页岩油集输过程关键子系统风险评价及安全防控

doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2024.11.0621

摘要/Abstract

摘要：

为提高页岩油集输过程的安全性,首先以过热蒸汽注入油页岩原位转化技术下的页岩油集输过程为评价对象,分析页岩油集输过程中的危险源,将整个集输过程分为3个子系统,利用危险性与可操作性分析(HAZOP)法定性分析各子系统的风险,并根据定性分析结果,利用保护层分析法(LOPA)和火灾爆炸指数法(F&EI)计算各子系统发生火灾爆炸事故的概率与危险等级;然后划分页岩油集输过程的节点,对含有硫化氢的油气泄漏事故与净化后的油气泄漏事故分别建立蝴蝶结模型,并依据风险评价结果,制定有效的安全防控措施和风险管理体系。结果表明:油气集输过程可能引发事故的子系统有蒸汽发生系统、冷却分离系统、氨法脱硫系统与冷却分离系统,其中,蒸汽发生系统泄漏不会造成火灾爆炸事故,其余子系统的火灾爆炸风险程度由重到轻依次为:氨法脱硫系统、冷却分离系统、提气脱硫系统。

关键词: 页岩油, 油气集输过程, 关键子系统, 风险评价, 安全防控, 原位转化技术

Abstract:

In order to improve the safety of the shale oil gathering and transportation process, this paper took the shale oil gathering and transportation process under the in-situ transformation technology of superheated steam injection of oil shale as the evaluation object. In the process of shale oil gathering and transportation, the hazard were analyzed and the whole process was divided into three subsystems. The risk of each subsystem was analyzed qualitatively by using hazard and operability analysis(HAZOP) method. According to the results of the qualitative analysis, the probability of fire and explosion accidents and the risk grade of each subsystem were calculated by using layer of protection analysis(LOPA) and Dow fire and explosion index(F&EI) method. The nodes of shale oil gathering and transportation process were divided, and Bow-tie models for oil and gas leakage accidents containing hydrogen sulfide and oil and gas leakage accidents after purification were established respectively. Based on results of risk assessment, effective safety prevention and control measures were developed. The results show that the subsystems that may cause accidents in the oil and gas gathering and transportation process are: steam generation system, cooling separation system, ammonia desulfurization system and cooling separation system, in which the leakage of the steam generation system will not cause fire and explosion accidents, and the fire and explosion risk grades of the remaining subsystems are: ammonia desulfurization system, cooling separation system and gas extraction and desulfurization system in order from heavy to light.

Key words: shale oil, oil and gas gathering and transportation, critical subsystem, risk assessment, safety prevention, in-situ conversion technology

中图分类号:

X913.4安全系统工程

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图/表 6

表1

偏差原因汇总

系统	压力	流量	温度	液位		组分
蒸汽发生^[18]	下游用气设备故障停止用气; 压力表连通管堵塞冻结或指示压力不正确; 安全阀故障; 超压报警器失效; 进塔管线压力报警; 控制气动阀门失效; 蒸汽发生塔内管线结垢; 蒸汽管道法兰泄漏	蒸汽流量表假高; 进塔管线气动调节阀失效; 水泵故障; 给水自动调节器故障; 给水管线堵塞; 进塔管线法兰泄漏	冷水温度高; 给水温度过低	操作人员操作失误过量给水; 蒸汽发生器液位计显示仪表假低; 锅炉液位表显示模糊不清; 液位表堵塞、漏水; 运行人员未实时注意水位; 水泵故障; 锅炉排污阀误开; 低水位保护装置失灵		水处理不当
分却分离	自井口来的页岩油气压力高或低; 压力表报警系统假低; 气相管线阀门误关及气动调节阀故障关闭; 管道堵塞; 安全阀故障起跳; 管道阀门误开; 管线腐蚀、泄漏	自井口来的页岩油气流量高或低; 三级分离器液相出口流量计假低; 管线法兰泄漏; 物料回流至井内	自井口来的页岩油气温度高或低; 各级换热器物料出口温度高; 环境温度低	各级分离器底部泥沙沉积堵塞出口; 液位计显示假低; 自井口来的页岩油气液相组分不足		上游来料组分含有杂质
氨法脱硫	自上游的页岩气压力高或低; 压力报警远程控制器失效; 脱硫塔塔顶气相管线阀门误关; 管道、塔板堵塞; 管线腐蚀、泄漏	自上游来的页岩气流量高或低; 管线法兰泄漏	页岩油气温度高; 各级换热器物料出口温度高; 环境温度低或自上游来的页岩油气温度低	往结晶槽出塔管线堵塞; 液位计报警仪表假低	吸收液 pH过高
提气除硫	自上游的页岩气压力高或低; 压力报警远程控制器失效; 脱硫塔塔顶气相管线阀门误关; 管道、塔板堵塞; 管线腐蚀、泄漏	自上游来的页岩气流量高或低; 管线法兰泄漏	页岩油气温度高; 各级换热器物料出口温度高; 环境温度低或自上游来的页岩油气温度低	往结晶槽出塔管线堵塞; 液位计报警仪表假低	吸收液 pH过高

表1

表2

表3

表4

图1

图2

参考文献 23

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系统	压力	流量	温度	液位		组分
蒸汽发生^[18]	下游用气设备故障停止用气; 压力表连通管堵塞冻结或指示压力不正确; 安全阀故障; 超压报警器失效; 进塔管线压力报警; 控制气动阀门失效; 蒸汽发生塔内管线结垢; 蒸汽管道法兰泄漏	蒸汽流量表假高; 进塔管线气动调节阀失效; 水泵故障; 给水自动调节器故障; 给水管线堵塞; 进塔管线法兰泄漏	冷水温度高; 给水温度过低	操作人员操作失误过量给水; 蒸汽发生器液位计显示仪表假低; 锅炉液位表显示模糊不清; 液位表堵塞、漏水; 运行人员未实时注意水位; 水泵故障; 锅炉排污阀误开; 低水位保护装置失灵		水处理不当
分却分离	自井口来的页岩油气压力高或低; 压力表报警系统假低; 气相管线阀门误关及气动调节阀故障关闭; 管道堵塞; 安全阀故障起跳; 管道阀门误开; 管线腐蚀、泄漏	自井口来的页岩油气流量高或低; 三级分离器液相出口流量计假低; 管线法兰泄漏; 物料回流至井内	自井口来的页岩油气温度高或低; 各级换热器物料出口温度高; 环境温度低	各级分离器底部泥沙沉积堵塞出口; 液位计显示假低; 自井口来的页岩油气液相组分不足		上游来料组分含有杂质
氨法脱硫	自上游的页岩气压力高或低; 压力报警远程控制器失效; 脱硫塔塔顶气相管线阀门误关; 管道、塔板堵塞; 管线腐蚀、泄漏	自上游来的页岩气流量高或低; 管线法兰泄漏	页岩油气温度高; 各级换热器物料出口温度高; 环境温度低或自上游来的页岩油气温度低	往结晶槽出塔管线堵塞; 液位计报警仪表假低	吸收液 pH过高
提气除硫	自上游的页岩气压力高或低; 压力报警远程控制器失效; 脱硫塔塔顶气相管线阀门误关; 管道、塔板堵塞; 管线腐蚀、泄漏	自上游来的页岩气流量高或低; 管线法兰泄漏	页岩油气温度高; 各级换热器物料出口温度高; 环境温度低或自上游来的页岩油气温度低	往结晶槽出塔管线堵塞; 液位计报警仪表假低	吸收液 pH过高

系统	事故场景描述	后果修饰		独立保护层		平均事故发生概率(×10^-5)
系统	事故场景描述	事件	概率	描述	失效概率	无IPLS	有IPLS
冷却分离	气液分离罐超压泄漏,遇点火源爆炸	人在影响区内; 点火源	0.4 0.5	安全阀; 调节阀; 报警响应	0.01 0.1 0.1	46.30	0.02
冷却分离	管线泄漏,遇点火源爆炸	人在影响区内; 点火源	0.4 0.5	差压报警	0.04	784.40	31.38
氨法脱硫	脱硫塔超压泄漏, 遇点火源爆炸	人在影响区内; 点火源	0.4 0.5	安全阀; 调节阀; 报警响应	0.01 0.1 0.1	119.22	0.03
氨法脱硫	管线泄漏遇, 点火源爆炸	人在影响区内; 点火源	0.4 0.5	差压报警	0.04	687.00	27.48
系统	事故场景描述	后果修饰		独立保护层		平均事故发生概率(×10^-5)
系统	事故场景描述	事件	概率	描述	失效概率	无IPLS	有IPLS
提气除硫	提气脱硫塔超压泄漏, 遇点火源发生燃爆	人在影响区内; 点火源	0.4 0.5	安全阀; 调节阀; 报警响应	0.01 0.1 0.1	110.30	0.03
提气除硫	管线泄漏遇, 点火源爆炸	人在影响区内; 点火源	0.4 0.5	差压报警	0.04	756.40	30.26

系统	火灾、爆炸危险指数		危险等级
系统	安全补偿前	安全补偿后	安全补偿前	安全补偿后
冷却分离	148.05	60.7005	4级(很大)	1级(最小)
氨法脱硫	168	68.8	5级(非常大)	2级(较轻)
提气除硫	157.185	64.45	4级(很大)	2级(较轻)

关键子系统	后果	无保护措施的风险等级				添加保护措施的风险等级
关键子系统	后果	概率	S	L	R	概率	S'	L'	R'
冷却分离系统	发生火灾、爆炸事故	8.3×10^-3	Ⅲ	3	4	3.14×10^-4	Ⅰ	2	1
氨法脱硫系统	发生火灾、爆炸事故	8.0×10^-3	Ⅳ	3	5	2.8×10^-4	Ⅰ	2	2
提气除硫系统	发生火灾、爆炸事故	8.7×10^-3	Ⅲ	3	4	3.0×10^-4	Ⅰ	2	2