2011年海油发展科技项目论证报告书-防爆区热工作业安全防护技术的应用研究.doc
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编号：
中海油能源发展股份有限公司
科技项目论证报告书
项目名称：
防爆区热工作业安全防护技术的应用研究
课题名称：
防爆区热工作业安全防护技术的应用研究
承担单位：
中海油能源发展有限公司采油服务分公司
起止日期：
2011年4月-2012年12月
编制日期：
2011年3月10日
一、概述
海上原油生产过程具有高温、高压、易燃、易爆、有毒、有害、腐蚀性强等许多潜在的危险因素，安全是保障生产的重中之重。
热工作业是一项非常危险的工作，尽管各公司普遍使用热工许可证控制热工作业，但局部引燃事故时有发生，事故隐患依然存在。
热工作业过程中，如有一点防范措施不到位，就可能发生火灾、爆炸、中毒等事故。
在防爆区域的热工作业，安全防护技术就显得尤为重要，尤其是在FPSO的油舱（包括货油舱、燃油舱、污油水舱、工艺舱等）内的热工作业，它包含了进入密闭空间和热工作业的双重风险。
所以迫切需求可靠的、有效的热工安全防护技术来控制作业风险。
目前在中国海域服役超过15年的FPSO已经有7条，随着时间的推移将有更多的FPSO进入老龄化。
船龄大于15年的FPSO船舱内部的结构容易出现缺陷性损伤，如变形、裂纹、损坏等情况,内部结构部件也非常容易形成局部的严重腐蚀，按照船级社的相关规定，当这种腐蚀量达到原始船体厚度25%的时候，需要局部更换钢板。
以上情况中裂纹需要补焊修复、管路腐蚀严重需要切除换新、腐蚀严重的液舱板与构件需要局部换新或覆盖维修等热工作业。
热工作业的油舱与相邻的数个油舱都需要洗舱和清舱后满足动火要求，这样势必影响到正常的生产，如果关停或进坞维修则会造成生产运营的重大损失。
目前海上热工作业通常采用人工手持测爆仪在现场看护等手段，此方式属于被动防护，尤其是在大面积施工区域，不能有效的控制突发风险，如果有可燃气体意外泄漏，热工作业将非常危险。
防爆区热工作业安全防护技术采用主动防护措施，可以大幅度提高防爆区内热工作业的安全性，提升现有作业方式的安全等级，将风险降至最低；并可实现只对热工作业的油舱清舱，而相邻的油舱不进行清舱的情况下进行安全的热工作业维修，提高FPSO船体结构及生产设施的在役维修能力，减少停产或进坞维修情况的发生，提高FPSO的生产时率。
二、项目开发的价值
1、技术价值
（1）本技术采用正压防爆和自动控制形成局部密闭的热工作业空间，本技术可以大幅度提高防爆区内热工作业的安全性，降低作业风险；
（2）提高FPSO船体结构及生产设施的在役维修能力，减少停产情况的发生；
目前有15条FPSO中国海域服役，其中服役超过15年的已经有7条，随着时间的推移，有更多的FPSO进入老龄化。
船龄大于15年的FPSO船舱内部的结构非常容易造成腐蚀，若由于船舱内部的结构腐蚀问题停产维修或进船坞大修，停产将造成巨大的经济损失。
以HYSY102、HYSY105为例每天将损失30000-45000桶的产量（HYSY102目前日产5000方，海洋石油105日产7000方）。
若利用此技术，油田不需要停产，可以仅仅将需要维修的船舱进行清洗，在局部区域建立密闭作业空间进行维修作业，可以节省大量的人力和物力。
可以将过去需要关停或进船坞维修的工作，改为海上在役维修，变大修为小的维护保养，从而实现长期服役，提高FPSO的生产时率。
2、对企业发展产生的其他贡献
本项目研究在生产作业防爆区内，采用正压防爆和自动控制技术形成局部密闭的热工作业空间，通过对可燃气体、有毒气体和氧气的自动检测和控制等主动防护措施，实现局部空间内的安全热工作业。
此项目的成功应用，将大幅度减少由于应急维修对生产经营活动的影响，对于保证
生产作业时间，从而高产、稳产的作业具有保障意义。
推广应用前景，目前国内热工作业安全防护技术和设备还处于空白，研制成功后将具有非常广阔的市场。
三、项目研究目标及主要研究内容
1、主要目标
（1）掌握防爆区利用正压防爆原理和自动化控制的热工作业安全防护技术；
（2）在FPSO不停产的情况下，实现油舱等防爆区内热工作业。
大幅提高类似作业的安全保障能力，提高FPSO不停产情况下的设备维修能力；
（3）申报密闭热工作业空间的设计、生产制造方面的相关专利；
（4）填补中海油此方面技术空白。
2、主要研究内容
（1）研究在生产作业防爆区内，采用正压防爆和自动控制技术形成局部密闭的热工作业空间，通过对可燃气体、有毒气体和氧气的自动检测和控制等主动防护措施，实现局部空间内的安全热工作业。
（2）研究内容包括：
局部空间的密封技术；气体检测探头的布置和气体的控制技术；压力差监测技术；声光电报警技术；自动安全控制技术；
（3）设立模型装置进行试验，取得专家技术认定。
四、国内外目前水平和发展情况
1.国外水平和发展情况
防爆区域建立密闭空间来进行热工作业在国外也有简单应用，但没有使用自动控制系统以确保密闭空间内的空气质量达到作业要求，也没有相关控制系统确保空间内的恒定正压，都是靠人工测量的方式来检测空气质量，这种简单的方式不能保证系统的安全性。
2.国内水平和发展情况
国内的热工作业有搭建防火棚的应用，只是做简单的遮挡，没有自动检测、报警、控制系统，通常采用人工手持测爆仪在现场看护等手段，此方式属于被动防护，不能有效的控制突发风险，如果施工区域外围意外有可燃气体泄漏，热工作业将非常危险。
渤海区域内还没有进行过FPSO在役油舱内动火维修作业。
在南海个别FPSO上有过类似应用。
五、本项目研究开发技术关键
1、关键技术简述：
（1）适应现场复杂情况，不同形状密闭作业空间的设计和建造技术；
（2）恒定正压控制，在满足热工作业的情况下，要持续保证密闭空间内的压力要略
高于外面环境的气压；
（3）密闭空间内空气质量的保障控制，有效监测、控制可燃气、氧气、有毒气体含
量，保障空气质量；
2、创新点
（1）填补中海油FPSO油舱内在役动火维修的技术空白；
（2）取得密闭空间热工作业技术的专利
3、技术指标对比（与现用技术）
六、项目实施的风险分析
1、技术风险
（1）渤海区域内不停产情况下FPSO油舱内动火作业，目前还没有应用实践，存
在一定的应用风险；
（2）密闭热工作业空间保证恒定正压，施工期间保持微正压，防止可燃气体进入；
（3）密闭热工作业空间的空气质量保证，保证氧气浓度，保证无有毒气体，确保人
员安全。
采用正压防爆原理进行热工维修的技术是可行的。
类似的初级技术已经在英国北海、在国内FPSO得到过成功的应用。
结合自动化监测、自动化报警、自动化控制的安全热工维修技术大大提高了此技术的安全等级和反应速度，安全防护将更加智能和更加安全。
此项目研发成功应用的同时，将编制完整的应用及作业程序，以确保使用的人员经过培训后持证上岗，实现此技术的成功应用和推广，将技术风险降到最小。
2、管理风险
在项目实施中，充分结合多个专业的技术人员，包括安全、仪表、电气、机械等各
个方面的技术力量，利用公司先进的项目管理制度，大大降低管理风险。
3、市场风险
目前油舱内热工维修的情况较少，存在一定的市场应用风险。
但作为技术储备，若有1次不停产维修成功的应用将产生巨大的经济效益。
随着服役超过15年的FPSO数量的增加，该技术将有广大的应用前景。
七、效益分析
1、经济效益分析（直接给企业带来或将实现的效益）
（1）提高FPSO船体结构及生产设施的在役维修能力，减少停产情况的发生；
（2）相关设备可以循环使用，节约大量的维修成本；
（3）提高FPSO的生产时率。
2、社会效益（包括为海油系统内其它单位带来的效益）
（1）大幅度提高防爆区内热工作业的安全性，缩短施工工期，降低作业风险；
（2）此项目的成功应用，将大幅度减少由于应急维修对生产经营活动的影响，对于
保证生产作业时间，从而高产、稳产的作业具有保障意义；
八、项目内容
1、恒定正压控制的研究
Ø研究内容：
在密闭作业空间内设置一套微差压变送器，来检测密闭空间内与外面环境气压的差压，该信号传给高可靠的可编程逻辑控制器PLC，通过与预设的正压值进行比较，来控制进气管道上的鼓风机后的控制阀门的开度来实现恒定正压。
Ø目标：
当密闭作业空间内外差压低于设定值时，发出声光报警，二次报警时切断热工作业电源或气源。
保证施工与人员的安全。
Ø技术难点：
①可靠的逻辑控制系统PLC
图一PLC控制图
2、密闭作业空间内的空气质量保障控制系统的研究
Ø研究内容：
鼓风机鼓入密闭作业空间的是已知的新鲜空气（不含可燃气的空气），为确保鼓入的空气安全，在鼓风机的吸入口处设置可燃气体探测器。
在密闭作业空间内设置可燃气体探测器以检测可燃气体的浓度，氧气探测器监测氧气含量和硫化氢探测器检测有毒气体的含量。
Ø目标：
当鼓风机吸入口处的可燃气体/氧气/硫化氢浓度到达设定值时，发出声光报警，二次报警时切断热工作业电源或气源。
保证施工与人员的安全。
Ø技术难点：
①可靠的气体探测系统
②
3、密闭热工作业空间（模型）的设计、建造
Ø研究内容:
根据密闭热工作业空间特点及工艺要求，建造模型。
其功能包括正压防爆、自动监控、声光报警、自动化切断电源等。
Ø目标：
①防火、防爆、防雨等多功能；
②作业空间可以按现场情况，搭建成各种形状；
③材料、设备可以循环利用。
Ø技术难点：
符合作业现场的防爆要求
4、密闭热工作业空间（模型）的试验与鉴定
Ø研究内容：
进行陆地或海上热工（焊接、打磨、切割）试验，检验是否符合热工要
求。
Ø目标：
①检验模型的性能，验证设计、制造是否合理；
②达到在役FPSO油舱内热工要求；
③通过专家鉴定。
Ø技术难点：
油舱内动火试验
九、完成项目研究采用的研究、试验方法和技术路线
与深圳锋瑞佳实业发展有限公司合作，共同研究防爆区热工作业安全防护技术。
设计、建造密闭热工作业空间的样品（模型），进行试验与检验，达到正压防爆、自动监控、声光报警、自动化切断电源等功能。
技术路线图：
现场应用
专家技术鉴定
工艺优化
模拟海上试验
制造调试设备
调研分析
国内外石油公司针对热工作业所采取的相关技术分析关关技术分析
制定设备试制方案
总结推广
十、项目实施的年度计划和进度安排
1）2011年04月–2011年06月完成项目立项工作，市场调研、资料收集、
对外合作接洽。
2）2011年07月–2011年08月研究国内外石油公司针对热工作业所采取的相关技术。
3）2011年09月–2011年10月主要安全防护技术难点攻克。
4）2011年11月–2011年12月制定密闭热工作业空间设备试制方案。
5）2012年01月–2012年05月调试制造设备，完善制造流程和技术。
6）2012年06月–2012年07月检验样品（模型）的性能。
7）2012年08月–2012年10月进行模拟海上试验和检测。
8）2012年11月–2012年12月安全防护技术和模型的技术鉴定，编制并提交研究成果，专利申请，完成项目评审。
十一、项目完成应提交的成果
1、《防爆区热工作业安全防护技术可行性研究报告》1套
项目研究出的方案技术经济可行，论证充分。
2、《防爆区热工作业安全防护技术报告》1套
包括设计方案、控制原理、实验报告、相关设计图纸、编制完整的应用及作业程序等内容。
3、设计并试制密闭热工作业空间模型1套
4、密闭热工作业空间相关成果材料，申报1项专利。
十二、项目的验收标准
1、仪表、控制系统校验：
模拟报警值，能够实现自动监控、声光报警、自动化切断电源等功能；
2、进行陆地或海上热工（焊接、打磨、切割）试验：
检验是否符合热工要求；检验其功能包括正压防爆、自动监控、声光报警、自动化切断电源等；符合中海油HSE体系-动火作业管理中的安全要求，通过专家鉴定；
3、检测、测量设备具有EXi防爆合格证书；仪表、电缆接头、接线盒、排风机等电气设备具有EXd防爆合格证书。
十三、项目实施的支撑条件和能力
1、采油公司拥有机械、电气、仪表、工艺和安全等方面的专家，拥有丰富的海上生产经验，对项目的开展可以起到良好的指导和推动作用；
2、采油公司对影响热工作业的因素已经进行了相应的风险辨识；
3、与国内相关的企业合作，充分利用其设备、现有技术、技术人员等解决安全防护技术及防护设备的试制问题；
4、项目组及采油公司专业人员对海上热工作业有丰富的管理经验和实践经验，为此项技术的研究与应用提供有力保障；
5、FPSO不停产油舱内动火作业在南海FPSO上有成功的应用。
1、项目主要研究人员的能力（组长、副组长、骨干）
序号
姓名
性别
学历
职称
专业
阅历
（年）
研究经历简介
（与本项目专业相近，含取得的成果）
2、合作单位及能力
采油公司FPSO工程技术中心：
具备专业的机、电、仪、船体等技术团队。
深圳市锋瑞佳实业发展有限公司：
成立于2002年，是一家从事能源行业质量、安全、健康、环保及工程等方面技术服务的专业公司。
主要为国内外、陆地及海上的大中型设施（钻井平台、工艺撬块、FPSO）的建造、维修提供项目全过程第三方质量、安全等方面的技术服务，并对海上及陆地的在役设施（包括海洋采油平台、陆地终端、FPSO等）提供完整性检验及评价服务。
公司具有以下资质：
国家海洋石油安全中介机构海洋石油设施检测检验资质
ABS船体检验资格认可
DNV船体检验资格认可
国家实验室关于检验能力的认可
国际高空绳索技术作业与培训资格认可
十四、项目预算明细（万元）
分项内容
经费
年度预算
2011
2012
2013
一、技术引进费（包括设备购置\试制费）
40
20
20
1、新技术引进费
2、设备购置费（1万元以上设备）
3、试制费
40
20
20
二、业务费
100
39
61
1、材料费
10
4
6
2、实验\试验费
30
10
20
3、燃料及动力费
10
4
6
4、资料及文献费
10
4
6
5、项目论证\中期检查\评估\验收会议费
10
5
5
6、专家咨询\评审费
5
2
3
7、差旅费
20
10
10
8、聘用专家费
9、出版费\知识产权事务费
5
0
5
三、国内合作与国内学术交流费
140
48
92
1、外委\外协费
120
40
80
2、外送化验\技术鉴定
6
2
4
3、外送资料处理
6
2
4
4、国内学术交流费
8
4
4
四、国际合作与国际、国际学术交流费
1、项目组成员出国考察费用
2、外国专家费用
3、国际学术交流费
4、联合资助研究（SPONSOR）费用
五、依托工程配套预算
（添加行1、2、3、……进行明细）
六、人员费
1、工资／薪金
2、奖金
2、津贴／补贴等
七、房屋\设备租赁\折旧费等分摊费用
（添加行1、2、3、……进行明细）
八、其他费用
（添加行1、2、3、……进行明细）
合计
280
107
173
十五、项目组人员名单：
姓名
学历/
职称
单位
责任
工作时间（按日/年）
十六、专家论证意见：
专家组组长（签字）：
200年月日
十七、参加论证人员名单：
序号
姓名
单位
职务或职称
签字
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
十八、项目论证的确认：
1、直属单位意见（报告书内容与专家论证确定的研究内容是否相符，是否接受专家论证结论）
（该项目已通过专家论证，项目组已根据专家论证意见重新修改了项目的研究内容、预期目标和验收标准等。
该论证报告书按专家论证后最终确定的研究内容及相关的技术要求编制而成，并已经项目论证专家组成员审查签字确认。
我公司对论证报告书内容的真实性负责，同时也接受专家组对项目作出的论证结果，并在项目获得批准后按论证报告书内容组织实施。
）
领导签字：
（公章）
日期：
年月日
2、海油发展科技部意见
（该项目经专家论证建议立项，项目论证报告书的编制已经采纳了专家的论证意见，项目确定的研究内容及相关的技术指标已经项目承担单位及专家组确认，可以提交公司科委进行审定。
）
部门领导签字：
（公章）
日期：
年月日
升级会员 