郭俊杰，楊俊杰，翟學(xué)微，呂強(qiáng)，鄒偉

(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司，天津 300451)

0 引言

海上某生產(chǎn)儲(chǔ)油平臺(tái)設(shè)計(jì)水深為20.4 m，甲板設(shè)有原油儲(chǔ)罐、電站、油氣水處理、惰氣系統(tǒng)等設(shè)施，在平臺(tái)南側(cè)設(shè)有5 000 t外輸油輪靠泊裝置，滿(mǎn)足平臺(tái)油氣水處理、儲(chǔ)油、外輸?shù)确矫娴囊蟆４┧笥洼喛坎床捎貌⒖可a(chǎn)儲(chǔ)油平臺(tái)，在油輪靠泊平臺(tái)時(shí)，依靠系泊系統(tǒng)將其固定在平臺(tái)一邊，系泊采用靠船架+系纜平臺(tái)的方式，在平臺(tái)外側(cè)設(shè)有兩個(gè)筒型基礎(chǔ)系纜平臺(tái)，系纜平臺(tái)與生產(chǎn)儲(chǔ)油平臺(tái)通過(guò)棧橋連接，外輸軟管的收放采用吊車(chē)配合。

1 原油外輸作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)分析

安全靠泊平臺(tái)是一項(xiàng)復(fù)雜的任務(wù)，為將意外事件的風(fēng)險(xiǎn)降到最低，應(yīng)了解掌握并綜合考慮可能影響靠泊作業(yè)安全與作業(yè)效率的所有有關(guān)因素[1]。靠泊作業(yè)應(yīng)考慮裕量、安全保障、應(yīng)急情況與應(yīng)急情況下可用于應(yīng)急操作的設(shè)備和技術(shù)系統(tǒng)的可靠性。影響油輪靠泊平臺(tái)的安全與效率因素包括泊位狀態(tài)、船舶性能、環(huán)境載荷、船員狀況、信息資料等，其中環(huán)境載荷和泊位狀態(tài)是海上平臺(tái)關(guān)注的重點(diǎn)。原油外輸大致劃分為三個(gè)階段：油輪靠泊、原油外輸期間、油輪離泊，整個(gè)過(guò)程存在的安全環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)有：靠泊作業(yè)碰撞、外輸過(guò)程油輪運(yùn)動(dòng)碰撞、軟管泄漏、系泊系統(tǒng)故障、儲(chǔ)油系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)、應(yīng)急系統(tǒng)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(huán)境因素、設(shè)備因素)[2]。本文主要討論客體因素對(duì)原油外輸作業(yè)的影響，從油輪靠系泊、原油儲(chǔ)罐充艙、油輪應(yīng)急解脫等關(guān)鍵環(huán)節(jié)重點(diǎn)把控，從而提高原油外輸作業(yè)的安全性。

2 油輪靠泊碰撞力與系泊力安全控制

平臺(tái)的靠泊作業(yè)通過(guò)設(shè)在生產(chǎn)儲(chǔ)油平臺(tái)導(dǎo)管架的靠船墊和設(shè)在帶纜走道處的系纜樁，以及在南北系纜平臺(tái)上配置的快速脫鉤裝置，共同組成該平臺(tái)的油輪靠泊系統(tǒng)。穿梭油輪靠系泊安全分析應(yīng)考慮系纜力、靠船橡膠碰墊撞擊力、船體舷側(cè)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和平臺(tái)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，還應(yīng)考慮自然環(huán)境條件的影響[3]。

2.1 外輸作業(yè)環(huán)境限制條件

采用直接靠泊方式進(jìn)行外輸作業(yè)，對(duì)環(huán)境條件有嚴(yán)格限制，超出設(shè)計(jì)限制條件進(jìn)行外輸作業(yè)時(shí)，會(huì)造成平臺(tái)較大振動(dòng)[4]。根據(jù)《5000噸級(jí)油輪靠泊碰撞力及系纜力計(jì)算報(bào)告》，從系纜強(qiáng)度和橡膠護(hù)舷強(qiáng)度的角度，得到理想作業(yè)工況如下：風(fēng)力≤6級(jí)，海上能見(jiàn)度在1海里以上，流速≤1節(jié)，油輪壓載系泊于平臺(tái)時(shí)，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(mǎn)載系泊于平臺(tái)時(shí)，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(tái)時(shí)，橫浪下產(chǎn)生較大的撞擊力和系纜張力，斜浪次之，迎浪和隨浪工況產(chǎn)生較小的撞擊力和系纜張力。由于平臺(tái)與靠泊設(shè)施上已經(jīng)考慮了環(huán)境力的方向性，因此總體而言油輪多數(shù)處于迎浪、隨浪或斜浪工況下，具有較小的運(yùn)動(dòng)幅值，產(chǎn)生較小的撞擊力和帶纜力。不過(guò)當(dāng)波高較大時(shí)，應(yīng)避免橫向靠泊或停止卸油作業(yè)。

從環(huán)境資料來(lái)看，應(yīng)特別注意有關(guān)天氣和海況條件的預(yù)報(bào)，一旦有壞天氣出現(xiàn)，應(yīng)提前將罐內(nèi)原油提走，以保證充裕的油罐儲(chǔ)存量。平臺(tái)位置海流主要受潮流控制，所有統(tǒng)計(jì)結(jié)果都呈現(xiàn)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(gè)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(tái)海域，這兩個(gè)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(hù)舷

在穿梭油輪靠泊平臺(tái)時(shí)，為了防止油輪與平臺(tái)的碰撞損壞平臺(tái)或者油輪，在平臺(tái)靠船一側(cè)設(shè)置了靠船架，同時(shí)在靠船架側(cè)面設(shè)置了橡膠護(hù)舷，使護(hù)舷吸收油輪的動(dòng)能，減少撞擊力。在橡膠護(hù)舷的選擇和計(jì)算上：一方面要保證在一定環(huán)境載荷下，油輪與靠船架產(chǎn)生的撞擊力較小，一方面要保證橡膠護(hù)舷的變形在其設(shè)計(jì)壓縮變形內(nèi)(一般為橡膠總變形量的52.5%)，碰撞力小于設(shè)計(jì)壓縮變形對(duì)應(yīng)的碰撞力。這兩方面的要求是相互矛盾的，前者要求橡膠護(hù)舷剛度小，后者要求橡膠護(hù)舷剛度大，因此需要選擇具有合適剛度與厚度的橡膠護(hù)舷，使得碰撞力和橡膠護(hù)舷的變形都在橡膠護(hù)舷的設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，同時(shí)油輪受到的碰撞力之和較小。

平臺(tái)采用的橡膠為高反力型橡膠護(hù)舷，單個(gè)護(hù)舷達(dá)設(shè)計(jì)壓縮變形時(shí)(52.5%)，設(shè)計(jì)吸收能量為558 kN·m，撞擊力標(biāo)準(zhǔn)值為1 660 kN單個(gè)護(hù)舷達(dá)最大壓縮變形時(shí)(55%)，設(shè)計(jì)吸收能量為598 kN·m，撞擊力標(biāo)準(zhǔn)值為2 305 kN。由動(dòng)能公式得知：油輪靠向平臺(tái)時(shí)產(chǎn)生的撞擊力由船舶質(zhì)量、船舶法向速度、有效動(dòng)能系數(shù)決定，油輪靠船速度越大，碰撞力越大。因此，應(yīng)對(duì)油輪的靠船速度加以限制，平臺(tái)要求小于0.5 m/s。通過(guò)對(duì)平臺(tái)振動(dòng)數(shù)據(jù)的檢測(cè)，外輸作業(yè)期間振動(dòng)大于無(wú)外輸作業(yè)期間，靠船件、棧橋、棧橋管道上的作用力與油輪靠泊的環(huán)境條件有關(guān)，海況條件越差，作用力越大[5]。

2.3 移動(dòng)式防碰靠球

在橡膠護(hù)舷的基礎(chǔ)上，通過(guò)增加移動(dòng)式防碰靠球來(lái)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(zhì)，使得船舶靠泊時(shí)具有更柔軟的避碰效果，與一般的彈壓型橡膠護(hù)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(jiǎn)易等優(yōu)點(diǎn)。但是在使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)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(shí)心靠球。隨后更換的兩個(gè)移動(dòng)式防碰實(shí)心靠球，充填材料采用優(yōu)質(zhì)EVA發(fā)泡，外層包覆18層錦綸帆布，護(hù)套為輪胎網(wǎng)絡(luò)式，熱鍍鋅鏈條連接?？壳驂嚎s變形60%時(shí)，測(cè)試吸收能量為690 kN·m，撞擊力標(biāo)準(zhǔn)值為1 409 kN，要求壓縮10 n以后釋放壓力，瞬間恢復(fù)90%以上。實(shí)心靠球的優(yōu)點(diǎn)：緩沖效果相當(dāng)，而使用壽命長(zhǎng)；相對(duì)于空心靠球費(fèi)用低，節(jié)約成本；與空心靠球相比較，安全系數(shù)高(表皮破損后依然可以起到防護(hù)作用)。平臺(tái)靠球安裝在兩組橡膠護(hù)舷的外側(cè)，靠球和原有靠船件橡膠護(hù)舷共同緩沖油輪在靠泊以及系泊過(guò)程中對(duì)平臺(tái)的撞擊力。安裝靠球后，在相似海況條件下進(jìn)行外輸作業(yè)，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(dòng)式防碰靠球安裝示意圖

2.4 帶纜系泊

穿梭油輪靠泊生產(chǎn)儲(chǔ)油平臺(tái)后，應(yīng)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(tái)自動(dòng)脫鉤裝置安裝有系泊載荷拉力計(jì)，并通過(guò)無(wú)線(xiàn)遠(yuǎn)傳顯示，顯示屏在外輸甲板舷外，方便油輪人員實(shí)時(shí)觀看，平臺(tái)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(bào)警功能。以系纜方式靠泊，在完成系泊后，船舶主推進(jìn)動(dòng)力系統(tǒng)、舵等操縱設(shè)備應(yīng)處于隨時(shí)可用的狀態(tài)。系泊過(guò)程中，應(yīng)不定時(shí)地對(duì)系泊纜繩的磨損情況進(jìn)行檢查，調(diào)整纜繩的松緊程度，保持各纜繩均勻受力。

3 外輸期間儲(chǔ)罐壓力安全控制

油輪靠泊之后，便進(jìn)入原油外輸作業(yè)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(jì)量、原油儲(chǔ)罐充艙、原油外輸泵停泵與掃線(xiàn)、外輸軟管回收、移動(dòng)式靠球收回等。在此期間應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注原油儲(chǔ)罐壓力變化，及時(shí)調(diào)整充艙量。

3.1 惰氣充艙

平臺(tái)上配置了惰性氣體發(fā)生裝置，用來(lái)對(duì)原油儲(chǔ)罐以及其他工藝設(shè)備進(jìn)行安全保護(hù)，防火防爆。該惰氣系統(tǒng)有兩種操作模式，一是利用熱介質(zhì)鍋爐燃燒的廢氣來(lái)產(chǎn)生惰氣，二是利用惰氣發(fā)生器產(chǎn)生惰氣。惰性氣體發(fā)生裝置以熱介質(zhì)爐的煙氣作為惰性氣體基本氣源。當(dāng)鍋爐煙氣含氧量合格(低于5%)時(shí)，可經(jīng)過(guò)一定處理后，直接利用；當(dāng)熱油鍋爐本身或整個(gè)排煙系統(tǒng)出現(xiàn)故障，可借助裝置本身配備的燃燒系統(tǒng)直接產(chǎn)生合格的煙氣。不論是來(lái)自哪種形式的煙氣，都必須經(jīng)過(guò)除塵、冷卻、除濕、測(cè)氧等步驟，合格后的煙氣通過(guò)風(fēng)機(jī)、甲板水封、輸送管路供給儲(chǔ)罐充艙使用。

惰氣發(fā)生裝置設(shè)計(jì)能力應(yīng)滿(mǎn)足原油外輸作業(yè)及日常生產(chǎn)作業(yè)的補(bǔ)氣要求。該系統(tǒng)設(shè)備主要包括惰氣洗滌塔、惰氣風(fēng)機(jī)、惰氣發(fā)生器、柴油供給泵、空氣風(fēng)機(jī)、柴油輸送泵、甲板水封、壓力/真空破斷器等。由于惰氣發(fā)生裝置產(chǎn)生的惰氣壓力低，在外輸軟管試壓、憋壓吹掃等環(huán)節(jié)無(wú)法使用惰氣，只能用空氣或者天然氣試壓和掃線(xiàn)，但使用空氣或天然氣存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)該問(wèn)題，并考慮到儲(chǔ)罐惰氣充艙的重要性，于是在平臺(tái)上增加了一套制氮系統(tǒng)。

3.2 氮?dú)獬渑?/h3>

平臺(tái)制氮機(jī)氮?dú)饧兌瓤傻?9.9%，氮?dú)鈮毫?.8 MPa。膜制氮系統(tǒng)主要設(shè)備包括空氣壓縮機(jī)、過(guò)濾器、除濕器、預(yù)加熱器、膜組件、空氣儲(chǔ)罐和氮?dú)鈨?chǔ)罐等設(shè)施。經(jīng)空氣壓縮機(jī)增壓后的空氣在經(jīng)過(guò)過(guò)濾、除濕、加熱后，進(jìn)入膜組件進(jìn)行膜分離，生成的氮?dú)膺M(jìn)入惰氣系統(tǒng)出口管網(wǎng)。油輪靠泊外輸期間安排專(zhuān)人啟動(dòng)制氮機(jī)，啟動(dòng)后要確認(rèn)制氮機(jī)出口純度，高于97%時(shí)方可進(jìn)行掃線(xiàn)和儲(chǔ)罐充艙作業(yè)。外輸期間值班人員每半小時(shí)查看氮?dú)饧兌龋瑫r(shí)使用便攜式氣體探測(cè)儀測(cè)試氮?dú)饧兌?，共同?yàn)證氮?dú)饧兌群细瘛６铓庀到y(tǒng)和氮?dú)庀到y(tǒng)互為備用，徹底避免了因惰氣含氧量不合格、設(shè)備故障等問(wèn)題對(duì)原油儲(chǔ)罐充艙不合格或引起原油儲(chǔ)罐壓力低甚至負(fù)壓，保證了原油外輸期間儲(chǔ)罐的安全穩(wěn)定。

4 油輪應(yīng)急解脫安全控制

通過(guò)對(duì)各類(lèi)油輪外輸作業(yè)的事故案例分析，在系泊外輸期間出現(xiàn)海況惡劣是事故的主要原因，因此在油輪外輸期間，平臺(tái)方和船方應(yīng)設(shè)專(zhuān)人持續(xù)監(jiān)控天氣、海況、纜繩拉力和油輪擺動(dòng)情況等影響外輸作業(yè)安全的因素，如發(fā)生應(yīng)急情況，需要油輪快速解脫離泊，必要時(shí)安排輔助拖輪進(jìn)行拖帶離泊。平臺(tái)在系纜平臺(tái)甲板上各配置了兩套帶絞纜盤(pán)的雙頭快速脫鉤裝置，每套裝置均有獨(dú)立應(yīng)力檢測(cè)和報(bào)警功能。快速脫鉤裝置由快速脫纜鉤、電動(dòng)絞盤(pán)和應(yīng)力檢測(cè)/報(bào)警系統(tǒng)三部分組成，單鉤額定拉力100 t，鉤體水平轉(zhuǎn)角45～90°、垂直轉(zhuǎn)角45°。快速脫鉤裝置是油輪外輸作業(yè)最重要的系統(tǒng)，在應(yīng)急情況下快速脫鉤裝置可以節(jié)省應(yīng)急響應(yīng)時(shí)間。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上，文章闡述了外輸作業(yè)環(huán)境條件限制、油輪靠泊限制航速及帶纜系泊等規(guī)定。提出了采用橡膠護(hù)舷+移動(dòng)式防碰靠球組合形式，以減緩油輪靠泊碰撞力和系泊力對(duì)平臺(tái)造成晃動(dòng)等多項(xiàng)措施。同時(shí)通過(guò)配備惰氣系統(tǒng)和氮?dú)庀到y(tǒng)，并互為備用，以保證外輸期間原油儲(chǔ)罐的充艙需求，保證原油外輸期間儲(chǔ)罐的安全與穩(wěn)定。鑒于油輪安全外輸?shù)囊蛩剌^多，相關(guān)各方應(yīng)充分了解掌握并綜合考慮可能影響靠泊作業(yè)安全與作業(yè)效率的所有有關(guān)因素，防止麻痹大意，有效避免意外事件造成的風(fēng)險(xiǎn)。