FPSO舱室不停产改造安全评价

高攀龙（中海石油（中国）有限公司天津分公司， 天津 300450）

0 引言

中国海洋石油某FPSO主要依靠离心分离机进行生产水中原油及固体物的脱除，随着油田的整体滚动开发，这种处理方式已不能满足实际需求，需要进行扩容改造。经过多种方案的比较筛选，诸如将现有工艺替换为比较成熟的“老三套”工艺、增加处理节点、新工艺替换如紧凑式分离器等，最终决定对该FPSO的部分舱室进行改造，实现在离心式分离机上游增加二级沉降工艺，已达到优化和扩容的目的。

本工程方案的重点为两个污油水舱、两个燃料油舱和两个雨水舱的改造，难点是改造过程不影响该FPSO的正常生产，主要实施以下改造：(1)改造舱室原有功能的转移（不停产施工的前提）；(2)舱室内部结构改造（主体工程）；(3)与原有处理工艺的对接（接入生产）；(4)控制系统的改造（安全保障）。

1 安全预评价程序

本次改造为在线改造，改造过程中设施不停产，改造涉及污油水舱、燃料油舱、液压油控制系统，需要在舱壁开孔，舱室内部搭设脚手架、动火、涂装等作业，需要考虑施工过程船体结构的应力变化、舱室内部限制空间进行热工、高处作业等多种高风险作业的重叠及交叉，受邻舱热辐射而造成的恶劣施工环境，更重要的是施工组织与生产运营的界面等一系列风险，施工难度大。

本次安全根据本项目的特点，根据《安全评价通则》，在《中华人民共和国安全生产法》《中华人民共和国消防法》《中华人民共和国海洋环境保护法》等相关法律的指导下，设置主要评价程序如下：

辨识与分析危险有害因素—划分评价单元—选择评价方法—定性定量评价—提出安全对策措施建议—做出评价结论。

2 评价方法

本次评价过程中，我们根据工程方案并结合现场作业实践，在全面安全评估的基础上，针对船体结构改造风险、高风险施工作业风险和生产运营安全隐患等，运用了专家评议法、预先风险分析（PHA）、事故树等评价方法进行定性风险评估，为本项目的设计、施工和生产运营程序提供了指导[1]。

根据该项目特点和危险有害因素识别结果，结合《安全预评价导则》要求等系列评价导则和编制规则，将其划分为以下4个单元：设计单元、施工单元、安全管理单元、应急管理单元。

为了能够更全面、系统地分析该项目，我们又在以上单元的基础上划分了子单元：设计单元分为结构改造、工艺改造、公用工程三个设计子单元，采用专家评议法进行评价；施工单元分为接入、舱内内部施工、调试投产三个子单元，采用预先危险性分析评价，另外安全管理单元及应急管理单元均采用专家评议法评价。

3 设计单元安全分析

3.1 结构改造设计子单元

本改造项目需要拆除两台小的潜液泵，增加了四台大型潜液泵，需要对船舱甲板和舱壁进行开孔，并在舱壁进行焊接作业，因此在改造过程中可能会造成船体结构应力聚集和释放，对船体造成暂时或永久的损伤，风险等级高，危害性大[2]。

(1) 主甲板开孔/扩孔

为了安装新增的生产水提升泵，需要在NO.2未处理燃料油舱、NO.1已处理燃料油舱上方的主甲板上进行开孔和扩孔。甲板开孔/扩孔考虑到尽量减少对原本船体横截面的剖面模数的影响，同时尽量通过改造已存的结构开孔而避免新增开孔。改造过程中需要制定出合理的分期、分批拆换工艺及结构临时加强方案，以防止拆换过程中结构强度不满足而造成的不良后果。通过使用有限元分析软件DNV SESAM对开孔周围主甲板进行了应力分析，应力分析包括了污油水舱(左舷/右舷)、NO.2未处理燃料油舱（左舷）、NO.1已处理原油舱（右舷）、雨水舱（左舷/右舷）等主要的改造区域。设计单位认为主甲板上新增开/扩孔附近应力满足要求，结果可以接受[3]。

(2) 舱壁孔

本次改造过程中，生产水闪蒸罐出口生产水利用液位差从一级沉降舱经穿舱管线溢流到二级沉降舱；为了使一、二级沉降舱上部浮油溢流到雨水舱，需要在一、二级沉降舱及雨水舱舱壁开孔，并增加相应的收油管线至雨水舱，根据工程方案，一级沉降舱到二级沉降舱的穿舱管径为86.67 cm，由于管径较大，方案中采用FB350X13的梁补强[4]。

根据模拟计算结果对FPSO改造项目的结构部分进行评价，可以看到改造后的结构强度满足要求，建议根据每个溢流管线中流体的性质及流速，设计管线尺寸及考虑对舱壁进行补强。

3.2 工艺设计改造子单元

(1) 生产污水处理系统

本次改造涉及将原有的两个污油水舱、燃料油舱改造为生产水二级沉降舱，接入生产水处理流程，利用较大的舱容进行生产水的沉降除油，并进一步改善生产水水质。对工艺流程进行了校核如下：

根据生产水处理能力及配产，改造流程中二级水沉降舱中各新增2台生产水提升泵。正常工况下，左右舷平均进水，两舱各启动1台生产水提升泵；当其中一舱进行洗舱时，另外一舱需启动2台生产水提升泵。提升泵最大排量大于最大产水量，因此新增提升泵能够满足最大水处理量要求；改造后的两个一级沉降舱可以满足生产水3.5 h以上的停留需求，能够满足工艺需求；水处理流程中现有生产水自动反冲洗过滤器、离心机、除砂等设备均能满足改造后水处理的要求。

因此，新增生产水提升泵、二级沉降舱以及原有水处理流程中的过滤器、离心机能够满足最大水处理量的要求。

(2) 污油水处理部分

改造前，污油水舱用于收集来自船艏、船艉机舱、雨水舱、上部组块开闭排系统、锅炉的排放水和所有货油舱及未处理燃油舱的扫舱水，污油水舱中的污油水经污油水泵送到上部组块游离水分离器处理；不合格原油舱用于储存上部组块处理不合格的原油，不合格原油经不合格原油输送泵输送到上部组块游离水分离器处理。

改造后，原流程进入污油水舱的流体改接入不合格原油舱，与其他进入不合格原油舱的流体一起送至上部组块原油处理系统处理。不合格原油舱同时用于储存上部组块处理不合格原油。由于不合格原油舱舱容大于污油水舱舱容，且不合格原油舱中泵的排量大于污油水舱中泵的排量，因此原流程进入污油水舱中的污油水改接入不合格原油舱在工艺上是可行的。

(3) 新增/拆除设备部分

由于原燃料油舱的提升泵排量不能满足改造后最大水处理量的要求，因此本次改造拆除两个燃料油舱中的离心泵，在原燃料油舱中新增4台生产水提升泵；原货油泵液压系统共有三台液压动力单元，每个液压动力单元内配置有4台主马达，1台辅马达，可以为新增的2台生产水提升泵提供液压动力，因此，液压动力单元能够满足新增设备的需求。

3.3 公用工程及辅助生产设施子单元

(1) 仪控系统

本次舱室改造中仪控系统是依托原系统，对舱室内原有的液位传感器的液位报警设定点进行修改，当液位达到高高/低低设定点时进行相应的泵的逻辑关断以及声光报警；新增温度传感器，来液温度过高时进行声光报警并联锁关断生产水闪蒸罐进出口SDV阀。对于其他新增加的工艺过程监控的信号，进行相应的中控系统组态。根据《浮式生产储油装置（FPSO）安全规则》10.5.1的规定“如果可能浮式装置应急关断系统应按照一个统一的整体来考虑”，本次改造符合《浮式生产储油装置（FPSO）安全规则》的要求。

(2) 防腐

防腐分两部分——FPSO上部组块防腐和FPSO舱室防腐：FPSO上部组块改造涉及的设备管线处于大气区，采用大气区重防腐涂层保护，FPSO舱室内部采用“涂层+牺牲阳极”联合保护，防腐方案与原舱室的方案保持一致。

根据原平台关断逻辑以及安全分析表，此次关断逻辑遵循原平台逻辑原则，当液位达到高高/低低设定点时进行相应的声光报警以及泵的逻辑关断。对于其他新增加的工艺过程监控的信号，进行相应的中控系统组态，符合相关规范要求。

4 施工单元

对于施工单元我们主要运用了PHA分析表法，按照作业步骤，对于潜在危险事件的后果及后果程度进行分析，并提出了安全措施和建议。本次舱室内改造作业主要步骤包括：洗舱、驱气、活化、施工作业（包括吊装作业、脚手架作业、焊接/切割作业、防腐作业）、封舱惰化，根据主要作业步骤编制了PHA分析表，分析出了供给80项危险事件，其中包括组块改造21项，舱室内部改造53项，调试投产6项，并针对这些诱因制定了相应的控制措施，并得出了如下结论：(1) 本次改造涉及主甲板、上部组块、舱室内的动火作业，作业位置距离原油舱较近，且改造作业在不停产情况下进行，因此在作业前应做好测爆工作，并针对动火作业期间可能发生的意外事故制定明确的对策措施，并配备必要的防护用品。(2) 在有限空间进行作业时必须对空气中的含氧量进行现场监测，在常压条件下，有限空间的氧气浓度应为19.5%～22%，若氧气浓度低于19.5%，应有报警信号。受限空间内的大气必须从甲板开始尽可能多的进行各个部位和标高的测试。受限空间的入口处及空间内应当有充分的照明，罐内用灯和便携灯等应当状况良好并且防爆。(3) 洗舱作业前应制定详细的洗舱作业方案及应急预案。

5 安全管理单元

本项目为改建工程，工程在设计阶段应依据《建设项目安全设施“三同时”监督管理办法》和《海洋石油建设项目生产设施设计审查与安全竣工验收实施细则》的要求。

5.1 前期安全管理

建设项目在进行可行性研究时，建设单位应对其安全生产条件进行安全预评价。

建设项目开工建设前，其生产设施设计必须经国家安全监管总局认可的发证检验机构审查同意，发证检验机构应将审查结果书面报国家安全监管部门备案。

本项目在设计阶段应按以上要求以及作业公司健康安全环境管理体系的要求，各部门各司其职做好规章制度和体系要求的工作。

5.2 施工阶段的安全管理

作业公司在其健康安全环境管理体系中已制定有《工程建造HSE管理规定》《交叉作业安全管理规定》《进入限制空间作业管理规定》《油气舱罐清洗作业安全管理规定》等安全管理规定。本项目在施工过程中应严格按照体系文件的要求进行，施工过程严格遵守安全管理和应急预案、明确各方职责，并定期进行联合演练。

5.3 生产阶段的安全管理

本项目改变了原有生产水处理工艺，拆除了甲板换热器及部分原有管线，新增部分管线、阀组，改变了原污油水舱、NO.2未处理燃料油舱、NO.1已处理燃料油舱的功能，相应的工艺发生变化，因此，建设单位应当根据新的生产水处理工艺完善生产阶段的操作规程，并对相关作业人员进行培训。

6 应急管理

作业公司根据生产实际情况，制定了综合应急预案、专项应急预案和现场处置方案。根据平台现场危险因素辨识的成果，结合现场的实际情况将现场危险因素划分为4类，A：安全事故类，B：自然灾害类，C：公共卫生事件类，D：社会安全突发事件类。应急预案经专家评审会评审，并正式发布。

(1) 本项目实施过程中应该考虑的紧急事件类别至少包括：火灾、爆炸、物体打击、高处坠落、机械伤害、人员中毒窒息、施工对现有设施的破坏等。

(2) 本项目施工过程中，存在多个承包商施工作业，应根据实际情况制定联合作业专项应急预案，在预案中明确各自职责，并定期进行联合演习。

7 结语

本次评价使用专家评议法、预先风险分析（PHA）、事故树等评价方法对本项目进行定性风险评估，得出如下结论：本项目所采用的改造工艺流程合理、技术较成熟，具体的各作业环节均有相应的技术规范要求。作业公司的安全管理、应急管理能够满足舱室改造项目的需要，现有安全设备设施能够保证改造后各设备设施的安全运行。

FPSO舱不停产进行舱室内施工涉及到“高处作业”“动火作业”“限制空间作业”“交叉作业”等高风险作业，在工程方案研究阶段需要充分考虑改造施工期间应遵守的相关法规、标准，并分步、分项通过专家评议法、预先风险分析（PHA）、事故树等评价方法，进行作业风险分析，并根据分析结果执行安全管理工作，采取必要的安全防护措施，来保证设计安全、施工安全、生产安全。

本次安全评价以及改造项目的安全实施，为海洋石油涉及不停产施工的高风险改造项目，尤其是FPSO舱室改造项目具有良好的借鉴意义。