提高油輪靠泊海上平臺外輸作業安全性的措施

郭俊杰，楊俊杰，翟學微，呂強，鄒偉

(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300451)

0 引言

海上某生產儲油平臺設計水深為20.4 m，甲板設有原油儲罐、電站、油氣水處理、惰氣系統等設施，在平臺南側設有5 000 t外輸油輪靠泊裝置，滿足平臺油氣水處理、儲油、外輸等方面的要求。穿梭油輪靠泊采用并靠生產儲油平臺，在油輪靠泊平臺時，依靠系泊系統將其固定在平臺一邊，系泊采用靠船架+系纜平臺的方式，在平臺外側設有兩個筒型基礎系纜平臺，系纜平臺與生產儲油平臺通過棧橋連接，外輸軟管的收放采用吊車配合。

1 原油外輸作業安全風險分析

安全靠泊平臺是一項復雜的任務，為將意外事件的風險降到最低，應了解掌握并綜合考慮可能影響靠泊作業安全與作業效率的所有有關因素[1]?？坎醋鳂I應考慮裕量、安全保障、應急情況與應急情況下可用于應急操作的設備和技術系統的可靠性。影響油輪靠泊平臺的安全與效率因素包括泊位狀態、船舶性能、環境載荷、船員狀況、信息資料等，其中環境載荷和泊位狀態是海上平臺關注的重點。原油外輸大致劃分為三個階段：油輪靠泊、原油外輸期間、油輪離泊，整個過程存在的安全環保風險有：靠泊作業碰撞、外輸過程油輪運動碰撞、軟管泄漏、系泊系統故障、儲油系統風險、應急系統失效、惡劣天氣等。影響因素又可分為主體因素(人員能力、管理水平)、客體因素(環境因素、設備因素)[2]。本文主要討論客體因素對原油外輸作業的影響，從油輪靠系泊、原油儲罐充艙、油輪應急解脫等關鍵環節重點把控，從而提高原油外輸作業的安全性。

2 油輪靠泊碰撞力與系泊力安全控制

平臺的靠泊作業通過設在生產儲油平臺導管架的靠船墊和設在帶纜走道處的系纜樁，以及在南北系纜平臺上配置的快速脫鉤裝置，共同組成該平臺的油輪靠泊系統。穿梭油輪靠系泊安全分析應考慮系纜力、靠船橡膠碰墊撞擊力、船體舷側結構強度和平臺結構強度，還應考慮自然環境條件的影響[3]。

2.1 外輸作業環境限制條件

采用直接靠泊方式進行外輸作業，對環境條件有嚴格限制，超出設計限制條件進行外輸作業時，會造成平臺較大振動[4]。根據《5000噸級油輪靠泊碰撞力及系纜力計算報告》，從系纜強度和橡膠護舷強度的角度，得到理想作業工況如下：風力≤6級，海上能見度在1海里以上，流速≤1節，油輪壓載系泊于平臺時，要求海浪條件為：迎浪波高小于3.0 m、斜浪波高小于2.5 m、橫浪(270°)波高小于1 m、橫浪(90°)波高小于1.5 m；油輪滿載系泊于平臺時，要求海浪條件為：迎浪波高小于3.5 m、斜浪波高小于2.0 m、橫浪(270°)波高小于1 m、橫浪(90°)波高小于1.5 m。

穿梭油輪靠系泊平臺時，橫浪下產生較大的撞擊力和系纜張力，斜浪次之，迎浪和隨浪工況產生較小的撞擊力和系纜張力。由于平臺與靠泊設施上已經考慮了環境力的方向性，因此總體而言油輪多數處于迎浪、隨浪或斜浪工況下，具有較小的運動幅值，產生較小的撞擊力和帶纜力。不過當波高較大時，應避免橫向靠泊或停止卸油作業。

從環境資料來看，應特別注意有關天氣和海況條件的預報，一旦有壞天氣出現，應提前將罐內原油提走，以保證充裕的油罐儲存量。平臺位置海流主要受潮流控制，所有統計結果都呈現潮流特征，流速隨水深變化不大，底層流速約為表層的0.7倍左右，海流有兩個相反的主流向，即漲潮流和落潮流流向，為東北偏東和西南偏西方向。在平臺海域，這兩個方向的流速差別不是很大，全年海水表層最大流速為1.25 m/s，平均流速為0.43 m/s，流速小于1 m/s的百分比為99.5%。

2.2 靠船架與橡膠護舷

在穿梭油輪靠泊平臺時，為了防止油輪與平臺的碰撞損壞平臺或者油輪，在平臺靠船一側設置了靠船架，同時在靠船架側面設置了橡膠護舷，使護舷吸收油輪的動能，減少撞擊力。在橡膠護舷的選擇和計算上：一方面要保證在一定環境載荷下，油輪與靠船架產生的撞擊力較小，一方面要保證橡膠護舷的變形在其設計壓縮變形內(一般為橡膠總變形量的52.5%)，碰撞力小于設計壓縮變形對應的碰撞力。這兩方面的要求是相互矛盾的，前者要求橡膠護舷剛度小，后者要求橡膠護舷剛度大，因此需要選擇具有合適剛度與厚度的橡膠護舷，使得碰撞力和橡膠護舷的變形都在橡膠護舷的設計范圍內，同時油輪受到的碰撞力之和較小。

平臺采用的橡膠為高反力型橡膠護舷，單個護舷達設計壓縮變形時(52.5%)，設計吸收能量為558 kN·m，撞擊力標準值為1 660 kN單個護舷達最大壓縮變形時(55%)，設計吸收能量為598 kN·m，撞擊力標準值為2 305 kN。由動能公式得知：油輪靠向平臺時產生的撞擊力由船舶質量、船舶法向速度、有效動能系數決定，油輪靠船速度越大，碰撞力越大。因此，應對油輪的靠船速度加以限制，平臺要求小于0.5 m/s。通過對平臺振動數據的檢測，外輸作業期間振動大于無外輸作業期間，靠船件、棧橋、棧橋管道上的作用力與油輪靠泊的環境條件有關，海況條件越差，作用力越大[5]。

2.3 移動式防碰靠球

在橡膠護舷的基礎上，通過增加移動式防碰靠球來提高安全性，布置如圖1所示。首先安裝的是空心靠球，充氣橡膠靠球利用壓縮空氣作為緩沖介質，使得船舶靠泊時具有更柔軟的避碰效果，與一般的彈壓型橡膠護舷相比較，具有吸收沖擊能量大，作用于船舶的單位面積壓力低，安裝簡易等優點。但是在使用過程中發現空心靠球耐磨性較差，為此考慮將空心靠球更換為更為耐用的實心靠球。隨后更換的兩個移動式防碰實心靠球，充填材料采用優質EVA發泡，外層包覆18層錦綸帆布，護套為輪胎網絡式，熱鍍鋅鏈條連接?？壳驂嚎s變形60%時，測試吸收能量為690 kN·m，撞擊力標準值為1 409 kN，要求壓縮10 n以后釋放壓力，瞬間恢復90%以上。實心靠球的優點：緩沖效果相當，而使用壽命長；相對于空心靠球費用低，節約成本；與空心靠球相比較，安全系數高(表皮破損后依然可以起到防護作用)。平臺靠球安裝在兩組橡膠護舷的外側，靠球和原有靠船件橡膠護舷共同緩沖油輪在靠泊以及系泊過程中對平臺的撞擊力。安裝靠球后，在相似海況條件下進行外輸作業，油輪靠泊的撞擊力降低約60%，表明靠球的減振效果明顯[6]。

圖1 移動式防碰靠球安裝示意圖

2.4 帶纜系泊

穿梭油輪靠泊生產儲油平臺后，應使用8根系泊纜，建議首尾各3根，船舯2根交叉纜。系纜平臺自動脫鉤裝置安裝有系泊載荷拉力計，并通過無線遠傳顯示，顯示屏在外輸甲板舷外，方便油輪人員實時觀看，平臺方有手持式系泊載荷顯示終端，值班人員隨身攜帶，并具備高載荷拉力下報警功能。以系纜方式靠泊，在完成系泊后，船舶主推進動力系統、舵等操縱設備應處于隨時可用的狀態。系泊過程中，應不定時地對系泊纜繩的磨損情況進行檢查，調整纜繩的松緊程度，保持各纜繩均勻受力。

3 外輸期間儲罐壓力安全控制

油輪靠泊之后，便進入原油外輸作業階段，包括外輸軟管的吊裝與連接、外輸軟管試壓、原油外輸泵啟泵與計量、原油儲罐充艙、原油外輸泵停泵與掃線、外輸軟管回收、移動式靠球收回等。在此期間應重點關注原油儲罐壓力變化，及時調整充艙量。

3.1 惰氣充艙

平臺上配置了惰性氣體發生裝置，用來對原油儲罐以及其他工藝設備進行安全保護，防火防爆。該惰氣系統有兩種操作模式，一是利用熱介質鍋爐燃燒的廢氣來產生惰氣，二是利用惰氣發生器產生惰氣。惰性氣體發生裝置以熱介質爐的煙氣作為惰性氣體基本氣源。當鍋爐煙氣含氧量合格(低于5%)時，可經過一定處理后，直接利用；當熱油鍋爐本身或整個排煙系統出現故障，可借助裝置本身配備的燃燒系統直接產生合格的煙氣。不論是來自哪種形式的煙氣，都必須經過除塵、冷卻、除濕、測氧等步驟，合格后的煙氣通過風機、甲板水封、輸送管路供給儲罐充艙使用。

惰氣發生裝置設計能力應滿足原油外輸作業及日常生產作業的補氣要求。該系統設備主要包括惰氣洗滌塔、惰氣風機、惰氣發生器、柴油供給泵、空氣風機、柴油輸送泵、甲板水封、壓力/真空破斷器等。由于惰氣發生裝置產生的惰氣壓力低，在外輸軟管試壓、憋壓吹掃等環節無法使用惰氣，只能用空氣或者天然氣試壓和掃線，但使用空氣或天然氣存在一定的安全風險。針對該問題，并考慮到儲罐惰氣充艙的重要性，于是在平臺上增加了一套制氮系統。

3.2 氮氣充艙

平臺制氮機氮氣純度可到99.9%，氮氣壓力0.8 MPa。膜制氮系統主要設備包括空氣壓縮機、過濾器、除濕器、預加熱器、膜組件、空氣儲罐和氮氣儲罐等設施。經空氣壓縮機增壓后的空氣在經過過濾、除濕、加熱后，進入膜組件進行膜分離，生成的氮氣進入惰氣系統出口管網。油輪靠泊外輸期間安排專人啟動制氮機，啟動后要確認制氮機出口純度，高于97%時方可進行掃線和儲罐充艙作業。外輸期間值班人員每半小時查看氮氣純度，同時使用便攜式氣體探測儀測試氮氣純度，共同驗證氮氣純度合格。惰氣系統和氮氣系統互為備用，徹底避免了因惰氣含氧量不合格、設備故障等問題對原油儲罐充艙不合格或引起原油儲罐壓力低甚至負壓，保證了原油外輸期間儲罐的安全穩定。

4 油輪應急解脫安全控制

通過對各類油輪外輸作業的事故案例分析，在系泊外輸期間出現海況惡劣是事故的主要原因，因此在油輪外輸期間，平臺方和船方應設專人持續監控天氣、海況、纜繩拉力和油輪擺動情況等影響外輸作業安全的因素，如發生應急情況，需要油輪快速解脫離泊，必要時安排輔助拖輪進行拖帶離泊。平臺在系纜平臺甲板上各配置了兩套帶絞纜盤的雙頭快速脫鉤裝置，每套裝置均有獨立應力檢測和報警功能?？焖倜撱^裝置由快速脫纜鉤、電動絞盤和應力檢測/報警系統三部分組成，單鉤額定拉力100 t，鉤體水平轉角45～90°、垂直轉角45°。快速脫鉤裝置是油輪外輸作業最重要的系統，在應急情況下快速脫鉤裝置可以節省應急響應時間。

5 結語

綜上，文章闡述了外輸作業環境條件限制、油輪靠泊限制航速及帶纜系泊等規定。提出了采用橡膠護舷+移動式防碰靠球組合形式，以減緩油輪靠泊碰撞力和系泊力對平臺造成晃動等多項措施。同時通過配備惰氣系統和氮氣系統，并互為備用，以保證外輸期間原油儲罐的充艙需求，保證原油外輸期間儲罐的安全與穩定。鑒于油輪安全外輸的因素較多，相關各方應充分了解掌握并綜合考慮可能影響靠泊作業安全與作業效率的所有有關因素，防止麻痹大意，有效避免意外事件造成的風險。