摘 要

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 课题研究的背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3 本文研究的主要内容 4

第2章 海洋石油平台爆炸案例分析 5

2.1 海洋平台爆炸的主要原因 5

2.1.1 泄露 5

2.1.2 防喷器失效 6

2.1.3 人为操作失误 7

2.2 英国北海Piper Alpha海洋平台爆炸 9

2.2.1 事故原因 10

2.2.2 事故中屏障功能运行情况 12

2.2.3 事故应吸取的教训 12

2.3 墨西哥湾“深水地平线号”海洋平台爆炸事故 13

2.3.1 事故原因 13

2.3.2 事故中屏障功能的运行情况 13

2.3.3 事故应该吸取的教训 14

2.4 本章小结 14

第3章 海洋平台爆炸灾害的风险分析及平台结构可靠性研究 15

3.1 风险定义及衡量标准 15

3.2 泄露概率 16

3.3 冲击波的概念及基本理论 18

3.3.1 爆炸冲击波的基本理论 18

3.3.2 冲击波基本关系的建立 18

3.4 爆炸载荷对结构物的破坏作用 22

3.5 爆炸源分类及基本特点 23

3.6 爆炸性质分类 23

3.7 爆炸冲击波损伤范围 25

3.8 爆炸冲击波损伤范围计算 26

第4章 981半潜式钻井平台的安全保障措施 29

4.1 981半潜式钻井平台的安全保障措施 30

第5章 总结与展望 33

5.1 总结 33

5.2 展望 33

致 谢 34

参考文献 35

摘 要

随着人类社会的高速发展，陆地资源被大量消耗。资源紧缺问题日益严峻，世界各国积极寻求新的资源库，以获得持续的发展进步。虽然陆地资源以被巨大开采利用，但人类对海洋的探索却只有5%。这也就意味着海洋对于人类来说几乎就是未知的新世界，有无限的可能。这也是海洋的地位在人类生存发展中愈来愈重要的原因。最近几十年，各国纷纷开始对海洋资源进行探索、开发、利用。随着海洋资源的开采，安全问题也就随之而来。海洋平台相对陆地作业平台来说技术不够成熟、没有丰富的经验积累、海上环境多变且不稳定、远离陆地若发生事故救援难度较大。

海洋平台安全一方面是保障人员人身安全，另一方面是保证设备功能性正常使平台稳定运转。本文将针对海洋平台安全方面进行历史事故的分析总结经验教训，对爆炸相关的基础理论和计算进行学习研究，最后针对981自主海洋平台试提出安全保障措施。

关键词：海洋平台、安全管理、安全措施

Abstract

With the rapid development of human society,o land resources areconsumed in large quantities. The problem of scarcity of resourceshas become increasingly severe. Countries around the world are activelyseeking new resource pools Lo achieve cont inuous development andprogress. Although terrestrial resources are exploited to a largeextent, human exploration of the oceans is only 5% This means thatthe ocean is a new world that is almost unknown to mankind, and thereare infinite possibilities. This is also the reason why the status ofthe ocean is becoming increasingly important in the survival anddevelopment of humanki nd. In recent decades, countries have begun toexplore, deve lop, and use marine resources. With the exploitation ofmar ine resources, security issues will follow. Compared with landplatforms, offshore platforms are not mature enough in technology, donot have rich experience, and the marine environment is volatile andunstable.

On the one hand, the safety of Ocean platform is to protectthe per sonal safety of personnel; on the other hand, the normalfunction of the equi pment ensures the stable operation of the platformThis article will summarize the exper ience and lessons learned fromthe analysis of historical accidents concerning the safety of theoffshore platform study the basic theories and calculations relatedto explosions, and finally propose security measures for the 981 chinese Ocean platform

Key Words: Ocean platform; Security management; Security measures.

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

二十一世纪被称为“海洋世纪”，这意味着海洋的地位将在人类的生存和发展中变得越来越重要。对海洋的搜索仅为5%，也就是说，海洋面积的95%是未知的，特别是在深海区域。因此，海洋开发已成为任何国家拥有海洋资源的国家制定国家发展战略的重点。中国是一个海洋资源丰富的沿海大国。同时，由于历史、政治等原因，中国虽然拥有丰富的海洋资源，但发展海洋能源却远远不够。因此，海洋开发对资源短缺、能源枯竭、国家和社会发展各领域的发展具有重要意义。有鉴于此，党的十八大报告明确指出，中国未来的生态文明必须“提高海洋资源开发能力，发展海洋经济，保护海洋生态环境”。与以往的海洋开发相比，二十一世纪，由于技术发展、环境变化、人类意识等因素的影响，海洋的人类发展活动将呈现出其独特的发展趋势。例如，第三产业在海洋产业结构中所占的比重越来越大。海洋开发的国际合作也将成为主流。海洋环境保护也变得越来越重要等。正是因为对这些趋势的清醒认识，我国政府才把海洋发展视为中国成为世界强国的必经之路。当今世界，全球化趋势已使各国进入同一竞争体系，竞争主体是独立主权国家。

几百年的工业生产使许多人类赖以生存的土地资源面临枯竭。新的发展空间既是各国民族力量的必经之路，也是解决民族生存资源危机的必经之路。空间科学技术是全人类最先进的科学技术，它的发展不仅需要大量的资金和大量的积累，而且其实际应用价值的体现也需要相当长的一段时间。从过去一百年或二百年的世界发展史来看，首先关注海洋发展的所有国家都已成为二十一世纪实现世界强国的世界强国，因此有必要把海洋发展视为海洋。国家发展战略。国家发展战略是指一个国家的全面发展的总体规划。这关系到一个国家的长期稳定的根本方针，也是一个国家团结全国人民的奋斗目标。历史上，近代西方列强的兴起主要是通过对海洋的控制来实现的，而近代中国落后的主要原因是实行“封国”政策。所以现在全球各国都寄希望于海洋开发以获得可持续发展的成功，我国一定要把握这次机会。把海洋开发纳入国家发展战略的每一个组成部分，实现国家海洋强国之梦。

从二战开始，全球范围内开发海洋资源带来了明显的收益。全球海洋经济产出由1980美元不足2500亿美元增至1美元。2005年的17000亿，海洋经济对全球GDP的贡献已达4%。由于经济高速发展资源消耗过快，海洋资源开发的重要性越来越明显。广袤的海洋，拥有着大量的石油和天然气的同时拥有着丰富的食物。海洋提供食物的能力可以达到全球范围内农作物的一千倍。石油和坦然其的藏量约一万四千亿吨。

放眼全球，近年几十年来来海上石油产量飞速提高。在上个世纪60年代到80年代的20年里，海上采油国的数量从12个增加到40个。那英国来说，前五年里，本国政府拿出了233亿，去开发北海油田，造成了海洋产量约占海洋资源年产量的20%。那发达国家来对比，中国的海洋能源开发严重不足，也显示出中国在这一范畴有广袤的发展前景。

在任何工程项目中安全永远式第一位的，安全有了保障才有了一切计划得以实施的基础。在海洋资源的开发的过程中也没有例外。中国在海洋资源开发方面起步较晚，少有经验的积累和技术的沉淀。但正因起步晚，在安全研究方面也就有“前车之鉴”可以参考学习，以避免发生类似的安全事故。海上作业环境恶劣，施工组装难度高，技术复杂，投资大，不确定因素多，设备设施高度集中，平台存在大量易燃易爆物。通过对以往海上平台事故的分析和统计，发现海上石油平台最大的问题主要来自设备自身的缺陷、安装工艺的不足和开发设备的故障。操作造成油气泄漏。70%以上的海洋开发平台事故均源于油气爆炸、火灾，这对人员健康、平台结构和海洋环境都将造成极其严重的后果。因此预防爆炸事故的发生，提高平台设备在火灾或爆炸过程中在安全性能上的表现以减少事故对人员、海洋环境、平台的影响至关重要。

1.2 国内外研究现状

鉴于海洋平台作业过程中油气泄漏导致火灾、爆炸等连锁事故的高风险性，很可能导致灾难性后果，事故造成的高强度爆炸载荷和高温影响将严重危及平台人员的生命、海洋平台安全状态和海洋环境。为建立阻止类似事故逐步升级的有效措施，国内外学者以各种型式的海洋结构物为研究对象，针对油气火灾、爆炸事故的动态演化规律及后果影响进行了系统深入的研究，试图建立适用于海洋工程风险评估与管理的指导规范，取得了较大的学术和应用成果。然而，在近年来国内外海洋平台的快速发展的整体形势下，针对平台作业过程中油”(爆炸和火灾风险方面的研究尚未成熟，还没有形成系统、可靠的评估程序和指导规范。2008-2010 年，韩国釜山国立大学、Nowatec AS等国外研究机构合作开展了以油气爆炸、火灾风险为核心的针对性课题，目的是针对目前学术研究与实际工程应用之间存在的断点建立连接桥梁，使学术研究更好地服务于工程应用。该课题基于CFD 技术和非线性有限元方法重点针对海洋平台上部模块、结构和设备在可燃气体爆炸事故下的爆炸、火灾载荷、结构破坏及风险等级进行了系统研究，开发了火灾爆炸风险分析的可视化软件，研究了喷射火作用下结构部件的载荷特点，初步建立了一套完整、有效的油气泄露火灾爆炸定量风险评估规范与控制体系。Jaffee A. Suardin等采用MS Excel/VBA 针对海洋平台开发了火灾爆炸风险分析的可视化和比较工具。软件内置了计算喷射火和池火尺寸、输出火灾辐射等值线等功能，并采用专家系统和BowTie分析法确定了基于特定事故场景的具体风险控制措施。Joon Young Yoon 等综合采用实验和数值模拟方法研究了火灾热源、风速和风向等因素对海洋平台上部模块区域热扩散行为的影响。风洞实验采用1/14 的甲板模块模型，ANSYS CFX 软件得到数值模拟结果与实验数据非常吻合。研究表明，风对模块中热扩散行为影响很大。J.K.Paik 等采用ANSYS CFX 对甲烷爆炸、丙烷喷射火实验进行了数值模拟和对比分析，研究了密闭空间内可燃气体爆炸、火灾载荷特点，针对平台油气爆炸和火灾风险建立了基于计算流体动力学的数值模拟方法。Bong Ju Kim 等基于实验和CFD(CFX,KFX)软件研究了钢管件、混凝土管件在喷射火作用下的温度分布和热通量等载荷特性。该研究可有效用于海洋平台 火灾被动保护装置和结构的设计和优化。此外，V.H.Y.Tam 等将海洋平台 划分为回转塔、月池、工艺处理区、油罐顶部与工艺处理甲板之间的区域等四部分，分别进行可燃气体爆炸风险研究。研究发现，CFD 模型是惟一可以应用于四个区域并满足计算要求的通用模型; 实际工程应用中应重视拖曳载荷对船体结构的影响; 可燃气云一旦超过临界尺寸(逃跑长度)，气体爆炸将急剧发展，导致超压破坏。DERA RosythS针对可燃气体爆炸作用下几种新建和改造平台船体结构上的爆炸载荷和失效行为建立了评估程序，基于非线性有限元软件ABAQUS 分析了船体结构在爆炸载荷作用下的动态响应特性。CMR采用CFD 软件FLACS-97 分别针对三种常规海洋结构物( 小型中等拥挤度海洋平台、大型高拥挤度海洋平台模块、大型拥挤海洋平台进行了可燃气体爆炸模拟分析，研究了不同可燃民云体积和点火位置条件下作用在平台结构上的爆炸载荷特点。

国内方面，虽然海洋平台的数量及在海上油气开发中的应用取得较快发展，但对于平台火灾及爆炸事故风险方面的针对性研究还相对匮乏。韩圣章（天津大学）主要针对海洋平台油气泄露规模和气云爆炸 的情况进行了研究；宋剑（浙江大学）主要研究了爆炸在和下海洋石油平台结构的可靠性。

1.3 本文研究的主要内容

分析影响海洋平台安全的主要因素；通过对爆炸冲击波基本理论及相关计算的学习研究，列举出不同条件下爆炸的区别；通过对历史案例的分析，总结原因，吸取经验教训，并在论文最后对海洋981平台试提出相关的安全保障措施。

第2章 海洋石油平台爆炸案例分析

经济及社会发展需要消耗大量的资源，随着时代的变化与社会进步，陆地资源被大量开发开采，带来了资源紧缺的问题。因此海洋资源的开发已变为必然的选择。在海洋平台使用中，泄露往往是造成影响最大的事故原因，泄露会直接导致环境的污染，还经常会引起爆炸破坏平台结构进一步导致更发杂情况的发生。海洋平台发生事故往往是灾难性的，事故发生迅速，造成的污染难以控制，海上作业天气环境往往比陆地要多变恶劣，救援难度大。在历史的那些海洋石油项目上，震撼人心的大案警示人们，如果我们不能很好的做好海上油气生产安全生产，其后果一定是难以想象的。

2.1 海洋平台爆炸的主要原因

通过对历史案例的解读统计，我认为海洋石油平台爆炸的原因由3个。这三个原因分别是：防喷器失效、油气泄露和人为失误。因此，在海上石油平台生产过程中，平台生产商必须注意和防止这3种情况的发生，从而保证海上平台的顺利生产。

2.1.1 泄露

泄漏通常是指气体和液体物质不应该暴露在应该位于工业中的容器中的现象。作为一种在工业生产中常见的现象，泄露无处不在。泄露可能会发生在多处，例如：管道、油箱、阀门等。泄露的物质也多种多样：化学品、石油、天然气等。就海洋平台而言，泄露轻则影响设备正常工作运转，重则导致污染以及为爆炸发生提供必要条件。

1）泄漏原因：

(1)设计失误

生产设备的设计决定了生产设备在未来生产过程中的运行。如果在设计环节开始出现错误，对未来生产活动无疑会有很大的隐患。造成设计误差的主要原因是：计算设计误差、选材错误（选择材料的性能不合适）。

(2)设备方面

设备设计方面合格以后，就由加工生产过程决定设备的好坏。加工生产方面不过关的主要原因：配件质量差、加工水平不符合规范、焊接工艺差等。

(3)管理原因

这方面原因主要由人决定，是比较主观的原因。主要包括：不够全面的管理制度、不够严格的监督机制、作业人员对工作重视不够。作业人员的安全意识薄弱等。

2）天然气泄漏的主要危害

(1) 易燃性。通常情况下，天然气发生泄露，微弱的火花就可能将其点燃.

(2)易爆性。通常情况下，天然气发生泄漏，会迅速与空气混合，极易被点燃，进而引发爆炸事故。

(3)易发生连锁爆炸。此类火灾的严重是故多是由人为因素引起二次燃烧及爆炸。天然气爆炸已发生连锁反应，使情况变得越来越复杂。

(4) 扩散速度快。天然气泄露后扩散速度很快，这也是它易燃易爆的部分原因。

3）天然气泄漏控制措施

(1)关阀断气，堵塞漏点。首先要切断燃气的供应，然后查明泄露位置堵漏。如果管道断裂，木材楔子可以用来堵住泄漏。

(2)冷却与稀释。当天然气发生泄露，应用经过雾化处理的水进行稀释。

(3)时刻进行测试。测试需要在阻断之前就开始。

(4)在进行封堵作业时，应选用钢或尼龙阀门垫圈，不应选用石棉垫圈。不得在救援中使用不具备防爆性能的通信工具。

2.1.2 防喷器失效

防喷器是防止泄露发生的重要屏障。防喷器结合了全密封和半密封两种功能。它具有结构简单、操作方便、耐压性强等特点，广泛应用于油气勘探领域。

深海防喷器通常由圆形防喷器和水闸防喷器组成。如图2-1所示，它是一般防喷器的三维模型，它分为圆形防喷器、三闸门防喷器和从上到下的四通管。该设备的高度会影响其下部布局。其性能要求也随着作业水深发生改变。

图2-1 一般防喷器的三维建模

当重油被压入钻杆时，闸门下方有四个接头，可以代替侵入泥浆，提高井中流体柱的压力。防喷器的种类：普通型、万能型、旋转型。在深井钻井中，除了使用两个常用防喷器，加上万能防喷器和旋转防喷器外，在井口上组装了三种或四种防喷器。

2.1.3 人为操作失误

在自动操作中，人为错误的原因非常复杂，可能会产生相互影响，而操作员反映的错误是多种原因造成的。此种失误大致分为：随机误差、系统误差和偶然误差。人为的错误可能导致更严重的后果，如严重的后果，如人员伤亡、环境污染以及对正在进行的生产活动造成的经济损失。

约翰逊对于人为失误问题做了如下的论述:

(1)人为误差是生产过程中的副产品，其发生是不可避免的，可确定发病率。

(2)工作环境会影响人员在工作上的失误，因此改善工作环境很重要。

(3)关于人为失误的许多定义是不明确的，甚至是有争议的。

(4)高级人员在职责上也可能存在缺陷，显示出一定程度的人为错误。