海洋石油平臺(tái)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)房危險(xiǎn)區(qū)劃分探討

鄭 路，吳 磊，鐘小俠，梁建斌，陳 希

(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司工程建設(shè)中心 天津 300459)

0 引言

目前有較多海上平臺(tái)設(shè)置小型燃?xì)獍l(fā)電設(shè)備以有效利用少量伴生氣，降低主電站原油或柴油消耗，節(jié)能減排[1]，比較適用于海上邊際油氣田開(kāi)發(fā)。

燃?xì)獍l(fā)電機(jī)使用可燃?xì)怏w作為燃料，具有烴類燃料的原動(dòng)機(jī)是成型成熟的產(chǎn)品，通常不考慮原動(dòng)機(jī)內(nèi)部的烴類燃料氣泄露，存放燃?xì)獍l(fā)電機(jī)設(shè)備的房間可不劃分為危險(xiǎn)區(qū)。但是在燃料氣輸送過(guò)程中需考慮供氣管系等配套設(shè)備的泄露導(dǎo)致爆炸性混合物聚集發(fā)生爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，依據(jù)相關(guān)規(guī)范[2]，氣體燃料管路所在的圍蔽或半圍蔽處所應(yīng)該劃分為1類危險(xiǎn)區(qū)，燃?xì)獍l(fā)電機(jī)設(shè)備房間必然有供氣管路進(jìn)入，那么燃?xì)獍l(fā)電機(jī)房理應(yīng)劃分為1類危險(xiǎn)區(qū)。可見(jiàn)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)及其配套設(shè)備的危險(xiǎn)區(qū)劃分方法是值得探討的問(wèn)題，其劃分是否準(zhǔn)確合理對(duì)平臺(tái)整體的安全和運(yùn)營(yíng)成本影響重大[3-4]。

目前海上油田工程項(xiàng)目的通常做法是依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，在充分通風(fēng)的情況下不將燃?xì)獍l(fā)電機(jī)房劃分為危險(xiǎn)區(qū)，既保障安全又能有效降低投資。本文以渤海某工程項(xiàng)目為例，說(shuō)明燃?xì)獍l(fā)電機(jī)房危險(xiǎn)區(qū)劃分的具體做法。

1 渤海某項(xiàng)目燃?xì)獍l(fā)電機(jī)房危險(xiǎn)區(qū)劃分

1.1 電站情況介紹

渤海某新建項(xiàng)目A根據(jù)燃料氣熱值、區(qū)域管網(wǎng)逐年氣量、油田逐年電氣負(fù)荷綜合考慮，設(shè)置5臺(tái)4400kW燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組，燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組參數(shù)如表1所示。

表1 燃?xì)獍l(fā)電機(jī)參數(shù)Tab.1 Parameters of gas generator

5臺(tái)機(jī)組布置在上層甲板，設(shè)置發(fā)電機(jī)房，房間尺寸為18500mm×24200mm×9000mm。

1.2 燃?xì)獍l(fā)電機(jī)房危險(xiǎn)區(qū)劃分參考依據(jù)

危險(xiǎn)區(qū)劃分參考的主要規(guī)范為API RP505—2018《1類，0區(qū)，1區(qū)和2區(qū)石油設(shè)施電氣設(shè)備位置分類的推薦實(shí)施規(guī)程》、IEC 60079—10《爆炸性氣體 區(qū)域分類爆炸性氣體》。根據(jù)相關(guān)規(guī)范，對(duì)于以烴類為燃料的單臺(tái)功率不超過(guò)5600kW(7500HP)的原動(dòng)機(jī)，可通過(guò)提供充分通風(fēng)把存放此類設(shè)備的封閉房間劃為非分類區(qū)。由此可知，項(xiàng)目A燃?xì)獍l(fā)電機(jī)房在保障充分通風(fēng)的前提下，可以不劃分為危險(xiǎn)區(qū)。

1.3 充分通風(fēng)的計(jì)算

封閉區(qū)域充分通風(fēng)的標(biāo)準(zhǔn)是人工通風(fēng)條件能滿足防止油蒸氣與混合物或天然氣與空氣混合的濃度聚集到超過(guò)其可燃(爆炸)下限(LEL)濃度的25%。實(shí)際上爆炸下限的25%是較難量化的指標(biāo)，工程中的通常做法是依據(jù)相關(guān)規(guī)范的計(jì)算公式計(jì)算出保障房間充分通風(fēng)的最小換氣次數(shù)，從而保障充分通風(fēng)。

IEC 60079—10附則B對(duì)充分通風(fēng)給出了明確的計(jì)算法則。首先根據(jù)氣體種類、特性、壓力和釋放量確定相關(guān)參數(shù)，計(jì)算所需的最小通風(fēng)量：

對(duì)于燃?xì)廨斔凸艿赖男孤饵c(diǎn)，IEC 60079—10中規(guī)定：預(yù)計(jì)在正常運(yùn)行下不會(huì)釋放，即使釋放也僅是偶爾短時(shí)釋放的釋放源，可劃為第二級(jí)釋放源。燃?xì)廨斔凸艿赖男孤饵c(diǎn)一般認(rèn)為屬于第二級(jí)釋放源，因此k取0.5。

燃?xì)夤艿佬孤┝康挠?jì)算比較復(fù)雜，此處假設(shè)泄露氣體為1p＝100kPa的甲烷，只考慮法蘭失效的泄漏情況，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)最大釋放率LEL＝0.033kg/m3，釋放等級(jí)為secondary，k＝0.5，則：

算得最小通風(fēng)量之后，結(jié)合假定體積及擴(kuò)散時(shí)間的估計(jì)值，便可計(jì)算出通風(fēng)的程度，公式如下：

式中，C為單位時(shí)間內(nèi)新鮮空氣的置換次數(shù)；f為矯正系數(shù)，f＝1代表理想通風(fēng)，f＝5為通風(fēng)不良。

由于Vz為假定體積，即假定新鮮空氣在理想流動(dòng)的情況下，在釋放源處與釋放氣體發(fā)生瞬間、均勻混合而成的可燃性氣體體積。如果認(rèn)為假定體積不超過(guò)燃?xì)庠瓌?dòng)機(jī)所處的圍蔽場(chǎng)所體積的1%，則有：

換氣次數(shù)為，假設(shè)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)處所的空間體積為500m3，則換氣次數(shù)不應(yīng)小于 28次/h。

以上依據(jù)IEC 60079—10規(guī)范進(jìn)行的計(jì)算基于幾個(gè)假設(shè)：房間內(nèi)可燃?xì)怏w主要為甲烷，泄露源來(lái)自法蘭泄露，釋放速率采用最大釋放速率，房間體積為500m3。規(guī)范中對(duì)于房間體積的估計(jì)較為保守，實(shí)際上燃?xì)獍l(fā)電機(jī)房間體積遠(yuǎn)大于500m3，更少的換氣次數(shù)即可滿足充分通風(fēng)的要求。

考慮安全裕度，項(xiàng)目A燃?xì)獍l(fā)電機(jī)房通風(fēng)次數(shù)以28次/h作為基準(zhǔn)，采用機(jī)械送風(fēng)、機(jī)械排風(fēng)方式，送風(fēng)風(fēng)量30次/h，排風(fēng)風(fēng)量28次/h。

1.4 其他技術(shù)措施

燃?xì)獍l(fā)電機(jī)房的通風(fēng)進(jìn)出口均應(yīng)裝有防火風(fēng)閘，防火風(fēng)閘耐火應(yīng)滿足防火分隔等級(jí)要求；在燃?xì)獍l(fā)電機(jī)房適當(dāng)位置設(shè)有可燃?xì)怏w泄漏探測(cè)器、熱探測(cè)器、煙探測(cè)器和火焰探測(cè)器，以實(shí)時(shí)監(jiān)控天然氣潛在泄漏源；燃?xì)獍l(fā)電機(jī)房采用七氟丙烷滅火系統(tǒng)。

2 結(jié)論

①對(duì)于燃?xì)獍l(fā)電機(jī)房而言，通風(fēng)是影響其危險(xiǎn)區(qū)劃分的重要因素，依據(jù)相關(guān)規(guī)范確定合理的充分通風(fēng)條件，即可將燃?xì)獍l(fā)電機(jī)房調(diào)整為非危險(xiǎn)區(qū)類，有利于工程項(xiàng)目降本。

②關(guān)于充分通風(fēng)的標(biāo)準(zhǔn)尚未有統(tǒng)一認(rèn)識(shí)，建議在依據(jù)規(guī)范計(jì)算的基礎(chǔ)上保守取值，以確保安全。