油气泄漏及连锁灾害下浮式生产系统风险评估与控制策略研究

作     者：魏超南 

作者单位：中国石油大学（华东） 

学位级别：硕士

导师姓名：陈国明

授予年度：2013年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 08[工学] 082002[工学-油气田开发工程] 

主      题：浮式生产系统 油气泄漏 火灾爆炸 风险评估 风险控制 计算流体动力学 

摘      要：海洋油气资源的勘探与开发呈现明显的发展趋势：一是开采水深不断加深，二是边际油田也被纳入开采行列。为了适应深水恶劣环境，控制开发成本，提高中小油田及边际油田的开采价值，浮式生产系统(Floating Production Storage and Offloading Units,FPSO)凭借其在经济、技术方面的卓越表现，迅速成为海洋石油界和造船界的新宠。FPSO工艺系统复杂，存在石油、天然气和大量其他易燃易爆物质，且机电设备布置紧凑，作业环境恶劣。一旦发生油气泄漏，将在船体周围空间形成大规模可燃性混合气云，极易引发严重的爆炸或火灾事故，FPSO及作业人员将面临巨大危险。鉴于FPSO作业的高风险性，本文结合中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(09CX05008A)“南海深水油气开采风险控制技术应用基础研究，系统开展油气泄漏及连锁灾害条件下FPSO作业风险评估及控制策略研究，重点针对FPSO生产运行阶段可能发生的油气泄漏及由连锁效应导致的火灾、爆炸等重大事故进行风险后果评估与相应的安全保护系统研究，为提高FPSO作业风险控制能力、风险管理水平和事故应急救援作业质量提供理论支撑和技术保障。 广泛调研国内外近年来在FPSO及其他类型海洋结构物油气泄漏、火灾、爆炸等风险研究方面的研究成果和最新进展，总结海洋工程风险研究的发展趋势。以FLUENT为代表的现代CFD数值仿真技术已发展较为成熟，成为海洋平台油气火灾、爆炸事故后果及演化规律研究的重要方法。结合FPSO生产工艺系统的特殊性，从燃料危险性、氧气来源、点火源、设备危险性和工艺系统危险性等方面系统开展各类危险源的辨识及分析工作，引入层析分析法和模糊评价理论建立FPSO全生命周期及生产运行阶段的油气火灾、爆炸风险评估模型，结论认为其风险水平均处于临界状态，偏向于较安全;FPSO生产运行过程中原油储存系统、油气水处理系统和火炬放空系统的风险明显较高。根据工艺设备实际运行参数，基于合适的泄漏源模型计算其在不同泄漏孔径条件下的天然气失效泄漏速率，作为泄漏源项，并在此基础上建立FPSO泄漏天然气扩散行为及危险区域分布规律的CFD预测模型，分析风向、风速及泄漏速率等关键因素对天然气扩散行为的影响规律，确定油气处理系统和火炬放空系统泄漏工况条件下天然气危险区域的分布规律和空间范围，合理划分FPSO上部模块的危险区域。基于CFD方法，进一步建立FPSO油气处理系统和火炬放空系统泄漏天然气爆燃事故的风险预测与评估模型，研究爆炸超压、火焰高温及火焰热辐射等主要灾害指标的变化规律和影响范围，确定应急撤离和消防救援过程中作业人员的最小安全半径R。最后，以事故预防和风险控制为目标，从消防系统、逃生救生系统、火气监控系统和紧急关断系统等方面初步建立FPSO的安全保护系统。