李祥鋒，崔艷紅，張 亮，王 艷，王 飛

（1.海洋石油工程股份有限公司，天津 300451；2.大連川科機(jī)電設(shè)備安裝工程有限公司，遼寧大連 116600；3.中國(guó)石油天然氣管道局天津設(shè)計(jì)院，天津 300457）

生產(chǎn)儲(chǔ)油平臺(tái)儲(chǔ)罐安全保護(hù)方案研究

李祥鋒1，崔艷紅1，張 亮1，王 艷2，王 飛3

（1.海洋石油工程股份有限公司，天津 300451；2.大連川科機(jī)電設(shè)備安裝工程有限公司，遼寧大連 116600；3.中國(guó)石油天然氣管道局天津設(shè)計(jì)院，天津 300457）

海上生產(chǎn)儲(chǔ)油平臺(tái) （PSP）的儲(chǔ)罐和生產(chǎn)系統(tǒng)相鄰，無(wú)安全間距，所以儲(chǔ)罐的安全保護(hù)極其重要，而目前國(guó)內(nèi)外尚無(wú)成熟的可依據(jù)的安全保護(hù)規(guī)范。文章分析了中海油渤海PSP平臺(tái)儲(chǔ)罐的特點(diǎn)及風(fēng)險(xiǎn)，通過(guò)靈活運(yùn)用國(guó)內(nèi)外關(guān)于儲(chǔ)罐安全的其他標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，確定了該平臺(tái)儲(chǔ)罐的主要安全保護(hù)措施，即罐內(nèi)惰性氣體保護(hù)、罐體A60防火結(jié)構(gòu)、罐頂?shù)捅稊?shù)泡沫噴淋保護(hù)，該措施得到了中國(guó)船級(jí)社的認(rèn)可。

生產(chǎn)儲(chǔ)油平臺(tái)；儲(chǔ)罐；惰性氣體；A60防火結(jié)構(gòu)；低倍數(shù)泡沫

1 PSP平臺(tái)特點(diǎn)

生產(chǎn)儲(chǔ)油平臺(tái) （PRODUCTION AND STORAGE PLATFORM，簡(jiǎn)稱PSP）是一種新型綜合平臺(tái)，集原油處理系統(tǒng)、公共系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、原油儲(chǔ)存外輸、油輪靠泊等多種功能于一體，該種平臺(tái)的使用為低效益海上油田開(kāi)發(fā)開(kāi)辟了新的思路。

目前國(guó)內(nèi)正在應(yīng)用的PSP是渤海海域的趙東平臺(tái)和剛剛投產(chǎn)的中海油某渤海油田PSP平臺(tái)。以中海油某渤海油田PSP平臺(tái)為例，平臺(tái)的立面布置情況如圖1所示。

從圖1可以看出，平臺(tái)共分四層甲板，分別為上層甲板、中層甲板、下層甲板和外輸甲板。上層甲板布置有主發(fā)電機(jī)房、鍋爐、主機(jī)燃油罐等，中層甲板布置有分離器等原油生產(chǎn)設(shè)施，下層甲板布置有兩個(gè)方形原油儲(chǔ)罐 （尺寸均為40 m×21m×8m），有效容積12000m3，屬于重大危險(xiǎn)源。

儲(chǔ)罐構(gòu)造與平臺(tái)結(jié)構(gòu)一體，儲(chǔ)罐與生產(chǎn)系統(tǒng)緊密相鄰，無(wú)安全間距，儲(chǔ)罐與平臺(tái)生產(chǎn)設(shè)施互相影響，PSP平臺(tái)儲(chǔ)罐相對(duì)陸上儲(chǔ)罐危險(xiǎn)性大增。儲(chǔ)罐發(fā)生火災(zāi)事故時(shí)，原油燃燒火焰溫度高、輻射熱強(qiáng)，易產(chǎn)生沸溢、噴濺現(xiàn)象，進(jìn)而形成大面積火災(zāi)。另外，由于受海上平臺(tái)空間的限制，儲(chǔ)罐周圍無(wú)防火堤、火災(zāi)情況下，儲(chǔ)罐溢出或者泄漏的原油無(wú)法處理。

因此，PSP平臺(tái)儲(chǔ)罐的保護(hù)措施必須安全、可靠，否則原油儲(chǔ)罐一旦發(fā)生火災(zāi)，就會(huì)造成整個(gè)平臺(tái)著火和海洋污染，甚至平臺(tái)垮塌、海洋生態(tài)破壞等災(zāi)難性后果。

2 PSP原油儲(chǔ)罐安全保護(hù)措施

PSP平臺(tái)處于海洋環(huán)境，儲(chǔ)罐的構(gòu)造不同于陸地原油儲(chǔ)罐，也不同于海洋油輪油艙，目前國(guó)外、國(guó)內(nèi)均沒(méi)有成熟的、可依據(jù)的安全保護(hù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，在保護(hù)方案選擇方面存在難點(diǎn)。根據(jù)PSP平臺(tái)儲(chǔ)罐的工藝特點(diǎn)、布置特點(diǎn)，儲(chǔ)罐的安全設(shè)計(jì)主要從以下幾個(gè)方面采取措施：

2.1 惰性氣體保護(hù)系統(tǒng)

惰性氣體 （以下簡(jiǎn)稱惰氣）是一種性能優(yōu)異、綠色環(huán)保及經(jīng)濟(jì)型良好的防爆、抑爆及消防滅火介質(zhì)，其含氧量不超過(guò)5%，可以直接由惰氣發(fā)生器生產(chǎn)，也可以利用鍋爐、主機(jī)煙道廢氣處理后獲得，惰氣保護(hù)系統(tǒng)常用來(lái)保護(hù)海洋油輪油艙安全，固定式油罐很少采用惰氣保護(hù)。

PSP平臺(tái)儲(chǔ)罐儲(chǔ)存的原油，閃點(diǎn)低，易揮發(fā)，屬于易燃易爆危險(xiǎn)品。PSP平臺(tái)儲(chǔ)罐為方形鋼罐，原油揮發(fā)的輕組分聚集在罐頂氣相空間，如果氣相空間處于爆炸極限內(nèi)，引入點(diǎn)火源時(shí)就會(huì)發(fā)生爆炸。此外，原油儲(chǔ)罐在生產(chǎn)過(guò)程中，油品的流動(dòng)會(huì)產(chǎn)生靜電，也可能導(dǎo)致可燃?xì)怏w爆炸。由于儲(chǔ)罐外界點(diǎn)火源、靜電等難以完全避免，PSP平臺(tái)儲(chǔ)罐借鑒油輪油艙惰氣保護(hù)方式，使儲(chǔ)罐內(nèi)部氣相處于爆炸極限之外，從而避免儲(chǔ)罐發(fā)生爆炸。

PSP平臺(tái)的惰氣保護(hù)系統(tǒng)以熱介質(zhì)鍋爐的煙道廢氣作為主氣源，惰氣發(fā)生器作為煙道氣的備用氣源。在正常工況下，鍋爐煙道廢氣含氧量低于5%時(shí)，經(jīng)過(guò)惰氣洗滌塔冷卻除塵，直接進(jìn)入儲(chǔ)罐；當(dāng)煙道廢氣的含氧量超過(guò)5%時(shí)，惰氣系統(tǒng)出口含氧分析儀報(bào)警，惰氣系統(tǒng)切換到惰氣發(fā)生器來(lái)滿足生產(chǎn)安全需要。PSP平臺(tái)惰氣系統(tǒng)流程見(jiàn)圖2。

惰氣系統(tǒng)生產(chǎn)的合格惰氣充入平臺(tái)原油儲(chǔ)罐上部氣相空間，使油罐氣相的含氧量低于8%，并保持儲(chǔ)罐微正壓狀態(tài)。超壓惰氣可以通過(guò)罐頂壓力自動(dòng)控制閥放空，確保油罐內(nèi)可燃?xì)怏w濃度低于可燃下限，從根本上消除油罐自身的火災(zāi)和爆炸的危險(xiǎn)，又可以防止惰氣壓力過(guò)高影響儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)安全。

2.2 被動(dòng)防火

在陸上石油天然氣工程設(shè)計(jì)中，石油站場(chǎng)的布置必須嚴(yán)格按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的安全距離進(jìn)行設(shè)計(jì)，原油儲(chǔ)罐和工藝設(shè)備、構(gòu)筑物等距離達(dá)十幾米甚至幾十米，原油儲(chǔ)罐受到周圍火災(zāi)的影響概率很低，儲(chǔ)罐不需考慮罐體本體具備抗熱輻射、火焰燃燒的能力。PSP平臺(tái)原油儲(chǔ)罐位于下層甲板，處于平臺(tái)的核心位置，與油氣設(shè)備緊緊相鄰，儲(chǔ)罐周圍的油氣設(shè)備發(fā)生火災(zāi)必然會(huì)對(duì)儲(chǔ)罐造成影響。為了防止儲(chǔ)罐受到周圍火災(zāi)的影響，儲(chǔ)罐罐壁、罐頂、罐底采用A60被動(dòng)防火結(jié)構(gòu)加強(qiáng)保護(hù)。

A60是海上石油平臺(tái)常用的被動(dòng)防火結(jié)構(gòu)，常用于如主機(jī)房、應(yīng)急發(fā)電機(jī)間、中控室等重要處所甲板、圍壁的耐火保護(hù)。A60是指在60 min標(biāo)準(zhǔn)耐火試驗(yàn)至結(jié)束時(shí)，能夠防止煙及火焰通過(guò)，并在60 min結(jié)束時(shí)，與原始溫度相比較，其背火面的平均溫度增高不超過(guò)139℃，且在包括接頭在內(nèi)的任何一點(diǎn)的溫度增高不超過(guò)180℃。A60防火結(jié)構(gòu)如圖3所示。

從圖3可知，罐壁巖棉保溫外敷有兩層20 mm厚陶瓷棉，該陶瓷棉耐火溫度超過(guò)1 100℃，其主要組成部分完全可以抵擋碳?xì)浠鹧娴娜紵Ｈ绻麅?chǔ)罐周圍設(shè)備發(fā)生火災(zāi)，在陶瓷棉防護(hù)下，在60 min內(nèi)，陶瓷棉背面溫升不超過(guò)180℃，罐壁溫度也不會(huì)超過(guò)180℃，而鋼結(jié)構(gòu)屈曲溫度為400℃，因此罐壁較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不會(huì)受到周圍區(qū)域火災(zāi)的破壞而失效。

2.3 主動(dòng)防火

在PSP平臺(tái)儲(chǔ)罐的主動(dòng)防火設(shè)計(jì)方面借鑒陸上石油儲(chǔ)罐的保護(hù)方式，并對(duì)保護(hù)方式進(jìn)行了優(yōu)化。

泡沫是油類火災(zāi)最常用、最有效的滅火劑，在石油工業(yè)有廣泛的應(yīng)用。我國(guó)陸上石油儲(chǔ)罐通常采用低倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，低倍數(shù)泡沫混合液發(fā)泡倍數(shù)不超過(guò)20。根據(jù)GB 50183-2004《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》8.4.1要求，油罐區(qū)應(yīng)設(shè)置滅火系統(tǒng)和消防冷卻水系統(tǒng)，且滅火系統(tǒng)宜為低倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)[1]。陸地石油儲(chǔ)罐采用泡沫保護(hù)時(shí)，需在罐壁開(kāi)孔安裝泡沫產(chǎn)生器，然后將泡沫混合液發(fā)泡后噴射到罐內(nèi)，泡沫在原油表面形成一層保護(hù)膜，隔絕氧氣，抑制油氣揮發(fā)，最終實(shí)現(xiàn)滅火。

如果PSP平臺(tái)儲(chǔ)罐采用低倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，根據(jù)GB 50151-1993《低倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》，儲(chǔ)罐罐壁需開(kāi)孔10個(gè)，泡沫供給強(qiáng)度 5L/（min·m2）， 連續(xù)供給時(shí)間 45 min[2]， 儲(chǔ)罐面積1 800 m2，一次滅火最低需注入儲(chǔ)罐內(nèi)405 m3海水泡沫混合液，發(fā)泡倍數(shù)以15計(jì)算，注入儲(chǔ)罐泡沫總體積6 075 m3。大量海水泡沫注入儲(chǔ)罐，就會(huì)造成儲(chǔ)罐內(nèi)部超壓，甚至儲(chǔ)罐罐壁損壞，原油泄漏，導(dǎo)致事故擴(kuò)大，污染海洋。同時(shí)罐壁開(kāi)孔也會(huì)造成罐內(nèi)惰氣泄漏到消防管道中，導(dǎo)致 “氣串”。

鑒于罐內(nèi)噴射泡沫的一些弊端和儲(chǔ)罐已經(jīng)采用惰氣進(jìn)行保護(hù)，PSP平臺(tái)儲(chǔ)罐罐頂外部采用低倍數(shù)泡沫噴淋系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，按照SOLAS-2004《國(guó)際海上人命安全公約》附件 《國(guó)際消防安全系統(tǒng)規(guī)則》第14章 “固定式甲板泡沫系統(tǒng)”進(jìn)行設(shè)計(jì)，泡沫供給強(qiáng)度 6 L/（min·m2）， 連續(xù)供給時(shí)間 20 min[3]，保證能夠?qū)⑴菽斔偷秸麄€(gè)罐頂，使泡沫從破損的罐頂部分進(jìn)入儲(chǔ)罐。

同時(shí)，PSP平臺(tái)罐壁采用水噴淋進(jìn)行冷卻保護(hù)，防止儲(chǔ)罐周圍油氣設(shè)備火災(zāi)對(duì)罐壁影響。罐壁冷卻保護(hù)系統(tǒng)按照GB 50183-2004《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》進(jìn)行設(shè)計(jì)，冷卻水供給強(qiáng)度2.5 L/（min·m2）， 連續(xù)供給時(shí)間 6 h[1]。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)分析研究生產(chǎn)儲(chǔ)油平臺(tái)的特點(diǎn)，針對(duì)儲(chǔ)罐風(fēng)險(xiǎn)，靈活運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，最終確定的儲(chǔ)罐保護(hù)方案為采取罐內(nèi)惰氣保護(hù)、罐體A60防火結(jié)構(gòu)、罐頂?shù)捅稊?shù)泡沫噴淋保護(hù)三大主要保護(hù)措施，該保護(hù)方案得到了PSP平臺(tái)檢驗(yàn)方中國(guó)船級(jí)社的認(rèn)可，為類似海洋石油工程設(shè)施的安全保護(hù)提供了參考。

[1]GB 50183-2004，石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S].

[2]GB50151-1993（2000版），低倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].[3]SOLAS-2004，國(guó)際海上人命安全公約[S].

Scheme Study on Safety Protection of Crude Oil Tank Installed in Offshore Production and Storage Platform

LI Xiang-feng（Offshore Oil Engineering Co.,Ltd.,Tianjin 300451,China）,CUI Yan-hong,ZHANG Liang,et al.

The storage tank on an offshore production and storage platform （PSP） is adjacent to the production system of the platform and without sufficient safety space,therefore safety protection is essential to the storage tank.But there is no mature pursuant safety protection standard or code at home and abroad for such storage tanks.This paper analyzes the characteristics and hazard of the CNOOC PSP storage tank in Bohai Bay and determines the main safety protection measures of the PSP storage tank by sufficiently using international and domestic standards and codes.Those measures have been recognized by China Classification Society,which include inert gas protection within the tank,A60 fireproof structure for tank body and sprinkling protection with low expansion foam for tank roof.

PSP;storage tank;inert gas;A60 fireproof structure;low expansion foam

10.3969/j.issn.1001-2206.2012.01.005

李祥鋒 （1979-），男，河北武邑人，2002年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué) （華東）環(huán)境工程系，主要從事海洋石油生產(chǎn)設(shè)施安全設(shè)計(jì)工作。

2011-03-07