李祥锋，崔艳红，张 亮，王 艳，王 飞

（1.海洋石油工程股份有限公司，天津 300451；2.大连川科机电设备安装工程有限公司，辽宁大连 116600；3.中国石油天然气管道局天津设计院，天津 300457）

生产储油平台储罐安全保护方案研究

李祥锋1，崔艳红1，张 亮1，王 艳2，王 飞3

（1.海洋石油工程股份有限公司，天津 300451；2.大连川科机电设备安装工程有限公司，辽宁大连 116600；3.中国石油天然气管道局天津设计院，天津 300457）

海上生产储油平台 （PSP）的储罐和生产系统相邻，无安全间距，所以储罐的安全保护极其重要，而目前国内外尚无成熟的可依据的安全保护规范。文章分析了中海油渤海PSP平台储罐的特点及风险，通过灵活运用国内外关于储罐安全的其他标准规范，确定了该平台储罐的主要安全保护措施，即罐内惰性气体保护、罐体A60防火结构、罐顶低倍数泡沫喷淋保护，该措施得到了中国船级社的认可。

生产储油平台；储罐；惰性气体；A60防火结构；低倍数泡沫

1 PSP平台特点

生产储油平台 （PRODUCTION AND STORAGE PLATFORM，简称PSP）是一种新型综合平台，集原油处理系统、公共系统、动力系统、原油储存外输、油轮靠泊等多种功能于一体，该种平台的使用为低效益海上油田开发开辟了新的思路。

目前国内正在应用的PSP是渤海海域的赵东平台和刚刚投产的中海油某渤海油田PSP平台。以中海油某渤海油田PSP平台为例，平台的立面布置情况如图1所示。

从图1可以看出，平台共分四层甲板，分别为上层甲板、中层甲板、下层甲板和外输甲板。上层甲板布置有主发电机房、锅炉、主机燃油罐等，中层甲板布置有分离器等原油生产设施，下层甲板布置有两个方形原油储罐 （尺寸均为40 m×21m×8m），有效容积12000m3，属于重大危险源。

储罐构造与平台结构一体，储罐与生产系统紧密相邻，无安全间距，储罐与平台生产设施互相影响，PSP平台储罐相对陆上储罐危险性大增。储罐发生火灾事故时，原油燃烧火焰温度高、辐射热强，易产生沸溢、喷溅现象，进而形成大面积火灾。另外，由于受海上平台空间的限制，储罐周围无防火堤、火灾情况下，储罐溢出或者泄漏的原油无法处理。

因此，PSP平台储罐的保护措施必须安全、可靠，否则原油储罐一旦发生火灾，就会造成整个平台着火和海洋污染，甚至平台垮塌、海洋生态破坏等灾难性后果。

2 PSP原油储罐安全保护措施

PSP平台处于海洋环境，储罐的构造不同于陆地原油储罐，也不同于海洋油轮油舱，目前国外、国内均没有成熟的、可依据的安全保护规范标准，在保护方案选择方面存在难点。根据PSP平台储罐的工艺特点、布置特点，储罐的安全设计主要从以下几个方面采取措施：

2.1 惰性气体保护系统

惰性气体 （以下简称惰气）是一种性能优异、绿色环保及经济型良好的防爆、抑爆及消防灭火介质，其含氧量不超过5%，可以直接由惰气发生器生产，也可以利用锅炉、主机烟道废气处理后获得，惰气保护系统常用来保护海洋油轮油舱安全，固定式油罐很少采用惰气保护。

PSP平台储罐储存的原油，闪点低，易挥发，属于易燃易爆危险品。PSP平台储罐为方形钢罐，原油挥发的轻组分聚集在罐顶气相空间，如果气相空间处于爆炸极限内，引入点火源时就会发生爆炸。此外，原油储罐在生产过程中，油品的流动会产生静电，也可能导致可燃气体爆炸。由于储罐外界点火源、静电等难以完全避免，PSP平台储罐借鉴油轮油舱惰气保护方式，使储罐内部气相处于爆炸极限之外，从而避免储罐发生爆炸。

PSP平台的惰气保护系统以热介质锅炉的烟道废气作为主气源，惰气发生器作为烟道气的备用气源。在正常工况下，锅炉烟道废气含氧量低于5%时，经过惰气洗涤塔冷却除尘，直接进入储罐；当烟道废气的含氧量超过5%时，惰气系统出口含氧分析仪报警，惰气系统切换到惰气发生器来满足生产安全需要。PSP平台惰气系统流程见图2。

惰气系统生产的合格惰气充入平台原油储罐上部气相空间，使油罐气相的含氧量低于8%，并保持储罐微正压状态。超压惰气可以通过罐顶压力自动控制阀放空，确保油罐内可燃气体浓度低于可燃下限，从根本上消除油罐自身的火灾和爆炸的危险，又可以防止惰气压力过高影响储罐结构安全。

2.2 被动防火

在陆上石油天然气工程设计中，石油站场的布置必须严格按照国家标准规定的安全距离进行设计，原油储罐和工艺设备、构筑物等距离达十几米甚至几十米，原油储罐受到周围火灾的影响概率很低，储罐不需考虑罐体本体具备抗热辐射、火焰燃烧的能力。PSP平台原油储罐位于下层甲板，处于平台的核心位置，与油气设备紧紧相邻，储罐周围的油气设备发生火灾必然会对储罐造成影响。为了防止储罐受到周围火灾的影响，储罐罐壁、罐顶、罐底采用A60被动防火结构加强保护。

A60是海上石油平台常用的被动防火结构，常用于如主机房、应急发电机间、中控室等重要处所甲板、围壁的耐火保护。A60是指在60 min标准耐火试验至结束时，能够防止烟及火焰通过，并在60 min结束时，与原始温度相比较，其背火面的平均温度增高不超过139℃，且在包括接头在内的任何一点的温度增高不超过180℃。A60防火结构如图3所示。

从图3可知，罐壁岩棉保温外敷有两层20 mm厚陶瓷棉，该陶瓷棉耐火温度超过1 100℃，其主要组成部分完全可以抵挡碳氢火焰的燃烧。如果储罐周围设备发生火灾，在陶瓷棉防护下，在60 min内，陶瓷棉背面温升不超过180℃，罐壁温度也不会超过180℃，而钢结构屈曲温度为400℃，因此罐壁较长时间内不会受到周围区域火灾的破坏而失效。

2.3 主动防火

在PSP平台储罐的主动防火设计方面借鉴陆上石油储罐的保护方式，并对保护方式进行了优化。

泡沫是油类火灾最常用、最有效的灭火剂，在石油工业有广泛的应用。我国陆上石油储罐通常采用低倍数泡沫灭火系统进行保护，低倍数泡沫混合液发泡倍数不超过20。根据GB 50183-2004《石油天然气工程设计防火规范》8.4.1要求，油罐区应设置灭火系统和消防冷却水系统，且灭火系统宜为低倍数泡沫灭火系统[1]。陆地石油储罐采用泡沫保护时，需在罐壁开孔安装泡沫产生器，然后将泡沫混合液发泡后喷射到罐内，泡沫在原油表面形成一层保护膜，隔绝氧气，抑制油气挥发，最终实现灭火。

如果PSP平台储罐采用低倍数泡沫灭火系统进行保护，根据GB 50151-1993《低倍数泡沫灭火系统设计规范》，储罐罐壁需开孔10个，泡沫供给强度 5L/（min·m2）， 连续供给时间 45 min[2]， 储罐面积1 800 m2，一次灭火最低需注入储罐内405 m3海水泡沫混合液，发泡倍数以15计算，注入储罐泡沫总体积6 075 m3。大量海水泡沫注入储罐，就会造成储罐内部超压，甚至储罐罐壁损坏，原油泄漏，导致事故扩大，污染海洋。同时罐壁开孔也会造成罐内惰气泄漏到消防管道中，导致 “气串”。

鉴于罐内喷射泡沫的一些弊端和储罐已经采用惰气进行保护，PSP平台储罐罐顶外部采用低倍数泡沫喷淋系统进行保护，按照SOLAS-2004《国际海上人命安全公约》附件 《国际消防安全系统规则》第14章 “固定式甲板泡沫系统”进行设计，泡沫供给强度 6 L/（min·m2）， 连续供给时间 20 min[3]，保证能够将泡沫输送到整个罐顶，使泡沫从破损的罐顶部分进入储罐。

同时，PSP平台罐壁采用水喷淋进行冷却保护，防止储罐周围油气设备火灾对罐壁影响。罐壁冷却保护系统按照GB 50183-2004《石油天然气工程设计防火规范》进行设计，冷却水供给强度2.5 L/（min·m2）， 连续供给时间 6 h[1]。

3 结束语

通过分析研究生产储油平台的特点，针对储罐风险，灵活运用标准规范，最终确定的储罐保护方案为采取罐内惰气保护、罐体A60防火结构、罐顶低倍数泡沫喷淋保护三大主要保护措施，该保护方案得到了PSP平台检验方中国船级社的认可，为类似海洋石油工程设施的安全保护提供了参考。

[1]GB 50183-2004，石油天然气工程设计防火规范[S].

[2]GB50151-1993（2000版），低倍数泡沫灭火系统设计规范[S].[3]SOLAS-2004，国际海上人命安全公约[S].

Scheme Study on Safety Protection of Crude Oil Tank Installed in Offshore Production and Storage Platform

LI Xiang-feng（Offshore Oil Engineering Co.,Ltd.,Tianjin 300451,China）,CUI Yan-hong,ZHANG Liang,et al.

The storage tank on an offshore production and storage platform （PSP） is adjacent to the production system of the platform and without sufficient safety space,therefore safety protection is essential to the storage tank.But there is no mature pursuant safety protection standard or code at home and abroad for such storage tanks.This paper analyzes the characteristics and hazard of the CNOOC PSP storage tank in Bohai Bay and determines the main safety protection measures of the PSP storage tank by sufficiently using international and domestic standards and codes.Those measures have been recognized by China Classification Society,which include inert gas protection within the tank,A60 fireproof structure for tank body and sprinkling protection with low expansion foam for tank roof.

PSP;storage tank;inert gas;A60 fireproof structure;low expansion foam

10.3969/j.issn.1001-2206.2012.01.005

李祥锋 （1979-），男，河北武邑人，2002年毕业于中国石油大学 （华东）环境工程系，主要从事海洋石油生产设施安全设计工作。

2011-03-07