FPSO加装柴油炼化的安全预分析

FPSO加装柴油炼化的安全预分析
摘要:以柴油炼化装置与FPSO为对象,结合其特点对FPSO上设置柴油炼化装置进行了预先危险性分析并提出了一系列安全措施。

关键词:FPSO柴油炼化装置危险安全预分析
柴油的消耗是油田勘探和开发的一项重要生产成本。

海上采油平台、FPSO和辅助船舶年柴油消耗量相当大,根据中海油采油服务公司某分公司的柴油消耗统计,不包括油田物探和钻井作业消耗,2006年柴油消耗总量约为40000方,其中拖轮和供应船消耗约占50%左右;修井作业约占40%,这部分消耗对柴油品质的要求很低。

而且随着海洋石油开采不断向深海拓展,随着运输距离的增加、变化无常的海气象影响,向海上平台和FPSO运送柴油越来越困难,运送的成本也随之提高。

采油平台和FPSO在采油作业过程中都会开采和储存丰富的原油,随着小规模柴油炼化工艺技术的不断发展,国内外的石油公司已经开始考虑在远洋平台和FPSO上设置柴油炼化装置,用以解决平台和FPSO自身的柴油供给,以降低采油平台和FPSO的运营成本。

对FPSO加装柴油炼化装置的可行性不仅需要对其装船后的生产能力、船舶稳性、环保等方面进行分析,首先需要对其装船后的安全可靠性进行评估。

以柴油炼化装置与FPSO 为对象,结合其特点对FPSO上设置柴油炼化装置进行了预先危险性分析并提出了一系列安全措施。

1 柴油炼化安全评价概述
柴油炼化装置的生产对象与产物均为易燃、易爆产品,整个生产工艺复杂。

其加热炉、脱气塔、分馏塔等环节设计温度在160℃～365℃的高温区间,再加上本装置所处环境恶劣,不确定因素多,且各种因素状态不明确。

为了保证能够取得设计的实际效益,保障人民的生命与财产,避免对环境造成污染,故必须在项目设计论证阶段,乃至今后的详细设计、生产过程等各个环节对本系统的安全方面进行分析、评价与制定相应的措施。

对于本装置的安全评价也可称为对其危险评价或风险评价,对此装置作业中固有的或潜在的危险及其严重程度进行分析与评估。

在本次分析论证的过程中也尽量找出所有影响安全的因素,万一触发会产生的后果,以及应对措施,并尽量能够结合安全需要与相关规定制定和提出一定解决方案,减少与杜绝事故特别是重大恶性事故的发生。

本内容符合国家、政府主管部门、海事部门、中国船级
社以及国外主要船级社所颁布的有关规定。

主要包括:安全分析报告的依据,包括所使用的国内、外法规,规范及标准;海上油(气)设施生产条件,包括设施生存条件、设施作业条件;安全分析,包括安全分析的方法;危险因素的鉴别、分类、分析、产生的后果以及采取相应的措施对策;安全系统的设置,包括探测系统、报警系统、消防系统、逃生系统、救生系统、救护医疗系统、应急通讯、应急关断系统等一切与安全有关的设置。

2 安全评估报告依据及本装置需满足的要求
2.1规范中对此类油处理系统的要求
中国船级社颁布的《海上浮式装置入级与建造规范》(2002)、《海上平台入级与建造规范》(2005)中已明确提到风险评估技术的应用。

对于这类特殊设计的系统与单元,若船级社对其风险评估资料认可可代替本规范的全部或部分规定。

为了保证人命和财产的安全,防止对环境的污染,针对于本系统最主要的工作就是防溢漏、防火、防爆,所以本柴油炼化装置要布置在FPSO上首先要满足规范中对防火、防爆的一般要求,其次本系统可以归为规范中提到的油处理设备一
类中,所以相对应的规定同样需要执行。

根据柴油炼化系统的特点,在《海上浮式装置入级与建造规范》中摘出部分相关条款,主要包括第二篇中对工艺模块及
附属设施结构的要求、对防腐的规定;第四篇中对安全保护设备的规定,对管路系统的要求;第五篇中原油处理设备与管系、受压容器的要求;第七篇中对防火、防爆、通风、消防设施的要求等。

具体一些较重要条款如下:
为防止腐蚀引起的整体损坏,所有钢结构都应有有效的
保护。

有效的保护系统一般包括涂层、金属镀层、阴极保护、腐蚀余量或其他认可的方法。

经本社同意,几种方法可以同时使用。

设计防腐保护系统时应特别注意装置的设计寿命和保护的保持性;控制可燃、可爆流体于密闭于密闭系统中,防止
其外溢外漏,一旦溢漏需要收集到安全地点;
把系统中必须释放的可燃气体引至安全地点进行焚烧
或空放;限制可燃材料的使用;探知可能漏泄或者积聚的可燃
气体;对危险区域进行合格的通风以防可燃气体积聚;在失火
危险处所采取措施消除起火源;在危险区域内采取措施消灭
引爆源;对原油舱进行惰化;探知失火危险处所内的任何火灾;
设置和保护灭火通道;灭火设备的即刻可用性;采用耐火分隔
限制火灾蔓延,满足对耐火分隔材料、结构与耐火分隔得一般规定;关断火灾或爆炸的燃料源和空气源及在可燃气体大量
泄漏时关断非防爆设备;合理布置各功能和设备区域;设置和
保护脱险通道和救生设备;满足对探火、失火报警系统的要求;满足灭火系统和灭火设备的配备要求,如固定灭火系统对灭
火区域、喷洒量、时间等的要求。

另外还需满足以下这些细节上的一些规定:油柜和油管路不能直接设在热源的上方或附近,并尽可能远离热源,若不可避免应采取措施防止油滴落在热表面上;油管路系统中可能发生泄露之处应设置油盘并把漏油收集到安全地点;油管路应避免穿过起居处所和控制站;油管路的布置应便于观察并有良好的照明;高压燃油泵与喷油器之间的外露高压输油管线应使用管套加以保护,该管套能容纳高压管线失效二露出的燃油,这套管连同其内部的高压输油管线应构成一固定的组装件。

套管管路系统应包括漏油收集装置和燃油管线失效报警装置。

此外应该结合本装置在陆上其他场所运用的一些规定,把这些已有的较成熟的经验与标准结合到本系统的所处的特殊环境进行合理取舍。

2.2柴油炼化系统在FPSO上的区域布置与危险等级划分
小型柴油炼化系统在FPSO上的区域布置与危险等级划分也是比较重要,明确后可以更加针对性进行设备配备和防护,已达到安全无危险的目的。

按目前船级社的定义来讲,危险等级划分是根据防爆电气设备选择的需要,依照爆炸性气体存在的可能性和时间长短来界定。

目前规范中分为三类:0类危险区:指在正常工作条件下持续和长期存在爆炸气体环境的区域;1类危险区:指在正常工作条件下可能出现爆炸气体环境的区域;2类危险区:指在正常工作条件下不大可能出现爆炸气体环境,即使出现也只是短时间存在的区域。

柴油炼化装置主要包含有原油泵、初底泵、常底泵、柴油泵以及其它相关的检测、监控、报警等电气设备。

按照以上规定,原油、柴油储存舱柜、加热炉、脱气塔、分馏塔以及管路内部基本属于0类危险区,外部区域属于1类危险区和部分2类危险区。

为了尽量提高本系统的安全系数,按照规范要求可采取适当措施以提高1类危险区至2类危险区域,具体措施有以下几条:在设备的表面及炉体、烟囱的表面设置隔热层,是表面温度小于危险区域内可能存在的可燃点气体的自燃
温度;在烟囱上设阻火器;采取保证燃烧始终在封闭的燃烧室内进行的措施,使火焰不可能喷出燃烧室之外;设置有防止点火时发生爆燃的措施。

3 柴油炼化系统的生存条件、设施作业条件
3.1气候条件
由于柴油炼化装置布置于FPSO上,所以在以下海上气候条件下应能正常工作:
环境温度:最大50℃,最小-15℃
海水温度:最大32℃,最小0℃
相对湿度:60%
最大潮流速度:2.0节
最大风速:蒲式6级(最大13.8m/s)
最大波高:波浪周期为5秒时为1.2m
3.2设施作业环境分析
同样本柴油炼化装置位于FPSO上,在以下环境条件下应能正常工作:
横向倾斜角度:静态/动态15°/22.5°
纵向倾斜角度:静态/动态5°/7.5°
另外由于系统工作时还对风向有一定要求,布置中要考
虑今后工作海域常年的风向,尽量减少对船上其他区域与设
备的影响。

本柴油炼化系统的主要构成设备有闪蒸脱气塔、常压加热炉、柴油分馏塔、换热器、冷却器、冷凝器和各类油的驳运泵等。

热交换器、冷凝器与泵类只要拥有相关船级社认可证书,能满足压力与温度的限制,设计适当的固定、防护结构,
均可以满足以上生存与作业条件,除此之外还要适当考虑保
证这些常规设备在出现故障时不至于影响到其他关键设备;
蒸馏塔、初馏塔、加热炉是整个装置生产的关键设备,
也是受平台摆动影响最大的设备。

尽管FPSO装置上有许多
大型容器类的设备,但由于温度较低,从而不会引起严重的安
全问题,但蒸馏塔塔内具有较高的液位时,尽管压力小于或等
于常压,但由于体积高大、内部大量160～400℃的可燃流体
与气体,存在较大的安全风险。

所以必须经过足够的结构加强、隔热与防火处理、内部液位控制工艺等特殊设计,避免因受整体船舶的摇晃等其他外部环境条件影响到本系统安全可靠
性,也要有足够的防范措施保证此系统出现故障尽量不会影
响到全船的安全性与外部环境。

除此之外还需要充分考虑到设备的可监控、可操作、可维修性,必须保证工作人员工作环境的通风、照明,通道顺畅,工作环境温度适宜等。

另外由于本柴油炼化系统位于海上作业,空气湿度较本
系统在其他环境应用时要恶劣,所以除了系统本身的露点腐蚀、高温H2S腐蚀和环烷酸腐蚀,需要在设计工艺设计时充分考虑与应用目前现有的防腐技术外。

4 系统安全预分析
系统安全分析方法有安全检查表法、事件树分析法、事故树分析法、HZAOP危险性操作研究和美国道化学爆炸分析法等。

根据柴油炼化系统所处设计阶段,无法制定出全面与精确的相对应各个安全检查的对象与目的,且目前的安全分析
目的主要是论证其可行性,所以不适合采用安全检查表法;事件树与事故树分析法需要知道构成本系统的每一个零部件、设备、单元的可靠度数值,需要知道每一组成部分的故障率,但是对本装置要得到这样一组数据无法实现,也没有先例;当此柴油炼化装置进入后期详细设计阶段与工作运行阶段时,
各类管道数据、工艺数据与相关记录都采集齐全后,可由具有安全评审资质的专业安全评审机构,采用HZAOP危险性操作
研究或采用美国道化学爆炸分析法经对此装置进行量化分析。

在本报告中,采取预先危险性分析方法对本装置进行宏
观概略的分析。

预先危险性分析是对系统存在的危险类别、出现的条件及可能造成的结果进行宏观概略分析的一种方法,此分析的重点在于装置的主要危险源上并提出控制这些
危险源的措施。

人的不安全行为、物的不安全状态是事故和危险的直接原因,事故分析和预防工作的中心就是研究人的不安全行为
和物的不安全状态,消除人的不安全行为和物的不安全状态。

在此先通过预先危害分析给出可能出现的风险,再根据各种
可能给定出相对应的措施,以防止此类可能性的发生。

进行装置安全评价时主要审查的内容有以下几个方面:
危险设备、场所、物质;有关安全设备、物质间的交界面,如物质的相互反应,火灾爆炸的发生条件、传播途径和范围、后果等,控制报警系统等;对设备、物质有印象的环境因素,如海水、潮湿、震动和摇摆;运行、试验、维修、应急程序,如操作者的任务,设备布置及通道情况,人员防护等;辅助设施,如
物质、产品的储存、泄放与排放,人员培训、训练,外部提供的电力、水、气等;有关安全装备,如安全防护设施,冗余系统及设备,灭火系统,个人防护设备等。

预先危害分析结果汇总如“表 4 1”,其中危险性分为发生事故可能性和后果严重程
度两栏见“表 4 2”和“表 4 3”。

表4-1炼化装置在FPSO上应用的预先危害分析
运行状态故障与危害类别发生可能性危害严重度预防措施
停泊状态流体泄露DⅡ设有泄露检测装置,加强检查与定期维护,设置有油、气泄放舱柜。

人员伤害CⅡ保证区域内通风、照明。

区域内火灾EⅢ严格执行操作规范与安全手册,加强人员安全防火意识。

设备出现腐蚀引起变形、断裂等EⅡ定期对设备外部进行检查、定期油漆、定期更换。

直升机事故撞击FⅣ加强本装置模块的结构强度与支撑,制定相应的应急方案。

维修状态流体泄露DⅡ设有泄露检测装置,加强检查与定期维护,设计有收集泄油围板与泄放管路至安全地点;系统设计时需考虑到,需要拆卸维修、清理的设备必有同等备用设
备或旁通设计。

舱室、容器因动火而失火、爆炸EⅢ严格按照动火的规定执行,控制好各项申报、检查程序。

人员高处坠落DⅡ设安全网,危险处所设京师牌,加强人员安全防护设备。

直升机事故撞击FⅣ加强本装置模块的结构强度与支撑,制定相应的应急方案。

系统工作状态流体泄露DⅡ设有泄露检测装置,加强检查与定期维护,设计有收集泄油围板与泄放管路至安全地点;重要设备、易损坏设备、需要定期维修、保养的设备必需设置有备用或旁通设计。

通风不畅、危险气体聚集DⅡ设有危险气体浓度探测,在需要位置设计有通风系统并定期进行检查维护
管路、炉内压力过高、爆裂EⅢ一定距离内的管路,容器,泵后等可能出现高压的地方均需设置安全阀与泄放管路至安全地点;并定期对安全阀进行检验、试验等。

区域内火灾EⅢ严格执行操作规范与安全手册,加强人员安全防火意识;设置有有效地探测、报警设备,设置有足够的自动和手动灭火设备。

点火与启动设备爆炸EⅣ在可能出现易燃易爆流体区域的电器均要满要为防爆电气设备,对可能出现高温且温度高于柴油自燃点的设备与炉体外面需设置隔热材料,所有点火
设备均为防爆燃型。

人员伤害CⅡ保证区域内通风、照明,危险处所设警示牌,加强人员安全防护设备,定期人员培训,加强防范意识,规范操作行为。

其他区域火灾或事故可能影响到本系统所在区域DⅢ设置有紧急关断各油气路装置,设置有足够的防火耐火分隔结构。

直升机事故撞击FⅣ加强本装置模块的结构强度与支撑,制定相应的应急方案。

表 4 2事故发生可能性分级
由“表 4 1”可以看出,本装置主要是防泄漏、防火与防爆,各类可能出现的危险性的设备与环节只要采取合理的预
防与加强措施,人员的正确与规范操作,基本都是在可控范围之类。

且此装置在陆地上已经拥有很成熟与较广范围内的生产使用经验,安全系数可以得到保证,运用到FPSO上问题的关键就在于需要按照规范的要求进行本装置的设计、制造及使用,制定好各类预防、检查、操作、维护措施等。

5 根据分析提出的预防措施
由上分析可知本装置的安全可靠性,关键就在于需要按照规范的要求进行本装置的设计、制造及使用,制定好各类预防、检查、操作、维护措施等。

由于不安全可靠来源于人的不安全行为和物的不安全状态,而人的不安全行为只有通过增强员工的安全意识,制定比较严格、详细的规章制度、操作规范,并有一套行之有效的执行与检查体系,这属于装置后期需要做的工作,在对此装置进行设计的过程中只有通过消除各个物的不安全状态来达到预防目的。

根据本装置的特殊对象、特殊环境,根据一般系统的常规预防措施,再结合规范中的相关规定,建议采取如下措施:处理设备设置在具有良好通风的开敞平台上;若设在围蔽处所内,其围蔽顶部为轻型结构或应设有有效的泄压装置,此外,该处所还应设有符合规定的动力通风;处理设备布置时,各设备间应留有合适的通道,并有足够的照明,以便对设备进行操作和监视,按照规范要求设置必要的油、气泄漏检验与报
警装置等;在作业期间需要正常维修和拆检的设备应留有足
够的维修空间;限制可燃材料的使用,设备和管路其表面温度
超过60℃并可能伤人时应敷设隔热绝缘或其他保护措施;可
能对工作人员发生危险的运转部件,应设防护罩或栏杆。

油、气、水处理模块周围以及各工作平台周围应设栏杆;梯子和梯道两边应设扶手,梯子与甲板的夹角不应大于60°;根据《海
上浮式装置入级与建造规范》中对于特殊油水气处理设备管子、阀件及部件的规定进行设计、制造与检验。

同时需要满足下列规范中的一些特殊规定:API Std.530中对炼油用加热
器管壁计算方法;API Std.661中对常规炼油用空冷器的要求。

在失火危险处所采取措施消除起火源;在危险区域内采
取措施消灭引爆源;尽可能实现对油舱进行惰化;在烟囱上设
阻火器;设置和保护灭火通道;采用耐火分隔限制火灾蔓延;关
断火灾或爆炸的燃料源和空气源,及在可燃气体大量泄漏时
关断非防爆设备;在本装置区域内按照规定设置足够的固定
和移动泡沫灭火设施,保证灭火设备的即刻可用性;控制可燃、可爆流体于密闭于密闭系统中,防止其外溢外漏,设置有必要
的本系统原油、柴油、污油泄放路径与舱柜等等;注重对系统的防腐,采取各种可行有效地措施避免与减缓设备腐蚀与老化;尽可能保证本系统与其他区域的安全距离,除了结构上的
耐火分隔以外,在适当位置加设防火结构。

除此之外,由于在船舶与海洋平台的相关规范中并没有
针对本系统的具体规定与要求,现需结合石油化工企业设计防火规范和浮式生产储油装置(FPSO)安全规则的相关条款中对柴油炼化装置的一些具体要求作为本系统设计与实施的指导方针。

例如参照其中部分条款可以制定以下几条设计原则:本装置需布置在在全年最小频率风向的下风侧且近船舷得位置;在本炉底部进行结构加强,设置底架,与下甲板的舱室之间采取结构防火隔断处理;在主甲板区域设置3m高的实体防火墙。

参考文献:
[1] 海上移动式平台入级与建造规范,2005.
[2] 石油化工企业设计防火规范,GB 50160―1992.
[3] 贺小明.安全设备工程学.。