海上采油平臺溢油風險分析及防控建議

李楊,吳亮,孫壽偉,趙宇鵬,錢雨晨，王麗薇

中海石油環(huán)保服務(wù)（天津）有限公司（天津 300450）

0 引言

隨著我國海洋石油工業(yè)的不斷發(fā)展，投產(chǎn)平臺數(shù)目不斷增多，在海洋石油工業(yè)巨大利好的同時，溢油事故的概率也在升高。海上采油平臺是海上油田開發(fā)的重要設(shè)施，承擔海上油氣收集、處理任務(wù)，海上采油平臺生產(chǎn)流程長，受海上平臺空間因素限制，海上采油平臺設(shè)備設(shè)施高度集成，所涉及到的管線、儲罐以及閥門等裝置數(shù)目眾多。另外我國部分海洋平臺已趨于老齡化，如綏中36-1 油田、埕北油田、歧口油田，老齡平臺長期運行導致平臺構(gòu)件疲勞損壞嚴重，但由于某些原因的限制，目前還不能完全棄置這些平臺，仍要在安全范圍內(nèi)使用[1]。這些因素增加了平臺發(fā)生溢油事故的風險，同時海上采油平臺遠離陸地，一旦發(fā)生溢油事故，溢油應(yīng)急物資很難迅速到位，應(yīng)急救援難度較大，因而溢油風險較高。

近年來，科研工作者和企業(yè)管理人員對海上采油平臺溢油事故原因及風險評價做了深入的研究，對海上石油平臺各階段的溢油風險進行了歸類和總結(jié)，得到了海上油田平臺各個階段不同類型的溢油事故概率及后果[2-3]。通過層次分析法和模糊評價法建立了海上石油平臺溢油風險評價指標體系[4-5]。

目前雖然對溢油風險源已有了一些認識，但針對海上采油平臺生產(chǎn)過程中溢油事故風險的探討尚不具體，缺乏基于海上平臺生產(chǎn)工藝的溢油風險分析。通過對海上采油平臺生產(chǎn)工藝的研究，確定海上采油平臺的溢油高風險設(shè)備設(shè)施，探尋海上采油平臺溢油事故的發(fā)生機制，并提出溢油風險防控措施，進一步降低海上采油平臺溢油風險。

1 海上采油平臺生產(chǎn)工藝介紹

如圖1所示，以渤海某海上油田生產(chǎn)工藝為例，來自生產(chǎn)井的流體經(jīng)計量后進入一級分離器、二級分離器進行油、氣、水三相分離，分離出的伴生氣經(jīng)過火炬分液罐分液后進入火炬燃燒，隨后不含氣的油水混合物進入電脫水器進行油水兩相分離，分離出含水率低于1%的原油進入平臺儲油裝置或輸油海管完成原油的外輸。一級分離器、二級分離器及電脫水器所分離出的含油污水進入含油污水處理流程，分別進入旋風分離器、雙介質(zhì)濾器進行油水分離，分離出的少量污油進入閉排罐，一段時間后污油從閉排罐重新進入原油流程，再進行分離。平臺甲板所收集的污水經(jīng)過開排罐短期儲存后進入閉排罐，隨后進入污水處理系統(tǒng)，污水處理系統(tǒng)分離出的水經(jīng)檢驗合格后進入注水緩沖罐，隨后回注地層。

圖1 渤海某油田生產(chǎn)流程簡圖

2 溢油事故原因分析及防控建議

針對海上采油平臺原油處理流程長、事故風險點多的現(xiàn)狀，通過對海上采油平臺采油工藝的理論分析和現(xiàn)場調(diào)研，明確海上平臺的采油工藝流程和海上設(shè)備設(shè)施的工作原理，進而確定油田高風險設(shè)備設(shè)施。分析了高風險設(shè)備設(shè)施的工作原理及導致溢油事故的原因，最終得出海上油田溢油事故的防控措施。技術(shù)路線如圖2所示。

通過對海上油田采油工藝的理論分析和海上油田的現(xiàn)場調(diào)研，確定5 種海上平臺設(shè)備設(shè)施為溢油高風險設(shè)備設(shè)施，分別為開排罐、火炬分液罐、舷外管線、外輸軟管、海管。

2.1 開排罐溢油事故原因分析及防控建議

開排罐屬于平臺的環(huán)保設(shè)施，一般位于底層甲板，起到收集平臺廢液的作用。開排罐與平臺地漏及閉排罐相連，開排罐日常工作原理為：來液主要源自平臺甲板產(chǎn)生的含油污水廢液，去液方向為閉排罐。平臺甲板產(chǎn)生的廢水、污油依靠重力沿地漏排放至開排罐，開排罐與閉排罐導通，開排罐將含有污油的廢水通過泵轉(zhuǎn)至閉排罐。閉排罐隨后將含油污水重新轉(zhuǎn)至流程進行除油。

降雨天氣時，一般的做法為：將地漏用木塞堵住，防止多層甲板收集的大量雨水將開排罐灌滿，巡檢人員若發(fā)現(xiàn)平臺某個區(qū)域積液過多則將木塞打開，使含油污水流入開排罐。

圖2 技術(shù)路線

開排罐的主要風險在于遭遇降雨量較大的極端天氣時，開排進液量遠遠大于排液量，可能導致開排罐冒頂，含油污水通過開排罐溢流管線進入大海，同時甲板污油水將無法通過開排進入流程，導致含油污水漫過甲板通海圍堰，造成溢油事故。

對于此類風險，一是要加強巡查，對平臺甲板表面油污及時清理，確保平臺甲板表面清潔，防止降雨時雨水將原油沖刷入海；二是要特別關(guān)注天氣，尤其是暴雨或大風等極端天氣，在極端天氣到來前要保障開排至閉排的濾網(wǎng)清潔，保證開排向閉排轉(zhuǎn)液通暢，并將開排及閉排液位維持在較低水平。

2.2 火炬分液罐溢油事故原理分析及防控建議

火炬分液罐是火炬之前的氣液分離裝置，如圖3、圖4 所示，平臺各級分離器所產(chǎn)生的氣相均排向火炬分液罐，去往火炬分液罐的氣相和夾雜的少量油相在火炬分液罐被分離，罐中氣相去往火炬燃燒，油相去往閉排罐隨后重新進入流程進行處理。當平臺出現(xiàn)緊急情況需對分離器進行泄壓時，平臺容器中的氣相亦通過火炬泄壓。

圖3 火炬分液罐管匯示意圖

圖4 火炬分液罐工作原理示意圖

火炬分液罐出現(xiàn)溢油風險的情況在于平臺流程緊急泄壓時，平臺各級分離器氣相排往火炬分液罐，平臺生產(chǎn)分離器壓力設(shè)定各有不同，一般情況下海上氣田或產(chǎn)氣量較多的平臺分離器壓力較高，氣相從高壓容器流入低壓容器會吸收大量熱，造成火炬分液罐低溫凍堵，不能及時向閉排轉(zhuǎn)液，氣相裹挾油相噴出，導致溢油事故的發(fā)生。

海上氣田或產(chǎn)氣量較多的平臺更易發(fā)生此類事故，針對此類事故風險，一是要在日常生產(chǎn)過程中密切注意火炬分液罐，防止火炬分液罐液位過高；二是在緊急泄壓時，及時將火炬分液罐伴熱熱介質(zhì)油溫設(shè)定提高，防止火炬分液罐降溫結(jié)凍。

2.3 舷外管線溢油事故原因分析及防控建議

平臺棧橋管線、甲板外延伸管線均為舷外管線。舷外管線一旦發(fā)生泄漏，原油將直接入海，釀成溢油事故，同時如果管線中含有天然氣，若發(fā)現(xiàn)不及時，海上平臺將被天然氣籠罩，一旦遇明火可能會發(fā)生火災(zāi)和爆炸，造成更大險情。

如圖5所示，舷外管線防泄漏防溢油是難點：①因為大部分設(shè)備管線有保溫層，使泄漏點不易被發(fā)現(xiàn)；②因為處于生產(chǎn)狀態(tài)，不宜徹底檢查和處理；③舷外管線位置特殊，發(fā)生泄漏后人員無法立即到達事故位置堵漏。

導致平臺舷外管線泄漏的原因包括：設(shè)備老化，相關(guān)焊縫、閥門、法蘭連接處出現(xiàn)裂縫，內(nèi)部銹蝕出現(xiàn)蠕孔；船舶靠泊過程中由于海況惡劣導致船舶撞向平臺；平臺生產(chǎn)活動引起的平臺震動導致法蘭損壞出現(xiàn)裂縫；管道物流超壓，導致管線或法蘭泄漏等。

圖5 平臺上的舷外管線

對此，建議平臺采取以下措施對溢油事故進行防控。

1）加強棧橋管線的監(jiān)測。建議平臺管理人員在棧橋油氣管線密集處安裝可燃氣體探頭和CCTV系統(tǒng)；平臺中控應(yīng)密切注意海上平臺管線壓力變化，現(xiàn)場巡檢人員要配備手持可燃性氣體探測設(shè)備進行巡檢，防止管線泄漏引發(fā)次生災(zāi)害。

2）條件允許情況下建議在棧橋下方加裝帶圍堰甲板，用以阻擋溢油泄漏入海，為溢油回收創(chuàng)造時間。

2.4 外輸軟管溢油事故原因分析及防控建議

海上平臺原油運輸方式有兩種，一種為平臺通過海管向外運輸，另一種為平臺或FPSO 將處理合格的原油儲存于原油儲罐（FPSO），一段時間后通過外輸泵和外輸軟管向穿梭油輪原油外輸。

如圖6 所示，原油外輸是一種需要船舶、人員、平臺機械密切配合的復(fù)雜、高危作業(yè)，它對海況及油輪的各項運動參數(shù)都有嚴格的要求，其中薄弱環(huán)節(jié)為外輸軟管。外輸作業(yè)通常會持續(xù)數(shù)個小時，這一過程發(fā)生任何意外事件，都可能造成輸油軟管破裂，導致溢油事故的發(fā)生[7]。

圖6 外輸作業(yè)現(xiàn)場

外輸作業(yè)過程主要溢油風險如下：遇有大風、雷雨天等惡劣天氣，或海況突變導致系泊纜的拉力超負荷或破損，輸油軟管斷裂；輸油軟管老化、磨損導致原油滲漏；冬季海冰推動油輪，油輪位移導致軟管斷裂；受天氣影響或油輪操作失誤，油輪與平臺發(fā)生碰撞，導致儲油罐泄漏溢油。

針對外輸軟管可能造成溢油事故的風險特點，建議采取如下措施對事故進行防控：

1）油輪根據(jù)海上設(shè)施及相關(guān)單位提供的潮汐表、冰情、氣象預(yù)報做出?？糠桨?，并做好一旦遇到海上突發(fā)事件緊急離泊的準備。

2）冬季處于冰區(qū)的外輸作業(yè)，作業(yè)期間必要時可使用破冰船進行破冰。

3）有外輸作業(yè)任務(wù)的平臺、FPSO應(yīng)配備足量的溢油回收物資，如吸油毛氈、吸油拖欄等，一旦發(fā)生輸油軟管斷裂，立即對溢油進行吸附和回收。

2.5 海管溢油事故原因分析及防控建議

海管是海上物流輸送的重要設(shè)施，具有連續(xù)輸送、受環(huán)境影響小、輸油效率高、運油能力強等優(yōu)點。海管的安全運行一直是石油公司和政府主管部門關(guān)注的重點，在運維方面，石油公司為海上平臺配備了監(jiān)控海管附近船舶動態(tài)的AIS 系統(tǒng)，當海管上方船舶航速低于兩節(jié)時，該系統(tǒng)即可報警，平臺守護船的穿梭作業(yè)也可對海管進行監(jiān)控。同時海事和海洋執(zhí)法部門在海上的巡邏一定程度上也減少了海管事故的發(fā)生。

我國海域漁業(yè)活動頻繁，漁業(yè)作業(yè)船舶質(zhì)量及船員海洋環(huán)保意識不強，部分船員對水下情況不熟悉、法律意識淡薄，這些不利因素都給海管的維護造成較大壓力。

由于海管所處位置十分特殊，一旦發(fā)生泄漏，很難在短時間內(nèi)對海管進行有效的應(yīng)急處置。結(jié)合歷史事故，導致海管泄漏的原因主要有兩種：①海底長時間服役導致海底管道疲勞損壞；船舶不規(guī)范作業(yè)，船錨沖擊海管造成泄漏。②海管內(nèi)部介質(zhì)或外部環(huán)境對海管腐蝕形成蠕孔導致溢油。

針對海管溢油事故的風險特點，可以采取如下措施對事故進行防控：

1）改造海底管道的上下游泵站工藝流程，使其具備兩端抽油功能，當海底管道發(fā)生泄漏時，兩端泵站同時抽取管內(nèi)油品，使海底管道形成負壓，從而減少甚至阻止溢油。

2）嚴格執(zhí)行海管巡線制度，對服役時間較長的海管增加巡線的次數(shù)。

3）定期對海管進行清管，降低腐蝕性物質(zhì)對海管的影響。

3 結(jié)論與建議

通過對海上油田采油工藝的系統(tǒng)分析和現(xiàn)場調(diào)研，確定了海上平臺溢油事故的高風險設(shè)備和設(shè)施。海上平臺高風險設(shè)備設(shè)施包括：開排罐、火炬分液罐、舷外管線、外輸軟管以及海底管道。同時分析了高風險設(shè)備、設(shè)施造成溢油事故的原因，并針對性地提出溢油風險防控措施。

1）針對開排罐在暴雨等極端天氣下發(fā)生冒罐，導致溢油事故的風險，建議保持平臺甲板表面清潔，另外要特別關(guān)注天氣，尤其是暴雨或大風等極端天氣，在極端天氣到來前要保障開排至閉排的濾網(wǎng)清潔，保證開排向閉排轉(zhuǎn)液通暢，并將開排及閉排液位維持在較低水平。

2）針對火炬分液罐裹挾液相噴出造成溢油事故的風險，建議在日常生產(chǎn)過程中密切注意火炬分液罐，防止火炬分液罐液位過高；另外在緊急泄壓時，及時將火炬分液罐伴熱熱介質(zhì)油溫設(shè)定提高，防止火炬分液罐降溫結(jié)凍。

3）針對舷外管線泄漏造成溢油事故的風險，建議除日常加強舷外管線的巡查力度外；條件允許情況下，在棧橋下方加裝帶圍堰甲板，用以阻擋溢油泄漏入海，為溢油回收創(chuàng)造時間。

4）針對輸油軟管斷裂造成溢油事故的風險，應(yīng)做好遇到海上突發(fā)事件緊油輪急離泊的準備；另外建議有此項作業(yè)的平臺及有外輸作業(yè)任務(wù)的平臺、FPSO 應(yīng)配備足量的溢油回收物資，如吸油毛氈、吸油拖欄等，一旦發(fā)生輸油軟管斷裂，立即對溢油進行吸附和回收。

5）針對海管泄漏造成溢油事故的風險，除加強日常巡線、上下游數(shù)據(jù)監(jiān)測外，建議改造海底管道的上下游泵站工藝流程，使其具備兩端抽油功能。當海底管道發(fā)生泄漏時，兩端泵站同時抽取管內(nèi)油品，使海底管道形成負壓，從而減少甚至阻止溢油發(fā)生。