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

在埕北油田設備設施整體升級改造項目設計階段，工程建設中心技術部工藝室對儲罐區(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，安全風險系數很高。技術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備的火災爆炸模擬分析，根據各工藝節(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。二級生產分離器入口加熱器位于前述換熱器西側，距離原油儲罐更遠，且后果影響的計算結果也更小，因此，在儲罐區(qū)與工藝生產區(qū)之間增加隔離防火措施的必要性非常大。

2 技術簡介

（1）在埕北油田設備設施整體升級改造項目設計階段，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依據英國健康與安全執(zhí)行局統(tǒng)計的碳氫化合物泄漏數據庫，綜合考慮設備和連接管線尺寸、壓力、存儲介質等因素影響，可以計算設備、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)計的數據庫。PHAST是一款專門用于石油天然氣以及石化領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定，包括設備類型、物質種類、操作參數、泄漏方式、周圍環(huán)境等設置，即可量化模擬工藝裝置發(fā)生泄漏后引發(fā)的火災、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）設計中考慮了工藝組塊與儲罐之間的交互影響，設計了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。根據設計文件中原油/原油換熱器橇塊X2002最高可達5.5 m，一級生產分離器撬X2001A/B最高可達 6.6 m，由于設備底部發(fā)生泄漏事故的概率大于設備頂部，并考慮發(fā)生泄漏后形成池火影響的權重，建議防火墻高度選取設備高度的一半，即3.5 m。由于設備位于平臺頂層甲板，且部分位于吊機作業(yè)范圍內，因此應對相應設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 隔離防火設計優(yōu)化的過程

3.1 原設計方案

在設計前期結合本項目開發(fā)設計施工方案和調研情況，設計方擬定在BSL平臺儲罐區(qū)3個大罐上設計水幕隔離防火，增設了2臺冷卻水泵提供水幕水源。技術部工藝室經過研究分析，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)產生危險?？紤]水幕隔離設計存在的問題，技術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、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（F2），油氣處理部分和原油儲罐子單元的特殊工藝危險系數分別為較大級，即3.80和3.71，說明本項目的工藝條件導致火災、爆炸事故發(fā)生概率較大。為此建議設計單位在儲罐區(qū)和油氣處理區(qū)之間設置防火墻進行隔離防火。

（2）設計單位采納了我方意見后，在儲油罐區(qū)和油氣處理區(qū)之間設置A0級防火墻。技術部工藝室考慮到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備帶來潛在的風險。在編號為API RP 14J《海上生產設施設計與危險分析推薦做法》的規(guī)范第 5.4中明確規(guī)定：應設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施的危害影響（由于原油儲罐發(fā)生泄漏火災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）。在設計中為新增工藝設備的下層甲板與儲罐之間均設置了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平臺最重要的一條通道，因此A60防火墻的設置，也為人員在工藝裝置發(fā)生火災、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 埕北油田設備設施

4 應用的結果和推廣建議

（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，安全系數提高近50%，在對平臺的安全生產起到保障的同時，也節(jié)省了2臺冷卻水泵的投資（約200多萬元人民幣）。

（2）經過 FEA（Fire Explosion Analysis，火災爆炸分析）分析，充分肯定了在2個區(qū)域之間設置A60防火墻的必要性。A60防火墻布置依托新建BSL平臺東側甲板邊緣，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。此方案的技術革新，對于大型改造項目的儲罐區(qū)和生產區(qū)隔離防火起到了極大的借鑒作用。