海洋石油平臺燃氣發電機房危險區劃分探討

鄭 路，吳 磊，鐘小俠，梁建斌，陳 希

(中海石油(中國)有限公司天津分公司工程建設中心 天津 300459)

0 引言

目前有較多海上平臺設置小型燃氣發電設備以有效利用少量伴生氣，降低主電站原油或柴油消耗，節能減排[1]，比較適用于海上邊際油氣田開發。

燃氣發電機使用可燃氣體作為燃料，具有烴類燃料的原動機是成型成熟的產品，通常不考慮原動機內部的烴類燃料氣泄露，存放燃氣發電機設備的房間可不劃分為危險區。但是在燃料氣輸送過程中需考慮供氣管系等配套設備的泄露導致爆炸性混合物聚集發生爆炸的風險，依據相關規范[2]，氣體燃料管路所在的圍蔽或半圍蔽處所應該劃分為1類危險區，燃氣發電機設備房間必然有供氣管路進入，那么燃氣發電機房理應劃分為1類危險區。可見燃氣發電機及其配套設備的危險區劃分方法是值得探討的問題，其劃分是否準確合理對平臺整體的安全和運營成本影響重大[3-4]。

目前海上油田工程項目的通常做法是依據相關標準規范，在充分通風的情況下不將燃氣發電機房劃分為危險區，既保障安全又能有效降低投資。本文以渤海某工程項目為例，說明燃氣發電機房危險區劃分的具體做法。

1 渤海某項目燃氣發電機房危險區劃分

1.1 電站情況介紹

渤海某新建項目A根據燃料氣熱值、區域管網逐年氣量、油田逐年電氣負荷綜合考慮，設置5臺4400kW燃氣發電機組，燃氣發電機組參數如表1所示。

表1 燃氣發電機參數Tab.1 Parameters of gas generator

5臺機組布置在上層甲板，設置發電機房，房間尺寸為18500mm×24200mm×9000mm。

1.2 燃氣發電機房危險區劃分參考依據

危險區劃分參考的主要規范為API RP505—2018《1類，0區，1區和2區石油設施電氣設備位置分類的推薦實施規程》、IEC 60079—10《爆炸性氣體 區域分類爆炸性氣體》。根據相關規范，對于以烴類為燃料的單臺功率不超過5600kW(7500HP)的原動機，可通過提供充分通風把存放此類設備的封閉房間劃為非分類區。由此可知，項目A燃氣發電機房在保障充分通風的前提下，可以不劃分為危險區。

1.3 充分通風的計算

封閉區域充分通風的標準是人工通風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其可燃(爆炸)下限(LEL)濃度的25%。實際上爆炸下限的25%是較難量化的指標，工程中的通常做法是依據相關規范的計算公式計算出保障房間充分通風的最小換氣次數，從而保障充分通風。

IEC 60079—10附則B對充分通風給出了明確的計算法則。首先根據氣體種類、特性、壓力和釋放量確定相關參數，計算所需的最小通風量：

對于燃氣輸送管道的泄露點，IEC 60079—10中規定：預計在正常運行下不會釋放，即使釋放也僅是偶爾短時釋放的釋放源，可劃為第二級釋放源。燃氣輸送管道的泄露點一般認為屬于第二級釋放源，因此k取0.5。

燃氣管道泄漏量的計算比較復雜，此處假設泄露氣體為1p＝100kPa的甲烷，只考慮法蘭失效的泄漏情況，根據經驗最大釋放率LEL＝0.033kg/m3，釋放等級為secondary，k＝0.5，則：

算得最小通風量之后，結合假定體積及擴散時間的估計值，便可計算出通風的程度，公式如下：

式中，C為單位時間內新鮮空氣的置換次數；f為矯正系數，f＝1代表理想通風，f＝5為通風不良。

由于Vz為假定體積，即假定新鮮空氣在理想流動的情況下，在釋放源處與釋放氣體發生瞬間、均勻混合而成的可燃性氣體體積。如果認為假定體積不超過燃氣原動機所處的圍蔽場所體積的1%，則有：

換氣次數為，假設燃氣發電機處所的空間體積為500m3，則換氣次數不應小于 28次/h。

以上依據IEC 60079—10規范進行的計算基于幾個假設：房間內可燃氣體主要為甲烷，泄露源來自法蘭泄露，釋放速率采用最大釋放速率，房間體積為500m3。規范中對于房間體積的估計較為保守，實際上燃氣發電機房間體積遠大于500m3，更少的換氣次數即可滿足充分通風的要求。

考慮安全裕度，項目A燃氣發電機房通風次數以28次/h作為基準，采用機械送風、機械排風方式，送風風量30次/h，排風風量28次/h。

1.4 其他技術措施

燃氣發電機房的通風進出口均應裝有防火風閘，防火風閘耐火應滿足防火分隔等級要求；在燃氣發電機房適當位置設有可燃氣體泄漏探測器、熱探測器、煙探測器和火焰探測器，以實時監控天然氣潛在泄漏源；燃氣發電機房采用七氟丙烷滅火系統。

2 結論

①對于燃氣發電機房而言，通風是影響其危險區劃分的重要因素，依據相關規范確定合理的充分通風條件，即可將燃氣發電機房調整為非危險區類，有利于工程項目降本。

②關于充分通風的標準尚未有統一認識，建議在依據規范計算的基礎上保守取值，以確保安全。