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FLNG裝置工藝模塊安全間距研究

文檔作者：周建德，余建星，楊源，馬維林，張彩珥，李妍文檔來(lái)源：天津大學(xué)水利工程仿真與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年01月02日
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2第0112 2年期 第第 41 11卷頁(yè) 石 油 礦
0JL FIEI D
場(chǎng)機(jī)幀
EQUIPMENT 201 2，41(】2)：¨ 一一】6
文章編號(hào)：1001—3482(201 2)12-001l一06
FLNG裝置工藝模塊安全間距研究
周建德，余建星，楊 源，馬維林，張彩珥，李妍
(天津大學(xué)水利工程仿真與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300072)
摘要：針對(duì)浮式液化天然氣(F1 NG)裝置重大危險(xiǎn)源的密集而導(dǎo)致的模塊安全問(wèn)題，提出基于定量
風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的模塊安全間距確定方法。在研究模塊安全布置合理性的基礎(chǔ)上，采用事件樹(shù)分析方法
計(jì)算泄漏事故頻率，基于火災(zāi)爆炸理論模型研究事故后果，根據(jù)安全目標(biāo)進(jìn)行事故場(chǎng)景的選擇。應(yīng)
用定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估理論計(jì)算人員風(fēng)險(xiǎn)、經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)和多米諾效應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)，并建立風(fēng)險(xiǎn)值與模塊間距的關(guān)
系，從模塊和裝置2個(gè)層次進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)可接受性分析，確定模塊安全間距。實(shí)例分析結(jié)果表明：該方
法合理可行，可為大型裝置的模塊安全間距確定提供思路。
關(guān)鍵詞：FI NG；裝置；模塊間距；安全；風(fēng)險(xiǎn)分析
中圖分類號(hào)：TE952 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
Research on Safety Distance of P17ocess M odules for FLNG
ZHOU Jian—de，YU Jian—xing，YANG Yuan，M A W ei lin，ZHAN( Cai—yue，LI Yan
(State Key Laboratory of Hydraulic Engineering Simulation and
Safety，Tianjin University，Tianjin 300072，China)
Abstract：Aiming at module safety issue resulted from intensive major hazards on FI NG，the mod—
ule safe distance determination methods based on quantitative risk assessment were proposed．
Based on modules safe layout rationality research，spill frequencies were calculated by event tree
analysis and consequences were studied by fire and explosion theory，accident scenes were selected
based on security target，personnel risk，economic risk and domino effect risk were calculated by
application of quantitative risk assessm ent theory．The relationships between risk value and mod—
ule spacing were established，the acceptability of risk from two aspects of module and device was
analyzed to determine the m odule safe distance．The example analysis results show that the m eth—
od is reasonably practicable．It provides a method for setting safe distance between modules for
large plants．
Key words：FI NG ；device；m odule spacing；safety；risk analysis
浮式液化天然氣(Floating Liquid Natural
Gas，F(xiàn)I NG)裝置是一種集海上天然氣開(kāi)采、凈化、
液化和儲(chǔ)卸功能于一體的新型裝置，以其投資低、建
造周期短、便于遷移等優(yōu)點(diǎn)而倍受青睞。但是，
FI NG裝置儲(chǔ)存有易燃易爆的生產(chǎn)介質(zhì)和超低溫
的LNG，其生產(chǎn)工藝流程模塊采用分層設(shè)計(jì)，工藝
設(shè)備密集，風(fēng)險(xiǎn)因素的空間分布較為復(fù)雜，因此風(fēng)險(xiǎn)
較大。由于工作環(huán)境惡劣，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，設(shè)備費(fèi)用
收稿日期：2o12—06—18
基金項(xiàng)目：國(guó)家科技重大專項(xiàng)資助項(xiàng)目(2011ZX05026—006)；國(guó)家自然科學(xué)基金創(chuàng)新研究群體科學(xué)基金(51021004)資助項(xiàng)
目；上海交通大學(xué)海洋工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究基金資助項(xiàng)目
作者簡(jiǎn)介：周建德(1988一)，男，福建泉州人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)轱L(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與控制、船舶與海洋結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)制造
等，E—mail：zho ujiandeO817@163．corn。
石油礦場(chǎng)機(jī)械
較高，一旦發(fā)生工藝事故，容易造成較大的安全事故
和經(jīng)濟(jì)損失。因此，確保FI NG裝置工藝模塊間具
有足夠的安全距離十分重要。
裝置安全距離的確定方法主要有基于后果和風(fēng)
險(xiǎn)的方法及通用的經(jīng)驗(yàn)距離等。白永忠等 應(yīng)用風(fēng)
險(xiǎn)矩陣和基于風(fēng)險(xiǎn)的決策方法，利用工藝裝置破壞
強(qiáng)度推薦標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算火災(zāi)爆炸事故風(fēng)險(xiǎn)，分析裝置安
全距離設(shè)置的合理性。夏鑫¨2 通過(guò)對(duì)FPSO可能發(fā)
生的火災(zāi)爆炸進(jìn)行定量風(fēng)險(xiǎn)分析，計(jì)算人員風(fēng)險(xiǎn)值，
并分析加裝防火墻和加大模塊安全間距2種風(fēng)險(xiǎn)降
低措施的效果。黨文義等 在研究上述幾種主要確
定方法的基礎(chǔ)上，提出將風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和確定性方法相結(jié)
合的石油化工裝置安全距離確定原則及評(píng)估方法。
歐洲氣體協(xié)會(huì)(EIGA)ll1 基于風(fēng)險(xiǎn)和后果的方法，建
立工業(yè)氣體行業(yè)合理計(jì)算安全距離的基本原則。
目前，針對(duì)單個(gè)危險(xiǎn)源的安全距離研究較多，但
關(guān)于多危險(xiǎn)源分布區(qū)域的安全距離確定方法研究并
不多見(jiàn)。考慮到FI NG裝置的設(shè)計(jì)理念和規(guī)范性
意見(jiàn)，本文從安全性能的角度出發(fā)，結(jié)合設(shè)備的空間
位置分布，提出基于定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的安全距離確定
方法。
1 模塊安全間距影響因素
FI NG裝置總體布置分析研究的目的在于通
過(guò)結(jié)構(gòu)、模塊和設(shè)備安全的總體布置來(lái)避免或減少
潛在危險(xiǎn)對(duì)裝置的影響。根據(jù)DNV 規(guī)范_5]可知：
為了防止危險(xiǎn)的擴(kuò)大和蔓延，安全隔離可以通過(guò)保
證區(qū)域間足夠的距離或物理屏障(如防火／爆墻)的
設(shè)置來(lái)獲得。但是，防火防爆墻將妨礙自然通風(fēng)且
增加爆炸壓力和船體上部重力 ]，所以模塊的安全
隔離更多地考慮距離防護(hù)措施。因此，在工藝模塊
安全間距分析過(guò)程中，應(yīng)保證模塊間具有足夠的
距離。
與常規(guī)FPSO相比，F(xiàn)LNG裝置具有2個(gè)特點(diǎn)：
1) 常規(guī)FPSO上部模塊的布置都是統(tǒng)一的單
層布置[7]，而對(duì)于LNG FPSO來(lái)說(shuō)，其工藝流程復(fù)
雜，設(shè)備繁多，模塊結(jié)構(gòu)一般采用分層設(shè)計(jì)。模塊結(jié)
構(gòu)布置的變化導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)因素的空間分布不同，風(fēng)險(xiǎn)
因素與可能遭受損傷的人員和設(shè)備的接觸面更廣，
因此人員和設(shè)備的安全受到嚴(yán)重的威脅。
2) 與原油相比，LNG溫度極低，會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)或
人員造成損傷，而且少量的LNG液體可轉(zhuǎn)變?yōu)榇?
量體積的氣體，當(dāng)天然氣與空氣的體積比達(dá)到一定
比例時(shí)易發(fā)生火災(zāi)爆炸_8]。
FI NG裝置上部模塊設(shè)備繁多，且可用的甲板
空間有限，所以距離防護(hù)措施只能在一定程度上實(shí)
現(xiàn)。經(jīng)濟(jì)因素的考慮直接導(dǎo)致模塊間距要求越小越
好。然而FI NG裝置的火災(zāi)爆炸后果影響顯著，因
此，在確定工藝模塊安全間距時(shí)，需要考慮3個(gè)方面
的因素。
1) 模塊間距的安全目標(biāo)為了保證模塊安全
的合理性，根據(jù)安全性能思想¨sj，將FLNG裝置總
體布局設(shè)計(jì)分為3個(gè)級(jí)別，分別為裝置區(qū)與外部裝
置問(wèn)的位置設(shè)計(jì)、裝置內(nèi)模塊間的位置設(shè)計(jì)以及模
塊內(nèi)設(shè)備間的位置設(shè)計(jì)。在考慮模塊間距時(shí)，由于
各模塊工藝上具有較高的獨(dú)立性，除船的長(zhǎng)度限制
外，很少有其他因素來(lái)限制間距不得過(guò)大，所以可以
將安全標(biāo)準(zhǔn)適當(dāng)提高；但從后果影響來(lái)看，大規(guī)模的
事故場(chǎng)景并不適合在該級(jí)別設(shè)計(jì)中考慮。
2) 危險(xiǎn)擴(kuò)大的量化評(píng)價(jià) FLNG裝置在有
限甲板空間內(nèi)設(shè)備緊湊的布局方式以及工藝介質(zhì)的
危險(xiǎn)特性，導(dǎo)致事故的發(fā)生不僅會(huì)造成設(shè)備或所在
模塊本身的損壞，還可能對(duì)鄰近的設(shè)備或模塊造成
一定的破壞，甚至出現(xiàn)多米諾現(xiàn)象，從而引發(fā)更大規(guī)
模的損失。為有效確定工藝模塊的安全間距，需要
研究模塊間的多米諾效應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)，著重評(píng)估各個(gè)評(píng)價(jià)
單元之間的相互影響程度。
3) 危險(xiǎn)區(qū)域的整體評(píng)估 傳統(tǒng)的設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)評(píng)
價(jià)方法主要針對(duì)模塊內(nèi)單個(gè)較大危險(xiǎn)設(shè)備，但是單
一危險(xiǎn)源的評(píng)價(jià)，很難實(shí)現(xiàn)多危險(xiǎn)源分布區(qū)域的整
體安全性評(píng)估口 。因此，采用區(qū)域定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方
法，根據(jù)設(shè)備在模塊中的具體位置，結(jié)合安全目標(biāo)，
選擇設(shè)備泄漏事故，將每個(gè)重大危險(xiǎn)源潛在事故的
風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)化為與空間位置相關(guān)聯(lián)的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)，再將各
危險(xiǎn)源在給定的模塊間距下產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)進(jìn)行加
和，進(jìn)而得到所有可能的模塊間距的整體風(fēng)險(xiǎn)。
2 模塊安全間距確定方法
定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是對(duì)某一裝置或作業(yè)活動(dòng)中發(fā)生
事故的失效頻率和后果進(jìn)行表達(dá)的系統(tǒng)方法，且能
對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行量化管理，并通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)可接受性進(jìn)行風(fēng)
險(xiǎn)控制。圖1是FLNG裝置工藝模塊安全間距計(jì)
算流程。根據(jù)LNG船和LNG陸地工廠事故經(jīng)驗(yàn)，
結(jié)合新型裝置的特點(diǎn)，LNG FPSO可能存在碰撞、
火災(zāi)、爆炸、機(jī)械失效、裝卸載事故、貨物控制系統(tǒng)事
故等風(fēng)險(xiǎn)。其中，火災(zāi)和爆炸是模塊安全布置的主
要影響因素，故基于火災(zāi)爆炸事故的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法
確定模塊安全問(wèn)距。
第41卷第1 2期 周建德，等：FI NG裝置工藝模塊安全間距研究
圖1 FI NG裝置工藝模塊安全間距計(jì)算流程
2．1 事故頻率計(jì)算
失效頻率的計(jì)算可分為設(shè)備泄漏的頻率計(jì)算和
設(shè)備泄漏后引起火災(zāi)爆炸等事故的頻率計(jì)算。對(duì)于
每種類型設(shè)備的年失效頻率計(jì)算，可通過(guò)查找數(shù)據(jù)
庫(kù)獲取基礎(chǔ)泄漏頻率，然后進(jìn)行頻率修正。對(duì)于設(shè)
備泄漏后引起火災(zāi)爆炸等事故的頻率計(jì)算通常采用
事件樹(shù)分析方法。
考慮到FLNG裝置設(shè)計(jì)可能采用的安全措施，
檢測(cè)和監(jiān)控系統(tǒng)的失效概率可分別按0．03和0．01
計(jì)算，立即關(guān)斷和延遲關(guān)斷的失效概率可取0．1和
0．25 L1 J
。根據(jù)相關(guān)氣體檢測(cè)和報(bào)警方面的研究，中
或大泄漏的檢測(cè)失效概率為0[1 。泄漏程度可根據(jù)
風(fēng)險(xiǎn)支配范圍進(jìn)行區(qū)分，通常考慮代表小、中、大和
破裂4種情況的孔尺寸泄漏。結(jié)合頻率統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)
庫(kù)，定量風(fēng)險(xiǎn)分析中使用的孔尺寸分別為06、025、
D100、0400 mm 。
根據(jù)泄漏失效事件樹(shù)，先判斷泄漏的程度，然后
根據(jù)監(jiān)控、檢測(cè)、立即關(guān)斷和延遲關(guān)斷等安全功能的
作用，分析可能導(dǎo)致的失效后果，由此計(jì)算得到泄漏
時(shí)間的概率分布如表1所示。泄漏時(shí)間的確定能夠
有效地分析泄漏事故后果。
表1 不同孑L徑的泄漏時(shí)間概率分布
由于不同泄漏類型的后果計(jì)算差別很大，所以
需要區(qū)分瞬時(shí)泄漏和持續(xù)泄漏。通常當(dāng)泄漏4 536
kg所需的時(shí)間<3 min，可視為瞬時(shí)泄漏，否則為持
續(xù)泄漏l1 】。在泄漏事故分析過(guò)程中，失效后果的類
型可根據(jù)立即點(diǎn)燃、延遲點(diǎn)燃和未點(diǎn)燃3種情況進(jìn)
行判斷。由此根據(jù)泄漏質(zhì)量速率計(jì)算公式，判斷泄
漏類型，結(jié)合泄漏事故事件樹(shù)和點(diǎn)燃概率計(jì)算公
式_I ，可計(jì)算泄漏后引起火災(zāi)爆炸等事故的頻率。
不同孔徑在不同泄漏時(shí)間下發(fā)生事故的頻率可
按下式計(jì)算，即
Pf— PG× PE× PM×PI ×PI A (1)
式中：P。是基礎(chǔ)泄漏頻率；P 是設(shè)備修正系數(shù)；P
是管理修正系數(shù)；P 是泄漏時(shí)問(wèn)為t對(duì)應(yīng)的概率l
P 是泄漏后引起火災(zāi)爆炸等事故的頻率。
2．2 事故后果研究
2．2．1 事故影響范圍
后果計(jì)算主要是預(yù)測(cè)事故的影響范圍，可以通
過(guò)理論模型和商業(yè)軟件2種途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于本文
定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的主要目標(biāo)是模塊安全間距，風(fēng)險(xiǎn)的
計(jì)算只是為了能夠建立風(fēng)險(xiǎn)與距離的函數(shù)關(guān)系，考
慮到商業(yè)軟件的應(yīng)用只能得到已確定危險(xiǎn)因素的影
響距離，并不能很好地給出事故影響程度和距離的
關(guān)系，因此采用適當(dāng)?shù)睦碚撃Ｐ蚻1 對(duì)事故后果影響
進(jìn)行計(jì)算。
根據(jù)定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估理論可知，火災(zāi)能夠造成熱
輻射破壞效應(yīng)，一般以熱輻射通量準(zhǔn)則來(lái)衡量，其破
壞臨界值37．5 kW／m ；爆炸對(duì)周圍裝置的結(jié)構(gòu)破
壞主要考慮沖擊波超壓破壞，通常采用超壓準(zhǔn)則來(lái)
衡量，其破壞臨界值為0．1 MPa。由此結(jié)合選定的
火災(zāi)爆炸模型，可確定事故影響范圍。
2．2．2 潛在危險(xiǎn)的篩選
在實(shí)際設(shè)計(jì)中，模塊之間物料的交互相對(duì)比較
簡(jiǎn)單，工藝上的緊密性較小，因此在布局設(shè)計(jì)時(shí)，模
塊間距較為合理的安全目標(biāo)應(yīng)該是“一個(gè)模塊發(fā)生
中等規(guī)模事故時(shí)，盡量避免其他模塊由于這起事故
而引發(fā)多米諾效應(yīng)和功能性損傷”lg]。
根據(jù)模塊間的位置設(shè)計(jì)的安全目標(biāo)和FPSO規(guī)
范，結(jié)合FLNG裝置總布置的模塊規(guī)劃，考慮模塊
間距在3～50 m。通過(guò)FLNG裝置模塊三維模型圖
的位置分析，當(dāng)事故影響范圍未達(dá)到或超出相鄰模
石油礦場(chǎng)機(jī)械
塊區(qū)域時(shí)，該事故不屬于模塊間距計(jì)算的考慮范圍；
反之，則應(yīng)計(jì)算事故影響范圍與模塊間距的關(guān)系，從
而根據(jù)所有符合要求的事故計(jì)算模塊安全間距。
2。3 風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算
在定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過(guò)程中，衡量模塊間距的安全性
主要考慮2個(gè)方面：事故破壞風(fēng)險(xiǎn)(包括人員風(fēng)險(xiǎn)和
經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn))和事故擴(kuò)大風(fēng)險(xiǎn)(多米諾效應(yīng)風(fēng)險(xiǎn))。
2．3．1 事故破壞風(fēng)險(xiǎn)
考慮個(gè)人暴露于風(fēng)險(xiǎn)的平均時(shí)間，基于FLNG
裝置上的配員水平，可以按下式計(jì)算“個(gè)人每年的風(fēng)
險(xiǎn)”即個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)“ 為
n T r
IRPA一麗YL,I~×南 2)
式中：PL1 是事故年致死人數(shù)；￡是每個(gè)人在海上停
留的平均時(shí)問(wèn)，h；POB是FLNG 裝置上人員的配
備數(shù)。
經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)的計(jì)算包括設(shè)備損壞成本、營(yíng)業(yè)中斷
成本和潛在傷害成本_1 。其中，設(shè)備損壞成本的計(jì)
算假設(shè)在任一給定設(shè)備周圍的其他設(shè)備平均成本大
致相同；營(yíng)運(yùn)中斷成本使用與設(shè)備破壞總成本相關(guān)
的停工時(shí)問(wèn)計(jì)算；潛在傷害成本采用事故致死人數(shù)
和傷害成本計(jì)算。由此可得經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算公式為
ERPA-二ΣCE。S +CB+PLL+CP (3)
式中：( 。是設(shè)備區(qū)域的平均成本；S 是設(shè)備損壞區(qū)
域面積；C 是營(yíng)運(yùn)中斷成本；C 是個(gè)人傷害成本。
2．3．2 事故擴(kuò)大風(fēng)險(xiǎn)
根據(jù)多米諾效應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)理論可知，對(duì)于重大危險(xiǎn)
事故的多米諾效應(yīng)，初始事故的發(fā)生可能導(dǎo)致多種
二次事故。由此考慮到FLNG裝置上部模塊大量
設(shè)備的緊密布置而導(dǎo)致多米諾事故的多樣性，二次
事故影響范圍計(jì)算困難，初始事故和二次事故的影
響范圍的重疊計(jì)算復(fù)雜，結(jié)合安全目標(biāo)和規(guī)范，為有
效簡(jiǎn)化風(fēng)險(xiǎn)分析流程，對(duì)于多米諾效應(yīng)只計(jì)算其發(fā)
生的可能性。
將事故多米諾效應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)(DRPA)定義為事故
發(fā)生概率與事故擴(kuò)展概率相乘所得到的值。對(duì)于事
故擴(kuò)展概率的計(jì)算，通常采用基于經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)上的概
率函數(shù)法，計(jì)算公式為l1
1 ry_5
P一 I e一可dx (4)
√2 7c J。。
式中：P是事故擴(kuò)展概率；Y為概率單位變量；-z為
積分變量。不同初始事故對(duì)應(yīng)的概率單位變量y
的計(jì)算公式為
YF一12．54+ 1．749ln(D 一16．32×V。·∞ (5)
YE一～ 42．44+ 4．33In(P ) (6)
式中：y 是熱輻射事故擴(kuò)大效應(yīng)的概率單位；Y 是
超壓事故擴(kuò)大效應(yīng)的概率單位；f是目標(biāo)沒(méi)備的熱
輻射通量，kW／／In ；V是目標(biāo)沒(méi)備容積，m。；P 是設(shè)
備受到的靜態(tài)超壓的峰值，kPa。
2．3．3 風(fēng)險(xiǎn)與模塊間距的關(guān)系
在風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算過(guò)程中，應(yīng)用摔制變量法將模塊間
距作為唯一的可變量。
由于人員分布可根據(jù)控制室、通道和設(shè)備的具
體位置，分不同的區(qū)域進(jìn)行考慮，這使得模塊設(shè)備區(qū)
域與甲板空間的人員分布密度有所不同，模塊間距
的變化影響著事故致死人數(shù)。此外，設(shè)備采用模塊
化布置，危險(xiǎn)源在模塊內(nèi)的具體位置已經(jīng)確定，而事
故影響效應(yīng)僅與事故源到目標(biāo)位置的距離有關(guān)，所
以設(shè)備損壞面積和事故擴(kuò)展概率是以模塊間距為白
變量的函數(shù)。
由此可建立人員風(fēng)險(xiǎn)、經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)和多米諾效應(yīng)
與模塊間距的函數(shù)關(guān)系。其中，人員風(fēng)險(xiǎn)是對(duì)模塊
間距布置的人員安全性評(píng)價(jià)；經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)可為模塊布
置方案的選擇提供經(jīng)濟(jì)技術(shù)效果的比較；多米諾效
應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)的計(jì)算反映了模塊間事故連鎖效應(yīng)的可能
性，為模塊間距布置方案的選擇提供規(guī)范性的量化
理論依據(jù)。
2．4 模塊安全間距的確定
結(jié)合危險(xiǎn)辨識(shí)對(duì)設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)，考慮將區(qū)域
風(fēng)險(xiǎn)視為若干孤立重大危險(xiǎn)源的風(fēng)險(xiǎn)疊加，模塊的
人員風(fēng)險(xiǎn)、經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)和多米諾效應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)可通過(guò)所有
選擇設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)求和計(jì)算，從而建立整個(gè)FLNG裝
置的風(fēng)險(xiǎn)值與模塊間距的函數(shù)關(guān)系。采用最低合理
可行(ALARP)原則來(lái)判斷風(fēng)險(xiǎn)可接受性，將
ALARP區(qū)域個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)上下限 ]分別設(shè)定為7×
1O 次／a和7×10 次／a。多米諾效應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)的可接
受標(biāo)準(zhǔn)為7×10 次／a。將風(fēng)險(xiǎn)可接受性判斷分成
模塊和裝置兩個(gè)2次進(jìn)行分析。
對(duì)于單個(gè)模塊間距，考慮裝置的整體風(fēng)險(xiǎn)由各
模塊平均承擔(dān)，則可確定可容忍的人員風(fēng)險(xiǎn)上下限
對(duì)應(yīng)的模塊間距D 和D ，以及多米諾效應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)可
接受標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的模塊間距D。。當(dāng)D。存在時(shí)，則D
和D。的較大值為模塊安全間距；當(dāng)D 不存在時(shí)，
D 和D。的較大值為模塊間距的可容忍下限，如果
人員風(fēng)險(xiǎn)降低所需投入的成本與經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)的降低值
不對(duì)稱時(shí)，則該模塊間距為模塊安全間距，確定流程
第4l卷第l2期 周建德，等：Fl NG裝置工藝模塊安全間距研究
如圖2所示。
圖2 單一·模塊間距的安全評(píng)價(jià)
對(duì)于整個(gè)裝置的安全性評(píng)價(jià)，由于FI NG裝置
上甲板空間有限且造價(jià)較高，可假定工藝模塊的甲
板布置面積是一個(gè)固定值，所以工藝模塊的所有間
距總和為定值。由此可得一個(gè)有限的：I'=藝模塊布置
方案集。對(duì)所有方案進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，當(dāng)裝置多米諾
效應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)不可接受(DRPA>7×10。)或人員風(fēng)險(xiǎn)
不可接受(IRPA>7×10 )時(shí)，拒絕該方案，否則
列入備選方案集。當(dāng)備選方案中存在 RPA<7×
10 時(shí)，這些方案的裝置人員風(fēng)險(xiǎn)可以接受，僅需進(jìn)
行經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)的比較，其中最小者為最優(yōu)方案；當(dāng)備選
方案中不存在 PA<7×10 時(shí)，綜合考慮人員風(fēng)
險(xiǎn)和經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)，如果進(jìn)一步降低人員風(fēng)險(xiǎn)與所得收
益不對(duì)稱時(shí)，該方案為最優(yōu)方案。由此可得FLNG
裝置整體風(fēng)險(xiǎn)最優(yōu)情況下所有工藝模塊的安全間
距，確定流程如圖3所示。
圖3 模塊間距的整體性安全評(píng)價(jià)
3 應(yīng)用實(shí)例
3．1 概況
某FLNG裝置天然氣處理量為3．5×10 t／a，
LNG生產(chǎn)量2．4×10。t／a，設(shè)計(jì)壽命2O a，工作水深
1 500 m，海況條件比較惡劣。上甲板設(shè)備劃分為
l1個(gè)模塊，其中工藝模塊1O個(gè)，公用工程模塊1
個(gè)。選取原料氣脫酸模塊(A)和壓縮機(jī)模塊(13)的
安全間距作為研究對(duì)象。為確定模塊安全間距，風(fēng)
險(xiǎn)分析過(guò)程中，需要提供的技術(shù)資料包括：模塊布置
圖、工藝介質(zhì)數(shù)據(jù)表、設(shè)備和管道數(shù)據(jù)表、環(huán)境狀況
數(shù)據(jù)、人員分布數(shù)據(jù)等。
3．2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果
由于FLNG裝置工藝模塊的危險(xiǎn)源較多，涉及
到眾多的影響因素和相關(guān)理論，風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算的復(fù)雜性
和重復(fù)性較大，因此基于火災(zāi)爆炸事故分析理論，選
用適當(dāng)?shù)睦碚撃Ｐ停鶕?jù)模塊安全間距的確定方法，
利用Matlab軟件編程計(jì)算。
通過(guò)對(duì)FI NG裝置模塊A和D的風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算，
可以得到人員風(fēng)險(xiǎn)、經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)和多米諾效應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)這
3種風(fēng)險(xiǎn)值與模塊間距的關(guān)系如圖4～6所示。
從圖中可以看出：通過(guò)該計(jì)算方法，對(duì)于每種模
塊布置方案，都可以給出相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)值。其中，人員
風(fēng)險(xiǎn)和經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)隨著模塊間距的增大而降幅較小，
多米諾效應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)下降較快；經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)在模塊間距較
低時(shí)的直線下降是由營(yíng)運(yùn)中斷成本造成的。
f
-
<
呈
釓
Ⅱ
●
1
0
匿
憋
槽塊間距離，n
圖4 人員風(fēng)險(xiǎn)與模塊間距的關(guān)系
模塊間距／m
圖5 經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)與模塊間距的關(guān)系
石油礦場(chǎng)機(jī)械
。
10-8
奏10
10 '
倒
羹 曠I
3．3 安全間距的確定
根據(jù)該FLNG裝置的模塊劃分及布置，模塊間
距人員風(fēng)險(xiǎn)的可容忍上限為7×10 人／a，下限為
7×1O 人／a，多米諾效應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)的可接受標(biāo)準(zhǔn)為7×
1O 人／a。
根據(jù)圖4和圖6可知：模塊間距的設(shè)置并不能
使人員風(fēng)險(xiǎn)達(dá)到可接受區(qū)域，而所有模塊間距的多
米諾效應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)均達(dá)到可接受標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)具體數(shù)值計(jì)
算可得，D 一29．30 m，由此可得模塊間距的可容忍
下限為29．3O 1TI。比較模塊間距為29．30 m 和
3O．30 m時(shí)的經(jīng)濟(jì)性，結(jié)果如表2所示。其中，模塊
間距的增大通過(guò)增加船長(zhǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。從表2可以看
出：模塊間距增加1 m，使得經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)降低￥0．022
×10。元，總投入成本增加￥0．092×10。元，降低人
員風(fēng)險(xiǎn)所增加的投入成本大于經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)的降低值，
所以模塊A 和D 的安全間距為29．30 m。
表2 不同模塊間距的經(jīng)濟(jì)性評(píng)估
通過(guò)此次計(jì)算可以看出，船長(zhǎng)度的增加并不能
有效地保證模塊間的安全。模塊間距的合理確定還
需要從整個(gè)裝置層次來(lái)考慮，在不改變模塊布置面
積的情況下，通過(guò)調(diào)整模塊布置方案來(lái)實(shí)現(xiàn)模塊間
距的合理安全性。
4 結(jié)論
1) 安全性能的設(shè)計(jì)思想可以在滿足FLNG
裝置設(shè)計(jì)理念和相關(guān)規(guī)范的條件下，有效篩選符合
模塊安全間距計(jì)算要求的潛在事故。采用區(qū)域定量
風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法能夠?qū)崿F(xiàn)多危險(xiǎn)源分布區(qū)域的整體安
全性評(píng)估。多米諾效應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)的計(jì)算可實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)擴(kuò)大
可能性的量化評(píng)價(jià)。
2) 通過(guò)建立風(fēng)險(xiǎn)與模塊間距的函數(shù)關(guān)系，可
對(duì)模塊和裝置進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，從而根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)可接受
性控制，確定工藝模塊的安全間距，提高裝置的本質(zhì)
安全。
3) 根據(jù)FI NG裝置的特點(diǎn)，結(jié)合安全性能設(shè)
計(jì)思想和區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，提出工藝模塊安全間
距的確定方法。通過(guò)實(shí)例分析可知，該計(jì)算方法合
理可行，可以為基于模塊化設(shè)計(jì)思想的大型裝置的
模塊安全間距確定提供思路。
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