FSRU作業(yè)過程火災(zāi)爆炸危險性評估研究*(安全)
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FSRU作業(yè)過程火災(zāi)爆炸危險性評估研究*(安全)
張 悅
（中國安全生產(chǎn)科學研究院，北京 100012）
摘要：浮式儲存和再氣化裝置( FSRU)運行過程中易導(dǎo)致火災(zāi)爆炸等事故的發(fā)生，為有效評估FSRU作業(yè)過程火災(zāi)爆炸危險性，采用火災(zāi)爆炸危險指數(shù)評估法，對運用FSRU的某浮式LNG接收終端進行危險性評估；選取LNC運輸船與FSRU裝料作業(yè)等9個單元，研究確定了一般工藝危險性系數(shù)、特殊工藝危險性系數(shù)、安全措施補償系數(shù)等參數(shù)，得出了補償前后的火災(zāi)爆炸危險性指數(shù)，有效評估了FSRU作業(yè)過程火災(zāi)爆炸危險性，并基于研究結(jié)果提出了保障FS-RU作業(yè)安全的對策措施與建議。研究結(jié)果表明，安全措施補償前，緣于LNG/NG本身的火災(zāi)危險性和數(shù)量較大，能量高度集中，LNG運輸船與FSRU裝料作業(yè)等單元的火災(zāi)爆炸危險等級均達到了“非常大”；在采取了一系列的安全措施補償后，火災(zāi)爆炸危險指數(shù)降低了3/5左右。這對系統(tǒng)深入地研究FSRU作業(yè)安全具有較重要的理論意義和實際應(yīng)用價值。
關(guān)鍵詞：FSRU;火災(zāi)爆炸；危險指數(shù)；危險性評估
中圖分類號：X913 doi：10. 11731/j. issn．1673-193x. 2016. 05. 019
0 引言
改革開放以來，LNG（液化天然氣）接收終端的建設(shè)得到了迅速發(fā)展，據(jù)《Encyclopedia of LNG 2014》報道，全球已建成91個。較傳統(tǒng)陸地LNG接收終端，海上浮式LNG接收終端技術(shù)近年來得到了較快發(fā)展，已成為我國LNG行業(yè)發(fā)展的新型模式。而浮式儲存和再氣化裝置( Floating Storage and Re - gasification Unit,FSRU)因具有顯著的成本優(yōu)勢等特點，目前已成為海上浮式LNC接收終端的主要方式，受到高度關(guān)注。然而運用FSRU的浮式LNG接收終端（以下簡稱浮式LNG接收終端）具有風險大、經(jīng)驗少、要求高等特點，因其長期靠泊于港口，受周邊碼頭運營及海洋環(huán)境影響較大，生產(chǎn)過程由于涉及低溫、高壓以及易燃、易爆等危險因素，可能會發(fā)生因設(shè)備設(shè)施的質(zhì)量缺陷和故障，管線、閥門的泄漏或破裂，人為失誤與管理原因，環(huán)境影響等因素而引發(fā)的火災(zāi)爆炸等事故，在運行過程中存在更多潛在的危險有害因素，這些危險有害因素在一定條件下轉(zhuǎn)變?yōu)槭鹿�，其后果可能不堪設(shè)想。
但國內(nèi)缺乏對FSRU作業(yè)過程火災(zāi)爆炸危險性的有效評估，為防止此類事故發(fā)生，降低事故危害程度，基于火災(zāi)爆炸危險指數(shù)評估法，對某FSRU作業(yè)過程進行系統(tǒng)分析與評估，提出具有針對性的安全對策措施與建議，這對浮式LNG終端的安全運行起到推動作用，為降低其運行過程災(zāi)害損失及搶險救災(zāi)等方面具有較重要的理論意義和實際應(yīng)用價值。
1 FSRU總體工藝流程
某浮式LNG接收終端的FSRU工藝流程如圖1所示。
2 FSRU作業(yè)過程主要危險有害因素分析
在FSRU作業(yè)過程中，由于作業(yè)人員的不安全行為，設(shè)備設(shè)施因設(shè)計、選型、安裝及運行而產(chǎn)生的質(zhì)量缺陷或故障，外部條件的影響，附屬設(shè)施泄漏，裝卸臂／管線泄漏，FSRU液艙內(nèi)溫度和壓力升高，FSRU靠離泊異常、系泊張力過大等，將會導(dǎo)致FSRU作業(yè)過程發(fā)生泄漏事故。LNG泄漏易導(dǎo)致火災(zāi)爆炸事故，主要事故類型有：LNG泄漏到地面或水面上形成液池后，被點燃產(chǎn)生池火；LNG管道和壓縮、氣化、計量、外輸工藝設(shè)備等因介質(zhì)泄漏而被點燃產(chǎn)生噴射火；LNC泄漏后經(jīng)蒸發(fā)、擴散，在開闊地帶形成可燃蒸氣云，遇到點火深產(chǎn)生閃火；密閉空間內(nèi)LNG蒸氣云被點燃產(chǎn)生蒸氣云爆炸；LNG容器等由于外部火災(zāi)烘烤或其他原因而破裂引發(fā)沸騰液體擴展為蒸氣云爆炸( BLIEVE)事故。除了發(fā)生火災(zāi)爆炸事故外，還可能發(fā)生：因LNG壓力容器、壓力管道超壓引發(fā)的物理爆炸；前沿作業(yè)人員落水淹溺事故；裝卸臂、壓縮機、輸送泵及維修間的機械設(shè)備等對人體的機械傷害；低溫LNG對人體的凍傷；高濃度的天然氣造成的人員窒息；電纜、線路、開關(guān)等高低壓電氣設(shè)備漏電、短路、絕緣損壞等引發(fā)的觸電危害；纜繩反彈或斷裂等引發(fā)的物體打擊危害；FSRU巡回檢查、檢修等高處作業(yè)引發(fā)的高處墜落危害；自然環(huán)境條件可能帶來的臺風、海潮、雷暴、高溫、低溫、霧、地震危害等。其中，火災(zāi)、爆炸是FSRU作業(yè)過程中最主要的危險有害因素。
3 火災(zāi)爆炸危險性評估
火災(zāi)爆炸危險指數(shù)評估法基于物質(zhì)系數(shù)，通過對一般工藝、特殊工藝、特殊物質(zhì)的修正得出火災(zāi)爆炸危險性指數(shù)，并依據(jù)其大小對危險程度進行分級，判定補償措施前后的系統(tǒng)整體安全狀況，同時提出相應(yīng)的安全對策措施與建議。采用火災(zāi)爆炸危險指數(shù)評估方法對FSRU作業(yè)過程進行分析和評估。
3.1 選取評估單元
根據(jù)FSRU工藝流程，選擇在每個單元整個生產(chǎn)周期內(nèi)單元總體危險性最大的狀態(tài)，最終選取LNG運輸船與FSRU裝料作業(yè)等9個單元為主要評估單元。
3.2初步評估
以FSRU儲存單元為例，詳細說明其危險基本參數(shù)的取值過程和火災(zāi)、爆炸指數(shù)的計算過程，其他單元類似。各單元初步評估（補償前）危險性指數(shù)匯總?cè)绫?/font>1所示。
1)確定物質(zhì)系數(shù)
該單元主要危險物質(zhì)為甲烷，MF值取21。
2)確定一般工藝危險系數(shù)(F1)
基本系數(shù)取給定值1.00;因該單元LNG儲存在液艙中，設(shè)有防止泄漏液流到其他區(qū)域的裝置，所以物料處理與輸送、排放和泄漏控制系數(shù)分別取0.85和0.50;吸熱反應(yīng)、放熱反應(yīng)、封閉單元或室內(nèi)單元、通道均不適用，不予取值。因此，F1值為以上各項選取系數(shù)之和2. 35。
3)確定特殊工藝危險性系數(shù)( F2)
基本系數(shù)取給定值1.00；因該單元甲烷的NH值為1，當儀器或裝置失靈時，工藝裝置才處于爆炸極限范圍內(nèi)或其附近，船艙最高設(shè)計壓力為25 k Pa（表壓），LNG液艙冷卻至-163 0C后，總?cè)莘e為142969m3，介質(zhì)對設(shè)備及管道有一定的腐蝕性，和法蘭連接處可能產(chǎn)生輕微的泄漏，單元內(nèi)大容量的轉(zhuǎn)動設(shè)備會帶來危險，超過一定規(guī)格的泵和壓縮機可能引起事故，所以毒性物質(zhì)、易燃范圍及接近易燃范圍的操作、壓力釋放、易燃及不穩(wěn)定物質(zhì)的數(shù)量、腐蝕、泄漏一連接頭和填料處、轉(zhuǎn)動設(shè)備危險系數(shù)分別取0. 20、0.30、0.22、1.61、0.10、0.10、
0. 50;負壓操作、粉塵爆炸、低溫、明火設(shè)備的使用、熱油交換系統(tǒng)均不適用，不予取值。因此，F2值為以上各項選取系數(shù)之和4. 03。
4)計算單元工藝危險系數(shù)(F3)
該單元工藝危險系數(shù)F3=F1×F2=9.47>8，按F3=8來確定危害系數(shù)。
5)計算火災(zāi)、爆炸指數(shù)(F&EI)
該單元火災(zāi)、爆炸指數(shù)計算結(jié)果f& EI=F3×MF= 168。
3.3安全措施補償
根據(jù)經(jīng)驗提出的安全措施可有效降低事故發(fā)生概率和危害，以改變補償前的危險性。依據(jù)補償前的評估結(jié)果，從工藝控制、物質(zhì)隔離及防火措施考慮，并根據(jù)現(xiàn)場實際情況，對各單元進行安全措施補償，其取值過程如下。
1)工藝控制安全措施補償系數(shù)(C1)
因各單元有應(yīng)急電源且能自動切換到應(yīng)急狀態(tài)，設(shè)置緊急停車系統(tǒng)，情況出現(xiàn)異常時能自動緊急停車并切換到備用系統(tǒng)，裝置采用關(guān)鍵輸入的異常中止功能，已制定操作指南及操作規(guī)程，并且在完善過程中，對裝置分別進行了分析評價，無冷卻，配備了壓力泄放設(shè)施等，所以各單元的應(yīng)急電源、緊急停車裝置、計算機控制、操作指南或操作規(guī)程、其他工藝過程危險分析補償系數(shù)均分別取0. 98、0.98、0.93、0.97、0.98；冷卻裝置、抑爆裝置、活性化學物質(zhì)的檢查補償系數(shù)均不予取值；因單元③對裝設(shè)有連續(xù)的惰性氣體保護并可進行自動吹掃，所以其惰性氣體保護補償系數(shù)取0. 94，其他單元均不予取值。C1值為以上系數(shù)之積。因此，除FSRU儲存單元的C1值為0. 80外，其他單元均為0.85。
2)物質(zhì)隔離安全措施補償系數(shù)(C2)
因各單元擬設(shè)置備有遠程遙控的切斷閥，可在緊急情況下迅速將容器和管線隔離，應(yīng)急排放系統(tǒng)能將氣體排放至火炬系統(tǒng)，裝有聯(lián)鎖系統(tǒng)以避免出現(xiàn)錯誤的物料流向及由此而引發(fā)不需要的反應(yīng)，所以遠距離控制閥、卸料／排空裝置、聯(lián)鎖裝置補償系數(shù)均分別取0. 98、0. 96、0.98；而碼頭、罐區(qū)和工藝設(shè)備區(qū)均設(shè)置事故收集池，由單元工藝設(shè)施的不同，單元①和③的排放系統(tǒng)補償系數(shù)均取0. 95，其他單元取0.91。C2值為以上系數(shù)之積。因此，除這兩個單元的C2值為0. 88外，其他單元均為0. 84。
3)火災(zāi)設(shè)施安全措施補償系數(shù)(C2)
因各單元安裝了可燃氣體探測系統(tǒng)，既能報警又能在達到爆炸下限之前使保護系統(tǒng)動作，裝置承重采用鋼結(jié)構(gòu)，采用防火涂層，消防水壓力高于690 k Pa（表壓），安裝煙火探測器、干粉滅火器及泡沫滅火器等，設(shè)有消防水幕、高倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)，采用自動控制方式，配備了手提式滅火器及水槍，采用不銹鋼電纜橋架，所以各單元的泄漏檢測裝置、鋼質(zhì)結(jié)構(gòu)、消防水供應(yīng)、特殊滅火系統(tǒng)、水幕、泡沫滅火裝置、手提式滅火器材／噴水槍、電纜保護補償系數(shù)均分別取0. 94、0.98、0.94、0.91、0.98、0. 92、0.93、0.98;因單元③由于可能著火的面積增大，需要乘以一定的面積修正系數(shù)，所以其灑水滅火系統(tǒng)補償系數(shù)取0. 91，其他單元的均取0.81。C2值為以上系數(shù)之積。因此，除單元③的C2值為0. 59外，其他單元均為0. 52。
4)安全措施補償系數(shù)(C)
C的值為C=C1×C2xC3。因此，除單元①和③的C值分別為0. 39、0.42外，其他單元均為0. 37。
3.4再次評估
安全措施補償后，再次對FSRU作業(yè)過程火災(zāi)爆炸危險性進行評估，計算補償后各單元火災(zāi)爆炸指數(shù)，并與補償前的危險指數(shù)進行對比，其結(jié)果見表2。
3.5結(jié)果分析
由表1~表3可見：
1)火災(zāi)爆炸指數(shù)評估的大小順序依次為：①=③=⑤=⑥=⑦>⑨>④>②>⑧。
2)安全措施補償前，①、③、⑤、⑥、⑦的火災(zāi)爆炸危險等級達到了“非常大”，主要緣于LNG、NG（天然氣）本身的火災(zāi)危險性較大，且LNG/NC數(shù)量較大，能量高度集中。②與⑧均為“較輕”，這主要緣于其相對較低的操作壓力和較小的工藝單元泄漏量。
3)安全措施補償前，除了②與⑧火災(zāi)爆炸危險性為“較輕”外，其他單元為“很大”、“非常大”。在采取了一系列的安全措施補償后，火災(zāi)爆炸危險指數(shù)降低了3/5左右。
4 安全對策措施與建議
1)浮式LNG接收終端中的FSRU安全對策措施
設(shè)備、工藝安全技術(shù)對策措施，如：為防止FSRU液艙超壓，配備BOG壓縮機等。防火防爆安全技術(shù)對策措施，如：合理布置設(shè)備，避免熱輻射成為點火源；采用海水消防，機泵、管道的選材上應(yīng)考慮到海水腐蝕問題；所有配備的泡沫液必須為耐海水型等�？�、離、系泊過程安全對策措施，如：船舶靠離泊前，碼頭前沿裝卸臂及輸氣臂應(yīng)處于收緊狀態(tài)，防止發(fā)生碰撞事故；在船舶靠泊之前，碼頭方面應(yīng)通過引水員或泊位指導(dǎo)員，向船長提供詳細的系泊計劃，并達成協(xié)議等。
2) LNG運輸船、儲罐與FSRU裝卸料過程安全對策措施
如：為避免NG管道因流速過快帶來的靜電危害，采取限制其流速的措施，控制放空氣體放空的速度；設(shè)置緊急事故停車系統(tǒng)( ESD)，保證自動切斷閥的有效性等。
3) FSRU氣化和外輸過程安全對策措施
如：FSRU上LNG氣化器、氣貨管道外輸區(qū)域均設(shè)置可燃氣體檢測報警器、低溫探測器和火焰探測器等報警設(shè)施，通過控制系統(tǒng)啟動相應(yīng)的保護設(shè)施，或切斷有關(guān)的管線、設(shè)備等。
5 結(jié)論
1)火災(zāi)爆炸是FSRU作業(yè)過程中最主要的危險有害因素。導(dǎo)致其火災(zāi)爆炸的主要原因有：FSRU液艙內(nèi)溫度和壓力升高，FSRU靠離泊異常、系泊張力過大，裝卸臂／管線泄漏，作業(yè)人員的不安全行為，設(shè)備設(shè)施因設(shè)計、選型、安裝及運行而產(chǎn)生的質(zhì)量缺陷或故障，外部條件的影響，附屬設(shè)施泄漏等。
2)采用火災(zāi)爆炸危險指數(shù)評估法，對FSRU作業(yè)過程進行了危險性評估，并根據(jù)研究結(jié)果提出了具有針對性的FSRU作業(yè)安全對策措施與建議。研究結(jié)果表明：安全措施補償前，LNG運輸船與FSRU裝料作業(yè)等單元的火災(zāi)爆炸危險性非常大，應(yīng)加強這些單元的安全監(jiān)管。
3)工藝控制、物質(zhì)隔離及防火措施安全措施補償是降低FSRU作業(yè)過程火災(zāi)爆炸危險性的有效方法。
