半潛起重拆解平臺(tái)人員安全分析

周喜寧 周曉潔 陳伶翔

（1.招商局重工（江蘇）有限公司 南通226100；2.上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司 上海200125）

引 言

自1960年來(lái)，全球共建造7 000多座海上石油生產(chǎn)設(shè)施，根據(jù)國(guó)際咨詢公司IHS（Information Handling Services）報(bào)告，預(yù)計(jì)未來(lái)5年內(nèi)將有600多個(gè)海上油氣設(shè)施拆除項(xiàng)目，半潛起重拆解居住平臺(tái)的需求將迎來(lái)高峰［1］。半潛起重拆解平臺(tái)本身是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，人員居住較多，一旦發(fā)生意外（如：艙室起火、吊物墜落、平臺(tái)失穩(wěn)、結(jié)構(gòu)失效、相鄰建筑物爆炸等）將會(huì)嚴(yán)重影響平臺(tái)上的人員生命安全。若無(wú)法及時(shí)將平臺(tái)人員疏散至臨時(shí)避難所或安全集合站并引導(dǎo)他們安全撤離，會(huì)對(duì)人員生命財(cái)產(chǎn)造成巨大損失［2］。因此，對(duì)拆解平臺(tái)的安全設(shè)施以及人員安全進(jìn)行分析非常必要。

1 逃生路線安全分析

1.1 重大事故分析

拆解平臺(tái)在運(yùn)行過(guò)程中可能會(huì)發(fā)生平臺(tái)失火、失穩(wěn)、結(jié)構(gòu)失效、直升機(jī)墜落、吊物墜落等重大事故，在分析拆解平臺(tái)人員安全之前，需對(duì)這些事故發(fā)生的位置以及產(chǎn)生的影響進(jìn)行分析，以便更好地評(píng)估并制定平臺(tái)逃生撤離方案。［3］

1.1.1 火災(zāi)

平臺(tái)上最可能發(fā)生的事故便是火災(zāi)。平臺(tái)本身潛在的火災(zāi)發(fā)生部位為以下幾個(gè)位置：機(jī)艙、生活區(qū)、直升機(jī)燃油系統(tǒng)、駕駛室、中控室、儀表室、浮箱泵房及推進(jìn)器間等。相鄰結(jié)構(gòu)發(fā)生火災(zāi)、爆炸時(shí)，有毒有害氣體也會(huì)威脅平臺(tái)人員的安全。表1是不同位置火災(zāi)產(chǎn)生的影響分析。

表1 不同位置火災(zāi)產(chǎn)生的影響分析

1.1.2 失穩(wěn)

極端惡劣環(huán)境、壓載水系統(tǒng)失效、結(jié)構(gòu)失效以及其他船舶的撞擊都會(huì)導(dǎo)致拆解平臺(tái)失去穩(wěn)性。人員可以通過(guò)救生艇或者救生筏及時(shí)撤離逃生，如果撤離不及時(shí)，平臺(tái)橫傾或者縱傾很大，會(huì)導(dǎo)致救生艇或者救生筏不能下放，而引起人員傷亡。

1.1.3 結(jié)構(gòu)失效

拆解平臺(tái)的結(jié)構(gòu)是經(jīng)過(guò)校核驗(yàn)證的，失效的可能性很低。但是若設(shè)計(jì)、建造、安裝、操作時(shí)出現(xiàn)人為失誤而導(dǎo)致平臺(tái)結(jié)構(gòu)失效，這種情況下，人員的第一選擇是去臨時(shí)避難所集結(jié)或者通過(guò)直升機(jī)撤離；當(dāng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)失效過(guò)快而無(wú)法挽回時(shí)，平臺(tái)應(yīng)急管理組需關(guān)閉平臺(tái)，臨時(shí)避難所里的人員可通過(guò)救生艇或救生筏撤離。

1.1.4 吊物墜落

平臺(tái)在設(shè)計(jì)初期考慮到墜物帶來(lái)的危害，對(duì)吊機(jī)工作區(qū)域進(jìn)行設(shè)計(jì)，避免吊物墜落至駕駛室、上層建筑、浮箱以及立柱等關(guān)鍵區(qū)域。如果吊物直接墜落至上船體主甲板貨物區(qū)，人員仍舊可以通過(guò)兩側(cè)救生艇平臺(tái)逃生，對(duì)逃生和疏散的影響很小。

1.1.5 有毒有害氣體泄漏

拆解平臺(tái)本身不產(chǎn)生有毒氣體，有毒氣體主要來(lái)源于拆解模塊。當(dāng)有毒氣體警報(bào)響起，人員需快速撤離至臨時(shí)避難所，避免暴露在有毒氣體中。

相鄰結(jié)構(gòu)物發(fā)生有毒有害氣體泄漏（如碳?xì)錃怏w），拆解平臺(tái)如在有毒氣體下風(fēng)口，則需要現(xiàn)場(chǎng)評(píng)估分析，判斷是否需要重新定位，進(jìn)而重新采用舷梯連接相鄰結(jié)構(gòu)物。

1.1.6 與其他船碰撞

平臺(tái)供應(yīng)船或過(guò)往船只與平臺(tái)發(fā)生碰撞，如果碰撞影響較大，會(huì)使平臺(tái)急速傾斜，人員來(lái)不及撤離，最終導(dǎo)致人員傷亡。

1.1.7 重要系統(tǒng)失效

拆解平臺(tái)重要系統(tǒng)（如定位系統(tǒng)）發(fā)生故障時(shí)，如果平臺(tái)喪失定位能力，為保證人員安全，需通過(guò)救生艇進(jìn)行撤離。

1.2 逃生時(shí)間計(jì)算

1.2.1 逃生速度

依據(jù)新客船和現(xiàn)有客船撤離分析指南規(guī)定，逃生人數(shù)≥150人或者＜150人時(shí)，根據(jù)通道擁擠程度，人員在走廊和上下樓梯的流速如表2所示。［4-5］

1.2.2 逃生時(shí)間計(jì)算

如果危險(xiǎn)發(fā)生在本平臺(tái)，人員需要經(jīng)過(guò)逃生通道逃離至臨時(shí)避難所或救生艇集合站。浮箱中推進(jìn)器艙距離集合站最遠(yuǎn)，計(jì)算人員由推進(jìn)器間撤離至集合站的時(shí)間為本平臺(tái)的最長(zhǎng)撤離時(shí)間。假設(shè)8層甲板4號(hào)推進(jìn)器間為逃生起始點(diǎn)，主甲板救生艇集合站或者臨時(shí)避難所為逃生終點(diǎn)。當(dāng)發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)，平臺(tái)發(fā)出警報(bào)，人員聽(tīng)到警報(bào)，反應(yīng)60 s后進(jìn)行逃生；之后從8層甲板#4推進(jìn)器間逃生，需進(jìn)行水平、樓梯上行、穿過(guò)水密門等動(dòng)作，最終到達(dá)救生艇集合站或者臨時(shí)避難所。具體逃生路線如圖1和圖2所示。

表2 人員行走速度

圖1 逃生至救生艇集合站

圖2 逃生至應(yīng)急避難所

如果危險(xiǎn)發(fā)生在相鄰建筑物，本平臺(tái)設(shè)計(jì)最大居住人數(shù)為750人，按照日夜班輪崗，相鄰建筑物最大人數(shù)為設(shè)計(jì)最大居住人數(shù)的一半。平臺(tái)舷梯寬1.2 m，長(zhǎng)39 m。依據(jù)規(guī)范MSC_CIR_1238規(guī)定［4］，初始密度為2人/m，初始流量為1.25人/（m·s），正常逃生流量為1.32人/（m·s）。經(jīng)計(jì)算，逃生時(shí)，舷梯最后一人所需等待時(shí)間為284 s，然后通過(guò)舷梯、走廊、樓梯逃向救生艇集合站或臨時(shí)避難所，具體計(jì)算時(shí)間見(jiàn)表3。

1.3 逃生路線分析

本平臺(tái)共有10層甲板，應(yīng)對(duì)每層甲板的逃生路線進(jìn)行分析，以確保整個(gè)平臺(tái)的逃生滿足要求。其中上船體有4層甲板，主甲板由機(jī)修間、應(yīng)急發(fā)電機(jī)間、儲(chǔ)存間、醫(yī)務(wù)室、接待室、更衣室、辦公室、蓄電池間、駕駛樓等房間組成，且所有房間均有兩個(gè)相互遠(yuǎn)離的出口至主甲板逃生通道，主甲板上工作人員可通過(guò)主甲板逃生通道撤離至艏艉救生艇集合站。當(dāng)發(fā)生氣體泄漏警報(bào)時(shí)，人員也可以撤離至臨時(shí)避難所。本平臺(tái)主甲板逃生路線寬度大于1.2 m，樓梯寬度大于1.3 m，符合逃生要求。主甲板逃生路線見(jiàn)圖3。

表3 逃生時(shí)間計(jì)算 s

圖3 主甲板逃生路線

1層甲板和2層甲板主要由居住區(qū)、辦公室、會(huì)議室、更衣室、洗衣房、廚房、雜物間、機(jī)艙、低/高壓配電間，以及系泊絞車間和空調(diào)房組成。每層甲板的4個(gè)角分別有1個(gè)梯道，其中艉部?jī)商莸肋B通1～3甲板，人員可以使用該通道直接由3甲板穿過(guò)2甲板和1甲板而到達(dá)主甲板；艏部的2臺(tái)梯道則需穿過(guò)1甲板以后，通過(guò)主甲板以上生活樓才能逃生至救生艇集合站。為防止擁擠，1層和2層甲板內(nèi)部走廊寬度設(shè)計(jì)大于1.2 m，且該位置樓梯需滿足生活區(qū)和機(jī)械處所人員共同逃生要求。樓梯寬度大于1.3 m，由生活區(qū)逃向梯道處的門為逃生關(guān)鍵位置（見(jiàn)圖4）。為滿足逃生要求，此位置采用寬度為1.1 m的雙開(kāi)門。

3層甲板由居住區(qū)、機(jī)艙、交換器間、機(jī)械間和空調(diào)間組成，每個(gè)機(jī)艙都有兩個(gè)相互遠(yuǎn)離的出口，人員可以穿過(guò)其中一個(gè)出口直接通到走廊，或者通過(guò)另外一個(gè)出口進(jìn)入相鄰機(jī)艙，最后通過(guò)相鄰機(jī)艙進(jìn)入走廊進(jìn)行逃生。

圖4 1-3層甲板逃生關(guān)鍵點(diǎn)

圖5 機(jī)艙逃生路線

上船體距基線30 m處雙層底主要是電纜管系通道，除檢測(cè)以外沒(méi)有工作人員，無(wú)需考慮逃生；立柱有4層甲板，每層甲板僅有1條逃生通道。依據(jù)船級(jí)社要求，在步行距離不大于5 m的情況下，只需設(shè)置1條逃生通道，因此立柱中僅設(shè)1條逃生通道滿足規(guī)范要求。［6］

浮箱主要由推進(jìn)器間、泵房和電工間構(gòu)成，推進(jìn)器間位于8層甲板，有兩條逃生路線：主逃生路線是通過(guò)斜梯穿過(guò)7層甲板，然后向上逃生至立柱中，穿過(guò)立柱逃往上船體；次要逃生通道直接從推進(jìn)器間的逃生井攀爬直梯至主甲板，均符合規(guī)范要求。

圖6 推進(jìn)器間逃生路線

綜上所述，本平臺(tái)每層甲板的逃生路線均滿足規(guī)范要求。當(dāng)意外發(fā)生時(shí)，能夠保證人員通過(guò)逃生路線撤離，確保平臺(tái)人員安全。

2 臨時(shí)避難所安全分析

2.1 臨時(shí)避難所要求

臨時(shí)避難所是平臺(tái)發(fā)生火災(zāi)、爆炸等危險(xiǎn)事故后，平臺(tái)人員等待危險(xiǎn)事故處理期間所待的一個(gè)免受自身傷害的處所。該處所需要提供充足的氧氣，隔熱、防沖擊，防止有毒、有害氣體進(jìn)入等功能。本平臺(tái)的臨時(shí)避難所設(shè)置在1層甲板首部和駕駛室內(nèi)，總面積約436 m2。按照平臺(tái)設(shè)計(jì)人數(shù)750人計(jì)算，人均面積超過(guò)0.35 m2，符合國(guó)際海事組織要求。

依據(jù)計(jì)算：事故發(fā)生報(bào)警后，船上不同位置的人員逃生至臨時(shí)避難所，所需時(shí)間最多為14 min，在避難所中等待平臺(tái)應(yīng)急管理組會(huì)對(duì)事故進(jìn)行評(píng)估、判斷是否需要關(guān)閉平臺(tái)約15 min，因此臨時(shí)避難所續(xù)航時(shí)間至少為30 min。下文將對(duì)臨時(shí)避難所中氧氣（O2）、二氧化碳（CO2）、一氧化碳（CO）、硫化氫（H2S）等氣體的濃度進(jìn)行分析，從而證明當(dāng)前臨時(shí)避難所滿足安全要求。

2.2 氣體濃度標(biāo)準(zhǔn)

臨時(shí)避難所空氣中各氣體成分應(yīng)該保持在正常水平。當(dāng)各氣體成分變化時(shí)，會(huì)影響人員舒適性，甚至?xí)：Φ饺藛T的安全，因此有必要對(duì)空氣中氣體進(jìn)行分析，以保證平臺(tái)人員的安全。表4和表5是空氣中不同濃度氣體對(duì)人體產(chǎn)生的危害。［7］

表4 不同氣體濃度對(duì)人員的傷害

表5 有毒氣體濃度對(duì)人員的傷害

2.3 氣體濃度計(jì)算及安全分析

臨時(shí)避難所通風(fēng)系統(tǒng)安裝有危險(xiǎn)氣體檢測(cè)裝置。當(dāng)檢測(cè)到危險(xiǎn)氣體時(shí)，會(huì)自動(dòng)關(guān)閉風(fēng)閘，防止吸入有毒有害氣體；當(dāng)通風(fēng)系統(tǒng)關(guān)閉時(shí)，臨時(shí)避難所不與外界進(jìn)行氣體交換。如果要保證臨時(shí)避難所中人員的安全，則需要有足夠的氧氣，且有害氣體的濃度不能超過(guò)表5的要求。

（1）臨時(shí)避難所總體積為6 976 m3，按照保守估計(jì)，里面70%的空間可自由活動(dòng)（約4 883 m3）。根據(jù)熱環(huán)境人機(jī)工程學(xué)規(guī)定，人員在較輕的工作負(fù)荷下，呼吸速率為25 L/min，氧氣消耗速率為4.5%v/v。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，每人每分鐘需消耗1.125 L氧氣［7］，按照平臺(tái)最大停留人員750人計(jì)算，將氧氣濃度從21%降低到17%約需232 min，超過(guò)臨時(shí)避難所30 min的標(biāo)準(zhǔn)，滿足安全要求。同理，經(jīng)過(guò)計(jì)算，CO2濃度上升5%所需的時(shí)間為289 min，也滿足要求。

（2）臨時(shí)避難所危險(xiǎn)氣體傳感器檢測(cè)到危險(xiǎn)氣體后，會(huì)自動(dòng)關(guān)閉分閘。依據(jù)設(shè)備資料，關(guān)閉風(fēng)閘時(shí)間約為5 s，在此期間CO會(huì)通過(guò)進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)入避難所，與人體血液中的血紅蛋白結(jié)合，形成一氧化碳血紅蛋白（COHb）。當(dāng)人體血液中COHb濃度達(dá)到15%時(shí)，人會(huì)產(chǎn)生頭疼、呼吸困難等癥狀，損害人體健康。人體血液中COHb濃度采用下述公式計(jì)算［8］：

式中：CO為CO的濃度，mg/m3；BR為人體呼吸速率，平均4.17×10-4m3/s；t為停留時(shí)間，s。

臨時(shí)避難所中CO的濃度與釋放源的釋放速度和氣體濃度有關(guān)，一般情況下CO的釋放速度為15 kg/s，最大釋放速度是50 kg/s。依據(jù)研究表明，釋放源為燃?xì)鈬娚浠馂?zāi)時(shí)，CO濃度典型值為0.04%；釋放源為通風(fēng)良好的液池火災(zāi)時(shí)，CO濃度典型值為0.08%。本文采用較保守的0.1%進(jìn)行分析［9］。在風(fēng)閘關(guān)閉時(shí)間為5 s的情況下，采用連續(xù)攪拌反應(yīng)器系統(tǒng)（CSTR）模型計(jì)算臨時(shí)避難所CO的濃度，得到在血液中COHb濃度達(dá)到15%時(shí)的所需時(shí)間，見(jiàn)表6。

表6 血液COHb達(dá)到15%時(shí)的所需時(shí)間計(jì)算

（3） 空氣中H2S的濃度與井噴和環(huán)境情況有很大影響，實(shí)際計(jì)算時(shí)需要通過(guò)儀器測(cè)量得到。在缺少有效信息的情況下，分別對(duì)H2S濃度為30.78 mg/m3、46.17 mg/m3以及 61.56 mg/m3進(jìn)行分析。依據(jù)CSTR模型計(jì)算，在不同濃度下，15 min和30 min后臨時(shí)避難所內(nèi)H2S濃度見(jiàn)表7。

研究表明，人員暴露在H2S濃度為15.39 mg/m3的環(huán)境中15 min，便會(huì)受到傷害。如表7所示，外部H2S濃度超過(guò)61.56 mg/m3時(shí)，避難所中H2S的濃度可能超過(guò)安全界限。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年井噴發(fā)生的概率為1.21×10-4次，記錄在挪威科技工業(yè)研究所（SINTEF）井噴數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)有451條［10］，其中不到2%的記錄注明含有H2S。由此可知，每年H2S的泄漏頻率約2.42×10-6?？梢?jiàn)，由H2S導(dǎo)致臨時(shí)避難所中人員傷亡的概率很低，可以認(rèn)為是安全的。另外當(dāng)H2S泄漏時(shí)，拆解平臺(tái)可重新定位，以免受H2S的泄漏影響。

表7 臨時(shí)避難所H2S的濃度

3 結(jié) 語(yǔ)

本文首先分析了拆解平臺(tái)可能發(fā)生的重大事故，并對(duì)事故導(dǎo)致的影響進(jìn)行探討；然后計(jì)算了逃生時(shí)間、分析了逃生路線，對(duì)逃生路線中的關(guān)鍵位置進(jìn)行了一些修改；最后對(duì)臨時(shí)避難所的持續(xù)能力和氣體濃度進(jìn)行分析計(jì)算。綜合分析表明：本平臺(tái)在發(fā)生事故時(shí)，人員安全可以得到保障，必要時(shí)人員可以安全撤離。希望本文的研究分析能為后續(xù)平臺(tái)的設(shè)計(jì)和建造提供借鑒和技術(shù)積累。