浮式裝置LPG回收安全可靠性設(shè)計

孫伯娜，于成龍，孫伯彬，陳 賓，覃柳莎

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

1 LPG的特點(diǎn)及危險性

LPG，即液化石油氣，是丙烷和丁烷的混合物，通常伴有少量的丙烯和丁烯，為無色氣體或黃棕色油狀液體。LPG的膨脹系數(shù)大，約為250倍的氣態(tài)石油氣，一旦泄漏，會迅速氣化； LPG密度比空氣重，一旦泄漏容易積聚，且爆炸極限低，遇火會發(fā)生燃燒和爆炸，因此是一種較為危險的物質(zhì)。LPG的體積壓縮系數(shù)為體積膨脹系數(shù)的一半左右，隨著溫度升高(如發(fā)生火災(zāi)等)，LPG儲罐內(nèi)壓力會急劇升高，如不采取合理保護(hù)措施，可能存在超壓、破裂等風(fēng)險。

浮式裝置上設(shè)置LPG回收系統(tǒng)可以回收油田多余伴生氣中的重組分，解決伴生氣作為燃料氣熱值偏高的問題；伴生氣至火炬燃燒產(chǎn)生黑煙的問題；同時能獲得LPG產(chǎn)品以及重?zé)N產(chǎn)品，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。因此，雖然LPG本身是一種較為危險的物質(zhì)，但在浮式裝置上設(shè)置LPG回收已成為海洋石油開發(fā)的新趨勢。

2 LPG回收系統(tǒng)的安全性及可靠性設(shè)計

與陸地不同，海上浮式裝置獨(dú)立于海洋環(huán)境，一旦發(fā)生泄漏或火災(zāi)，外在的消防安全保護(hù)措施等很難及時獲得；另外浮式裝置要在有限的空間內(nèi)要設(shè)置油氣處理設(shè)施、LPG回收及儲存設(shè)施，以及供生產(chǎn)人員居住的生活樓，一旦發(fā)生泄漏或火災(zāi)，不光會造成生產(chǎn)事故還可能會危及生產(chǎn)人員的人身安全，因此，對于浮式裝置需要考慮更多可靠及安全的措施，一方面確保本質(zhì)安全，另一方面防止LPG泄漏造成火災(zāi)和爆炸的風(fēng)險。南海某浮式裝置為了解決燃料氣組分中，火炬燃燒冒黑煙等問題，設(shè)置了LPG回收裝置。為確保設(shè)計的安全和可靠性，采取了以下多個措施。

(1)采用深度聚結(jié)脫水裝置，控制系統(tǒng)內(nèi)的含水量。通過模擬，當(dāng)LPG回收裝置入口含水較高時，會造成塔的不收斂。實際生產(chǎn)中，如果裝置入口含水過多，會產(chǎn)生泛液淹塔等問題，造成處理不達(dá)標(biāo)。LPG本身并沒有腐蝕性，當(dāng)LPG遇水時，可能會造成設(shè)備和管線的腐蝕，因此必須嚴(yán)格控制LPG系統(tǒng)的含水量。為解決上述兩個問題，在回收裝置入口設(shè)置聚結(jié)濾器，利用納米纖維濾芯兼具破乳和聚結(jié)作用的原理，將裝置入口的總水(包含乳化水)含量降低至45 mg/kg以下，同時在回收系統(tǒng)的回流罐底部設(shè)置水包收集LPG產(chǎn)品中的水，定期排放，從而既有效避免LPG儲罐底部長時間因積水造成腐蝕泄漏，又確保塔的穩(wěn)定運(yùn)行。

(2)采用注水和注氮?dú)夥乐箖扌孤?。LPG儲罐的泄漏最容易出現(xiàn)在儲罐底部和頂部，針對這一特點(diǎn)，研究了防止LPG 儲罐泄漏的措施。在LPG儲罐底部設(shè)置一套獨(dú)立的注水流程，緊急情況下啟動注水增壓泵將水從罐底注入，基于LPG與水的密度差，水將LPG抬高，直至將LPG與漏點(diǎn)隔離開，減小LPG的泄漏擴(kuò)散。同時在頂部設(shè)置注入氮?dú)獾墓芫€，當(dāng)罐頂發(fā)生微漏時，利用罐頂壓力控制氮?dú)庾⑷肓?，利用氮?dú)廨p于LPG的特點(diǎn)，確保首先泄漏出來的是氮?dú)舛皇荓PG，從而有效減少頂部LPG儲罐的泄漏風(fēng)險。除頂部注入氮?dú)?，在LPG儲罐泄漏時，在現(xiàn)場條件允許的情況下，通過現(xiàn)有設(shè)施將發(fā)生泄漏的罐內(nèi)LPG通過相應(yīng)管線倒入到安全儲罐中，避免大量泄漏。

(3)LPG儲罐采用特殊保溫材料，有效降低火災(zāi)泄放量。LPG儲罐上通常設(shè)置火災(zāi)工況的PSV用于火災(zāi)工況下LPG的泄放，防止儲罐超壓破壞。根據(jù)以往經(jīng)驗，計算PSV泄放量時通常環(huán)境系數(shù)選取為1，由于LPG儲罐的體積較大，如果按照常規(guī)做法計算，PSV的泄放量非常大，平臺的火炬臂尺寸和長度也將非常大。通過研究，LPG儲罐選用合適的保溫材料和防火涂料，LPG儲罐可以在火災(zāi)工況下，承受高溫2 h，根據(jù)規(guī)范，此時PSV泄放量計算時，環(huán)境系數(shù)可以選擇為0.15，PSV的泄放量可以降低至原泄放量的15%，從而有效降低火災(zāi)泄放量，同時有效降低火炬的長度和火炬，提高安全性，減少平臺投資。

(4)采取合理的外輸方案，確保外輸安全。LPG 的外輸采用外輸軟管與外輸油輪相連，為防止LPG 外輸過程中因流速過快，產(chǎn)生靜電，外輸流速控制在3 m/s以下，同時設(shè)置殘液回收壓縮機(jī)、殘液回收泵以及相應(yīng)的氮?dú)獯祾吖苈罚_?；厥涨昂螅廨敼苈返陌踩?。

(5)裝置采用低溫設(shè)計。LPG的汽化潛熱大，一旦發(fā)生泄漏或者在BDV緊急泄放時會產(chǎn)生非常低的溫度，最低可達(dá)-40 ℃，為防止低溫造成設(shè)備、管線和儀表破壞，整個LPG回收及儲存的裝置的設(shè)計均考慮選用耐低溫材質(zhì)，防止低溫造成設(shè)備和管線儀表損壞，避免造成泄漏等風(fēng)險。

(6)裝置關(guān)鍵部位采用焊接。對于LPG儲罐關(guān)鍵部位連接形式采用焊接。為降低泄漏的風(fēng)險，從設(shè)計上，安裝在罐體底部上的儀表以及與罐底相連的首個關(guān)斷閥均采用焊接的連接形式，避免采用法蘭連接帶來泄漏的風(fēng)險。

(7)輸送泵采用屏蔽泵。泵泄漏是工藝處理設(shè)備中常見的一種泄漏，基于LPG的危險性，所有的LPG系統(tǒng)用泵均采用屏蔽泵，而非常規(guī)的離心泵，從而確保發(fā)生泄漏的情況下，不會有大量LPG泄漏到平臺上。

(8)儲罐周圍設(shè)置圍堰，避免LPG范圍擴(kuò)大。為防止LPG儲罐泄漏造成更大的事故，考慮在每個LPG儲罐周圍設(shè)置獨(dú)立的高度20 cm的圍堰，一旦LPG發(fā)生泄漏，將LPG泄漏的范圍控制在最小，圍堰內(nèi)設(shè)置常閉的開排管線，用于LPG儲罐維修以及雨水的排放。

(9)采用水噴淋稀釋惰化泄漏的LPG。當(dāng)LPG儲罐發(fā)生泄漏時，LPG 會迅速氣化形成 LPG 蒸汽云，遇火源會發(fā)生爆炸 (稱作蒸汽云爆炸)。為防止爆炸，對于海上生產(chǎn)設(shè)施，當(dāng)可燃?xì)馓筋^探測到LPG泄漏時，需立即自動啟動LPG發(fā)生泄漏儲罐以及相鄰罐體的雨淋閥，對LPG儲罐區(qū)進(jìn)行水噴淋，以達(dá)到稀釋惰化LPG蒸汽的目的，降低爆炸的風(fēng)險。

(10)采用CO2滅火系統(tǒng)滅火，同時采用水噴淋降溫。當(dāng)探測到火災(zāi)信號時，海上生產(chǎn)設(shè)施的消防系統(tǒng)應(yīng)立即啟動：如已經(jīng)打開了儲罐區(qū)的水噴淋系統(tǒng)，應(yīng)立即關(guān)閉LPG儲罐頂部閥區(qū)的水噴淋，同時自動打開干粉系統(tǒng)的干粉炮，對火災(zāi)進(jìn)行撲滅。如未打開儲罐區(qū)的水噴淋，應(yīng)立即打開著火罐罐體及相鄰罐體(包含閥區(qū))的水噴淋進(jìn)行冷卻保護(hù)，防止暴露于火焰中的儲罐發(fā)生沸液蒸汽爆炸，同時打開干粉系統(tǒng)的干粉炮，對火災(zāi)進(jìn)行撲滅。

3 小結(jié)

南海某項目的LPG回收設(shè)計，從工藝流程設(shè)計，設(shè)備、儀表、材料選型以及消防設(shè)計等多個方面進(jìn)行特殊考慮，確保了本質(zhì)的設(shè)計安全和可靠性，值得今后項目參考和借鑒。