能力大幅度減弱，達不到隔離火效果。二是大罐泄漏起火后，水幕對流淌火起不到隔離作用，流淌火極易對臨近的油氣處理區(qū)產(chǎn)生危險?？紤]水幕隔離設(shè)計存在的問題，技術(shù)部工藝室對項目隔離防火方案進行了優(yōu)化。

3.2 防火隔離方案的優(yōu)化

（1）四級在儲油罐區(qū)和油氣處理區(qū)之間設(shè)置防火墻取代水幕來進行隔離防火。特殊的工藝危險是影響火災(zāi)、爆炸事故發(fā)生概率的主要因素。表征影響事故發(fā)生概率的特殊工藝危險系數(shù)（F2），油氣處理部分和原油儲罐子單元的特殊工藝危險系數(shù)分別為較大級，即3.80和3.71，說明本項目的工藝條件導致火災(zāi)、爆炸事故發(fā)生概率較大。為此建議設(shè)計單位在儲罐區(qū)和油氣處理區(qū)之間設(shè)置防火墻進行隔離防火。

（2）設(shè)計單位采納了我方意見后，在儲油罐區(qū)和油氣處理區(qū)之間設(shè)置A0級防火墻。技術(shù)部工藝室考慮到A0防火墻的防火等級較低，建議將防火墻等級提升為A60級。

（3）分析原油儲罐對新增工藝組塊的影響（圖1）。由于原油儲罐罐容較大，一旦發(fā)生泄漏火災(zāi)事故，會在甲板面上形成大面積的流淌火。此類事故的后果模擬由于場景假設(shè)的不同會帶來計算后果的巨大差異，在此不再進行詳細計算，但流淌的池火會給新增工藝設(shè)備帶來潛在的風險。在編號為API RP 14J《海上生產(chǎn)設(shè)施設(shè)計與危險分析推薦做法》的規(guī)范第 5.4中明確規(guī)定：應(yīng)設(shè)置有效的防護措施以防止烴類儲罐發(fā)生溢流后液體流至其他的生產(chǎn)裝置以及人員生活區(qū)域。即防止原油儲罐區(qū)發(fā)生泄漏后形成的池火對周邊設(shè)施的危害影響（由于原油儲罐發(fā)生泄漏火災(zāi)除極端情況下多在罐頂發(fā)生，所以大多考慮泄漏后在儲罐外形成的池火）。在設(shè)計中為新增工藝設(shè)備的下層甲板與儲罐之間均設(shè)置了A60防火墻，有效的將工藝裝置與原油儲罐進行隔離，大大降低了兩者之間的交互影響的風險。此外，由于原油儲罐與A60防火墻之間是一條主逃生通道，而且是儲油平臺人員在緊急情況下通往生產(chǎn)平臺最重要的一條通道，因此A60防火墻的設(shè)置，也為人員在工藝裝置發(fā)生火災(zāi)、爆炸事故狀態(tài)下的緊急逃生提供了更有效的保障，大大降低了人員在逃生過程中的風險。

圖1 埕北油田設(shè)備設(shè)施

4 應(yīng)用的結(jié)果和推廣建議

（1）本項目通過運用最新的兩款分析軟件LEAK和PHAST進行輔助計算，可以得出用A60防火墻替代原水幕冷卻的隔離防火方法更加可靠，安全系數(shù)提高近50%，在對平臺的安全生產(chǎn)起到保障的同時，也節(jié)省了2臺冷卻水泵的投資（約200多萬元人民幣）。

（2）經(jīng)過 FEA（Fire Explosion Analysis，火災(zāi)爆炸分析）分析，充分肯定了在2個區(qū)域之間設(shè)置A60防火墻的必要性。A60防火墻布置依托新建BSL平臺東側(cè)甲板邊緣，可以較為有效的降低2區(qū)之間的交互影響，降低發(fā)生事故升級的風險，同時對事故狀態(tài)下人員的救逃生起到了很好的保護作用。此方案的技術(shù)革新，對于大型改造項目的儲罐區(qū)和生產(chǎn)區(qū)隔離防火起到了極大的借鑒作用。