海洋石油的开采在目前主要有两种发展方向:(1)开采水深逐渐加深;(2)开采边际油田。海洋石油的开发逐渐由大规模集中型转为小规模分散型,在恶劣的深水环境下,浮式生产系统(Floating Production Storage and Offloading Units, FPSO)凭借其在经济、技术方面的卓越表现,迅速得到广泛的应用。FPSO 工艺系统复杂,存在石油、天然气和大量其他易燃易爆物质,且机电设备布置紧凑,作业环境恶劣。一旦发生油气泄漏,将在船体周围空间形成大规模可燃性混合气云,遇到点火源极易引发严重的爆炸或火灾事故,FPSO 及作业人员将面临巨大危险。本文结合 FPSO 生产工艺系统的实际情况,通过油气泄漏危险源辨识,对FPSO生产工艺系统展开系统的油气泄漏风险评估与控制研措施研究,并针对FPSO生产工艺系统可能发生的油气泄漏及油气泄漏引起的扩散、火灾和爆炸等重大事故进行后果模拟与分析,并展开FPSO油气泄漏风险控制措施研究。1.本文广泛调研近年来国内外在 FPSO 及其他类型海洋结构物油气泄漏、火灾、爆炸等风险研究方面的研究成果和最新进展,总结海洋工程风险研究的发展趋势。结合 FPSO 生产工艺系统的实际情况,从燃料危险性、点火源、设备危险性和工艺系统危险性等方面系统开展各类危险源的辨识及分析工作,并以FPSO油气泄漏引发的火灾爆炸事故为顶上事件,建立FPSO油气泄漏引发的火灾爆炸事故树,从上到下进行有针对性的风险分析。2.针对FPSO生产工艺系统,为了能够确保评估符合科学和实际,本文采用运用层次分析法与模糊评价理论相结合的方法,通过二者科学合理的结合,建立 FPSO生产工艺系统油气泄漏火灾、爆炸风险评估模型,首先运用层次分析法确定各评估指标的权重,然后运用模糊数学理论分层次对FPSO生产工艺系统进行模糊综合评判。3.本文选择风险较高的油气处理系统关键设备展开进一步的事故后果分析研究。假定与原油热处理器连接的管线发生泄漏,泄漏源为天然气,根据工艺设备实际运行参数,选用合适的泄漏源模型,在工艺设备实际运行参数及各事故后果分析数学模型的基础上,利用MATLAB软件的图形用户界面(Graphical User Interfaces,GUI)与相关编程,计算其泄漏速率,并分别对天然气泄漏引发的喷射火、扩散、爆炸等不同联锁事故进行后果模拟和分析。4.本文最后基于上述FPSO生产工艺系统油气泄漏风险性分析、评估、事故后果的模拟分析,从FPSO生产工艺系统的生产设备、集输管线和容器的质量与设计,点火源,安防系统和安全管理四个方面提出事故预防和风险控制措施。本文通过FPSO生产工艺系统危险源辨识与风险性分析,建立FPSO油气泄漏引发的火灾爆炸事故树,从上到下进行有针对性的风险分析确定其基本事件。通过求解事故树的最小割集、最小径集,并对各基本事件的结构重要进行分析,确定导致事故发生以及预防事故发生的关键节点,也为确定FPSO油气泄漏火灾、爆炸风险评估指标体系提供有意义的指导依据。在危险性分析的基础上进行基于层次分析法的FPSO油气泄漏模糊综合评估,得出评估结果认为FPSO生产工艺系统的风险性处于临界状态,偏向于较安全;并且评估结果显示FPSO 生产运行过程中原油储存系统、油气水处理系统和火炬放空系统的风险明显较高,为本文FPSO油气泄漏防控措施的制定划出了重点。在工艺设备实际运行参数及各事故后果分析数学模型的基础上,利用MATLAB软件的图形用户界面(Graphical User Interfaces,GUI)与相关编程,实现天然气泄漏量计算,得到天然气的泄漏速率;天然气发生连续泄漏并立即被点燃,则会引发喷射火,通过MATLAB的GUI界面,实现喷射火的后果模拟,得到喷射火的热辐射强度分布并确定喷射火的死亡区半径、重伤区半径、轻伤区半径及感觉区半径。运用同样的手段建立并实现蒸气云连续扩散模拟的界面,通过运行得出蒸气云的扩散范围及浓度分布,得出油气处理系统泄漏天然气危险区域分布规律,实现了泄漏天然气扩散行为规律的预测与评估模型,得出可燃气体危险区域的可靠预测,作为天然气火灾/爆炸风险研究的基础,并可为制定科学有效地事故应急救援体系提供指导。通过蒸气云爆炸后果仿真模拟界面的运行,进行蒸气云爆炸后果模拟,得到随着距爆炸点的距离其超压的分布图,并求出各伤害半径,研究爆炸超压变化规律和影响范围,完成了 FPSO 油气处理系统泄漏天然气蒸气云爆炸事故数值模拟与危害后果评估。通过提高设备管线的设计水平、保证设备管线的材料与安装质量,采取措施防控点火源的发生,完善消防系统、火气监控系统、应急关断系统和逃生救生系统,加强安全管理,建立健全规章制度,加强教育培训等一系列消除、预防、减缓和应急救援制定风险控制对策措施,以尽最大限度的降低FPSO生产工艺系统油气泄漏及泄漏引发的火灾爆炸事故的风险。