某海洋石油平台工艺火灾爆炸分析

一、方法介绍

本文是利用PHAST软件对C平台下层甲板的工艺设备设施火灾、爆炸事故的后果影响范围与程度进行估算，从而对两平台下层甲板防火墙的耐火耐压能力进行分析。

在利用PHAST软件对C平台上生产设施进行泄漏引发的火灾、爆炸后果进行模拟时，首先要对海上生产设施的操作条件、环境条件、泄漏物质、泄漏规模进行了解与假设。

对于泄漏过程模拟，需要确定泄漏过程的工艺参数，将工艺参数输入到计算软件中进行计算，以获得结果数据。

二、选取计算参数

1.物相

C平台上设备的泄漏物相为原油和天然气，根据物料平衡表2011年数据，油气组分的百分比列表见表1：

表1 油气组分百分比

2.泄漏孔径与环境条件

根据海洋石油平台生产设施特点，计算过程中假设发生小、中两种规模的泄漏事故，其泄漏孔径分别为10mm、25mm。

根据该油气田所属海域的天气条件，计算中假设风速为5m/s。

3.操作参数

在使用PHAST软件进行油气泄漏及火灾爆炸后果模拟计算时，需要确定计算对象的操作介质、操作温度、操作压力以及可能泄漏量等相关参数，主要涉及参数为操作温度、操作压力、质量。

根据C平台下层甲板工艺设施的实际情况，在计算中，仅对分离器类设备考虑油相泄漏，而其它设施由于其中的物流均为气相，只是夹带一定成分的液滴，因此均视为气相物质。

三、火灾模拟计算结果

泄漏出来的原油或天然气一旦遇到明火会引发火灾事故。C平台下层甲板工艺设施泄漏后引起的火灾影响进行模拟。

通过PHAST计算得到C平台设施发生泄漏后被点燃情况下，得出下图1所示的三个射强度的影响范围。当设备泄漏后被点燃发生火灾时，火焰形成一个热辐射区，从图中可以看出，与火焰最近的热辐射值为37.5kw/m2，次之为12.5kw/m2，最外围为4.0kw/m2。不同区域的热辐射强度不同，影响范围也不同。

图1 采油树天然气大型泄漏喷火影响范围

四、爆炸模拟计算结果

油气泄漏到大气中，经过挥发、扩散、聚集后，烃类气体与大气中的氧气充分混合形成爆炸性混合气体，遇明火会发生延迟爆炸。

由于C平台均为天然气平台，物流中油含量较低，油相泄漏后挥发量较低，发生爆炸的概率很低，因此本部分爆炸模拟分析只针对气相泄漏事故进行。

考虑到C平台下层甲板的长与宽，在计算过程中仅对爆炸周围50米范围内的超压值进行了计算，50米以外的区域没有考虑。因此上表中部分爆炸影响范围显示为50米，实际范围可能会超过50米。

通过PHAST的泄漏爆炸模拟，计算得出爆炸中三个超压值的各自的影响范围，即超压区。当设备泄漏后被延迟点燃，产生一个爆炸，火焰形成一个超压区，与爆点最近为0.75bar，次之为0.30bar，最外围为0.15bar。

五、影响结果分析

1.喷火影响

海上油气生产设施发生天然气泄漏时，如果泄漏口附近有明火源，泄漏出来的可燃气会立即被点燃，形成喷火，这类事故的危害相对较小，主要体现为热辐射伤害，上文已针对C平台的下层甲板工艺泄漏引发的喷火热辐射危害进行了模拟计算。此类喷射火可以借助防火墙起到对人员及临近设备的防护作用。

2.延迟点燃闪火影响

生产设施在发生天然气泄漏时，如果没有被立即点燃，在周围环境的作用下（主要为风以及周围设施阻挡的作用），泄漏出来的烃类气体会发生聚集，并与空气混合，达到极限浓度时形成爆炸性混合气体，此时如遇明火源即可发生爆炸事故。一般会产生一个火球并向外扩展，火球扩展到最大状态后，稳定燃烧一段时间，则会熄灭。

此类事故的主要危害仍然是热辐射，但上述状况是在发生泄漏事故时，平台上的探测系统能够迅速发现并发出报警信号，及时将发生泄漏事故的工艺单元或整个工艺系统进行关断。这样，可以有效地控制泄漏量，避免事故升级。

3.延迟点燃爆炸影响

当积聚的蒸气云被点燃形成的火球在向外扩展的过程中，如遇到阻隔，局部收到约束，引起局部湍流和漩涡，使火焰与火焰相互作用，造成燃烧速率急剧升高，有可能使爆燃转变成为爆轰，产生危害巨大的爆炸冲击波。此类事故在敞开空间发生的概率很低，一般不易发生爆轰。

本文计算的爆炸影响即为此类爆炸冲击波影响，且在计算过程中所选取的泄漏量考虑了关断与放空。

由于海上天气条件的因素，尤其是风较大，泄漏出来的可燃气体发生积聚的可能性相对较小，而C平台的下层甲板三个方向均为敞开式结构，但工艺设备周围布置了其它的相关生产设施，同时平台结构所需的斜支撑等，都不同程度地形成了局部约束，并且下层甲板上方有甲板阻隔，并非敞开式结构，因此，下层甲板工艺泄漏存在着一定的爆炸风险。下层甲板敞开性越好，其发生爆炸所产生的超压值越低。

C平台下层甲板在设计上应尽可能考虑其敞开性，尽量避免两种状况的发生：

（1）可燃气体的积聚；

（2）发生延迟点燃的火球燃烧时的局部约束。这样可以较好地避免爆炸事故的发生，大大降低了工艺泄漏事故的风险；

（3）建议提高平台的泄漏探测报警以及关断阀动作的有效性以及可靠性，最大限度地通过控制手段减少泄漏状态下扩散到平台空间可燃性物质的量。