fpso舱室火灾风险评估研究
摘 要摘 要随着各国经济的快速发展，人们对石油的需求量越来越大。同时，陆地石油资源在五十年之内就会枯竭，海上石油开采工业将会迎来大规模的发展。FPSO凭借自身的优势，将是会被大力发展的一类海洋平台。由于FPSO储存有大量的石油，所以发生火灾的概率极大。本文通过对FPSO舱室火灾进行风险评估研究，可以为降低火灾发生概率以及发生事故后采取措施提供参考。主要研究内容如下：(1)阐述了FPSO的基本特征，并且介绍了三种火灾风险评估的理论。(2)设计了两个火灾场景，并详细分析了火灾发生的原因。对FPSO舱室进行危险源辨识，并基于事件树分析法对舱室火灾发生的概率进行计算。(3)利用有限元分析软件ANSYS进行舱室火灾后果分析，得出舱壁在火灾发生后不同时刻的温度、应力、位移云图。(4)分析FPSO舱室火灾风险的容忍度，然后对FPSO舱室火灾风险进行评估，对比之后得出相关结论。关键词：FPSO；事件树分析法；有限元分析；火灾风险评估目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究的目的与意义 1
1.1.1 FPSO的发展概况与基本特征 1
1.1.2 FPSO火灾的危害性 2
1.1.3 FPSO火灾风险分析存在的意义 3
1.2 国内外研究现状 3
1.2.1 国内研究情况 3
1.2.2 国外研究情况 4
1.2.3 存在的问题 4
1.3本文的主要研究内容 5
第二章 火灾风险评估方法 6
2.1 定性分析法 6
2.2半定量分析法 7
2.3定量分析法 7
2.3.1定量评估步骤 8
2.3.2方法简介 10
第三章 基于事件树的FPSO舱室火灾概率计算 11
3.1危险源辨识及火灾场景设定 11
3.1.1危险源的分类 11
3.1.2火灾场景设定 11
3.2构建事件树模型 13
3.2.1储油舱 13
3.2.2生活区 17
第四章 FPSO舱室火灾后果分析及风险评估 20
4.1建立储油舱简化模型 20
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室火灾概率计算 11
3.1危险源辨识及火灾场景设定 11
3.1.1危险源的分类 11
3.1.2火灾场景设定 11
3.2构建事件树模型 13
3.2.1储油舱 13
3.2.2生活区 17
第四章 FPSO舱室火灾后果分析及风险评估 20
4.1建立储油舱简化模型 20
4.2火灾作用下的结构响应 21
4.2.1火灾的温度—时间曲线 21
4.2.2热分析的材料属性 23
4.2.3火灾后果分析 24
4.3火灾风险评估 29
4.3.1 火灾风险容忍度 29
4.3.2 FPSO储油舱室风险评估 32
结论 34
致谢 35
参考文献 36
附录 38
第一章 绪论
1.1 研究的目的与意义
1.1.1 FPSO的发展概况与基本特征
随着我国经济的快速发展，全社会对能源的需求量变得越来越大，这种激增的需求量有力地促进了海上石油产业的发展，各种类型的海洋平台在近几年如雨后春笋般地出现。浮式生产储油装置它具有适应深水采油环境的能力，并且在深水域中有着很大的抗风浪侵袭能力，还具有高产量的油气生产处理能力，以及很大油气贮藏能力。由FPSO、海底采油设备、油气运输油船组成的完备的采油炼油系统，目前已经成为了经济、快速、有效地挖掘海上油田的开发装置。
世界上第一台FPSO由壳牌公司开发生产，并于1977年在西班牙海域的某油田运营。但此后FPSO发展出现停滞，直到20世纪80年代中期，石油开发从陆地、近海走向深水。因此，FPSO得到了大力发展，随后世界各大船级社也纷纷推出了专门针对FPSO的设计建造规范，使得FPSO的规模与技术快速发展。目前，中国的FPSO已经能完全由国内自主设计建造，形成了从设计、现场建造和调试、投产准备到运营管理直至升级改造的FPSO全生命周期产业链能力。
FPSO主要由如下几个重要的系统组成：
(1) 生活系统：生活楼通常布置在船首或船尾，特别要注意生活楼自身的安全性。
(2) 海底系统：由输油管道、采油装置、控制设备、以及水下立管等联合组成。
(3) 船体系统：早期大部分FPSO就是通过大型油船改建而来，所以外形与油船极为相似。FPSO的船体部分在正常工作状态下，经常会受到各种载荷的冲击作用而且比那些处于自由状态的船体所受载荷更大。所以其结构强度也远大于油船。
(4) 系泊系统：应用于FPSO的系泊系统大致分为三类。即单点-转塔系泊系统、多点-伸展系泊系统以及动力定位系统。在环境较为复杂的情况或者深水条件下，转塔系泊定位系统最为常用。
(5) 储油与外输系统：设计师是按照所勘探油田的预期日产油量、运输周期、成本等因素来确定具体FPSO舱室的总储油量规格，以便生产存储与外输相互协调，从而达到最佳经济性能的指标。在原油外输的形式上分为漂浮式软管外输、滑道式外输、卷筒式外输。
总的来说，FPSO的优点有以下四个：
(1) 它既能从海底开采原油、天然气又能在一定周期内存储之。
(2) 它适用开采的水深范围比较广，从几十米水深到几千米水深不等。
(3) 它无需耗巨资铺设海底输油管道，直接用油船既可将成品油运往陆地。
(4) 它的前期投资相对其他形式的海洋平台来说较小，在建造过程中的风险也较低，施工条件也较好，最重要的是FPSO是可移动的海洋平台，可用于开发多个海上油田。
1.1.2 FPSO火灾的危害性
火的运用是人类的伟大创举之一，早在原始社会时期人们就学会用火取暖，对付野兽以及刀耕火种。火对人类文明的发展起着无法估量的促进作用。
然而我们都知道任何事物都有它的两面性。比如中国的圆明园就毁于八国联军的人为纵火，曾在英国北海服役的Piper Alpha平台同样也因人为事故毁于一场大火。在上述的两个例证中，火已经变成了灾难。
燃烧的三要素即为可燃物，氧气和火源。在可燃物充足的地方比如FPSO的储油舱，如果用火不慎哪怕是产生一丝电火花，也可能形成火势，然后就会造成火焰不受控制的向外扩张，这就极有可能形成火灾，特别是在FPSO的储油舱室，油、气、水处理区域，以及在进行外输作业的工况下。
火灾的破坏力极大，一旦发生大型的火灾，它所造成的损失将不仅仅是经济层面的，还会带来社会层面的影响。发生在FPSO上的火灾的代价包括：生命财产损失、消防灭火费用、海洋环境污染处理费用、以及灾后再次进行消防布置的费用。在发达国家，据不完全统计，每年由于发生火灾而直接造成的财产损失约占GDP的千分之二。全年因火灾事故，各项损失的积累更是高达经济总量的百分之一。根据权威机构的一份统计资料可知，在全世界范围内，每年会发生六百万到七百万起大大小小的火灾事故，有大约七万人因此而死。
火灾不仅仅会造成财产损失，还会对火灾发生地的生态系统和大气环境造成严重影响。原油的燃烧会释放大量的黑色颗粒物，因氧气不足的不完全燃烧还会产生一氧化碳，有毒物质的燃烧会释放出硫化氢、碳酰氯等有毒气体，对环境的危害极大。油船、海洋平台一旦发生火灾，会有原油泄露的风险。在2010年发生的墨西哥湾原油泄露事件就是因为平台起火爆炸，从而影响了海面下的油井，整个事件对美国沿海海岸的环境以及当地的海洋生物造成了灭顶之灾。
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第一章 绪论 1
1.1 研究的目的与意义 1
1.1.1 FPSO的发展概况与基本特征 1
1.1.2 FPSO火灾的危害性 2
1.1.3 FPSO火灾风险分析存在的意义 3
1.2 国内外研究现状 3
1.2.1 国内研究情况 3
1.2.2 国外研究情况 4
1.2.3 存在的问题 4
1.3本文的主要研究内容 5
第二章 火灾风险评估方法 6
2.1 定性分析法 6
2.2半定量分析法 7
2.3定量分析法 7
2.3.1定量评估步骤 8
2.3.2方法简介 10
第三章 基于事件树的FPSO舱室火灾概率计算 11
3.1危险源辨识及火灾场景设定 11
3.1.1危险源的分类 11
3.1.2火灾场景设定 11
3.2构建事件树模型 13
3.2.1储油舱 13
3.2.2生活区 17
第四章 FPSO舱室火灾后果分析及风险评估 20
4.1建立储油舱简化模型 20
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室火灾概率计算 11
3.1危险源辨识及火灾场景设定 11
3.1.1危险源的分类 11
3.1.2火灾场景设定 11
3.2构建事件树模型 13
3.2.1储油舱 13
3.2.2生活区 17
第四章 FPSO舱室火灾后果分析及风险评估 20
4.1建立储油舱简化模型 20
4.2火灾作用下的结构响应 21
4.2.1火灾的温度—时间曲线 21
4.2.2热分析的材料属性 23
4.2.3火灾后果分析 24
4.3火灾风险评估 29
4.3.1 火灾风险容忍度 29
4.3.2 FPSO储油舱室风险评估 32
结论 34
致谢 35
参考文献 36
附录 38
第一章 绪论
1.1 研究的目的与意义
1.1.1 FPSO的发展概况与基本特征
随着我国经济的快速发展，全社会对能源的需求量变得越来越大，这种激增的需求量有力地促进了海上石油产业的发展，各种类型的海洋平台在近几年如雨后春笋般地出现。浮式生产储油装置它具有适应深水采油环境的能力，并且在深水域中有着很大的抗风浪侵袭能力，还具有高产量的油气生产处理能力，以及很大油气贮藏能力。由FPSO、海底采油设备、油气运输油船组成的完备的采油炼油系统，目前已经成为了经济、快速、有效地挖掘海上油田的开发装置。
世界上第一台FPSO由壳牌公司开发生产，并于1977年在西班牙海域的某油田运营。但此后FPSO发展出现停滞，直到20世纪80年代中期，石油开发从陆地、近海走向深水。因此，FPSO得到了大力发展，随后世界各大船级社也纷纷推出了专门针对FPSO的设计建造规范，使得FPSO的规模与技术快速发展。目前，中国的FPSO已经能完全由国内自主设计建造，形成了从设计、现场建造和调试、投产准备到运营管理直至升级改造的FPSO全生命周期产业链能力。
FPSO主要由如下几个重要的系统组成：
(1) 生活系统：生活楼通常布置在船首或船尾，特别要注意生活楼自身的安全性。
(2) 海底系统：由输油管道、采油装置、控制设备、以及水下立管等联合组成。
(3) 船体系统：早期大部分FPSO就是通过大型油船改建而来，所以外形与油船极为相似。FPSO的船体部分在正常工作状态下，经常会受到各种载荷的冲击作用而且比那些处于自由状态的船体所受载荷更大。所以其结构强度也远大于油船。
(4) 系泊系统：应用于FPSO的系泊系统大致分为三类。即单点-转塔系泊系统、多点-伸展系泊系统以及动力定位系统。在环境较为复杂的情况或者深水条件下，转塔系泊定位系统最为常用。
(5) 储油与外输系统：设计师是按照所勘探油田的预期日产油量、运输周期、成本等因素来确定具体FPSO舱室的总储油量规格，以便生产存储与外输相互协调，从而达到最佳经济性能的指标。在原油外输的形式上分为漂浮式软管外输、滑道式外输、卷筒式外输。
总的来说，FPSO的优点有以下四个：
(1) 它既能从海底开采原油、天然气又能在一定周期内存储之。
(2) 它适用开采的水深范围比较广，从几十米水深到几千米水深不等。
(3) 它无需耗巨资铺设海底输油管道，直接用油船既可将成品油运往陆地。
(4) 它的前期投资相对其他形式的海洋平台来说较小，在建造过程中的风险也较低，施工条件也较好，最重要的是FPSO是可移动的海洋平台，可用于开发多个海上油田。
1.1.2 FPSO火灾的危害性
火的运用是人类的伟大创举之一，早在原始社会时期人们就学会用火取暖，对付野兽以及刀耕火种。火对人类文明的发展起着无法估量的促进作用。
然而我们都知道任何事物都有它的两面性。比如中国的圆明园就毁于八国联军的人为纵火，曾在英国北海服役的Piper Alpha平台同样也因人为事故毁于一场大火。在上述的两个例证中，火已经变成了灾难。
燃烧的三要素即为可燃物，氧气和火源。在可燃物充足的地方比如FPSO的储油舱，如果用火不慎哪怕是产生一丝电火花，也可能形成火势，然后就会造成火焰不受控制的向外扩张，这就极有可能形成火灾，特别是在FPSO的储油舱室，油、气、水处理区域，以及在进行外输作业的工况下。
火灾的破坏力极大，一旦发生大型的火灾，它所造成的损失将不仅仅是经济层面的，还会带来社会层面的影响。发生在FPSO上的火灾的代价包括：生命财产损失、消防灭火费用、海洋环境污染处理费用、以及灾后再次进行消防布置的费用。在发达国家，据不完全统计，每年由于发生火灾而直接造成的财产损失约占GDP的千分之二。全年因火灾事故，各项损失的积累更是高达经济总量的百分之一。根据权威机构的一份统计资料可知，在全世界范围内，每年会发生六百万到七百万起大大小小的火灾事故，有大约七万人因此而死。
火灾不仅仅会造成财产损失，还会对火灾发生地的生态系统和大气环境造成严重影响。原油的燃烧会释放大量的黑色颗粒物，因氧气不足的不完全燃烧还会产生一氧化碳，有毒物质的燃烧会释放出硫化氢、碳酰氯等有毒气体，对环境的危害极大。油船、海洋平台一旦发生火灾，会有原油泄露的风险。在2010年发生的墨西哥湾原油泄露事件就是因为平台起火爆炸，从而影响了海面下的油井，整个事件对美国沿海海岸的环境以及当地的海洋生物造成了灭顶之灾。
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