半潜式深海钻井平台的LNG火灾模拟与仿真
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第34
卷第1
期2018
年1
月科技通报
BULLETINOFSCIENCEANDTECHNOLOGYVol．34No．1
Jan．2018
半潜式深海钻井平台的LNG
火灾模拟与仿真
王海蓉1，3
，
黄模志4
，
黄承志2，3
，
梁栋2，3
（1．
中山大学学报编辑部，
广州510275；2．
中山大学工学院，
广州510006；3．
广东省消防科学
技术重点实验室，
广州510006；4．
南海石油外服有限公司，
广州510006）
摘要：
以某半潜式钻井平台为研究对象，
建立了LNG
泄露、
火灾的模型，
并对火势总体情况、
火灾烟气走向、
火场
温度及热辐射等火灾危害进行了模拟计算、
模拟结果表明：LNG
火灾烟气对平台人员的威胁较小；
生活区和设备区
在温度场中属于安全区域，
但在辐射场是属于比较危险的区域；
人员在疏散过程中应尽量远离面向火焰的建筑墙
侧，
逃离至平台上远离火源中心的空旷局域。
关键词：
半潜式；
钻井平台；
火灾
中图分类号：X928.03
文献标识码：A
文章编号：1001－7119（2018）01－0254－04
DOI：10．13774/j．cnki．kjtb．2018．01．053
TheSimulationofLiquidNaturalGasFireofDeep-seaDrillingPlatform
WangHairogi1，3
，HuangMozhi4
，HuangChenzhi2，3
，LiangDong2，3
（1．EditorialDepartmentofAcademicJournal，SunYat-senUniversity，Guangzhou510275，China；
2．SchoolofEngineering，SunYat-senUniversity，Guangzhou510006，China；
3．GuangdongKeyLaboratoryofFireScienceandTechnology，Guangzhou510006，China；
4．TheSouthChinaSeaOilServiceCo．Ltd．，Guangzhou510006，China）
Abstract：Inthispaperasemisubmersibledrillingplatformastheobjectofstudy，itwasestablishedthat
themodelofthesemisubmersibleplatformLNGleakagefire，firehazardstotheoverallsituationofthe
fire，thefiresmoke，thefiretemperatureandthermalradiationweresimulatedandanalysis，theresults
showedthat：LNGfiresmokeontheplatformstaffposelittlethreat；livingareaandinthetemperature
fieldbelongstoregionalsecurity，butintheradiationfieldisregionbelongstothemoredangerous；
personnelduringtheevacuationprocessasfaraspossiblefromtheflameofthewallofthebuildingside
oriented，trytoescapetotheplatformawayfromopenlocationinthefirecenter．
Keywords：semi-submergible；drillingplatform；fire
收稿日期：2017－02－21
基金项目：
广东省科技计划项目资助（2014A020218005）。
作者简介：
王海蓉（1974－），
女，
湖北省仙桃市人，
博士，
讲师，
研究方向：
燃烧与安全领域的研究。近海常规水深的油气开发已不能满足能源的需
求，
大量的油气资源在400m
甚至更深的水域。
但
由于固定式钻井平台在工作水深超过100m
后造价
越来越高，
且允许的最大工作水深也不能超过450
m［1］
。
因此，
发展移动式或浮式钻井平台对深海油气勘探与开发尤为重要。
目前，
有两种浮式深海钻
井装置———
半潜式钻井平和钻井船。
我国就于
2008
年4
月动工建造了首座自主设计的半潜式钻
井平台—“
海洋石油981”。
钻井平台集钻井、
动力、
生活等为一体，
内部结构复杂，
舱室、
房间的设计十1712000011800202
韩松昊．fbd
第1
期王海蓉等．
半潜式深海钻井平台的LNG火灾模拟与仿真255
分紧凑，
且可燃物种类繁多。
一旦发生火灾，
火势蔓
延十分迅速、
人员疏散和救援极其不便，
容易造成重
大的伤亡事故和经济财产损失［1－5］
。
数据表明：
北
海和墨西哥湾地区的钻井平台在1980－1994
年的
14
年间，
共发生了118
次井喷，
平均每年发生至少8
次井喷事故。
井喷不仅发生频率较高，
而且还会造
成一系列的连带事故，
火灾爆炸是其中最为危险的
事故［6－7］
。
因此，
本文以半潜式钻井平台为研究对
象，
建立了井喷及其后的火灾模型，
以研究火灾时烟
气的走向、
火焰高度、
以及火场温度和热辐射的变化
规律、
危害范围。
研究结果能对可能存在的危险性
及其可能产生的后果进行综合评价和预测，
对深海
钻井平台的安全评估和管理都具有积极的意义。
1
物理模型
某半潜式钻井平台主体长78m、
宽74m、
高
8.6m，
包括浮体、
立柱和上层甲板三个部分。
立柱
的主要功能是将浮体的浮力传递给上层平台。
它里
面设置有水系统管路，
原油管路，
电气布线和上下贯
穿的楼梯和电梯等等。
浮筒内部则布置有辅助作业
用的钻井水舱、
泥浆舱、
饮用水舱、
燃油舱、
泵舱，
以
及航行用的锚链舱和推进器舱等隔舱。
上层甲板分
为下甲板、
中间甲板、
主甲板、
生活区二楼、
生活区三
楼和直升机甲板。
所有的钻井设备和生活设施、
安
全设置都设置在上层甲板［7］
。
为了计算方便，
将上
层甲板简化为三个区域：
生活区域、
钻井区域和设备
区域。
2
钻井平台的火灾危险性分析
2.1
网格划分和模拟区域
本文的网格尺寸为100m×100m×100m，
每
个栅格单元尺寸为1m×1m×m，
总共100×104
个
单元格。
为了对环境的温度、
辐射强度进行实时的
监测，
在钻井平台的生活区、
设备区以及钻井区设置
了若干个温度探测器—
热电偶，
如图1
所示；
以火源
为中心，
设置了探测辐射量的热辐射探测器［8－10］
，
如图2
所示。
2.2
模拟结果与分析
本次模拟建立了墙温度和辐射计的输出，
在等
值面中设置了1000℃
火焰温度的等值面输出。
12.2s、21.1s、33.9s
时1000℃
的温度等值面如图
3～5
所示
。图1
热电偶分布图
Fig．1Thermocoupledistribution
图2
热辐射探测分布图
Fig．2Thermalradiationdetectiondistribution
图312．2s
时的温度等值面
Fig．3Temperatureequivalentsurfaceof12.2s
估测出三个时刻的火焰高度平均值为33m。
由经验公式得最终的火焰高度为34.84m。
数值模
拟与经验数据的火焰高度相差1.84m，
误差在5%
左右。
图6～9
依次是距离燃烧表面0、10、20
和30m
的火焰中心的温度变化图。
图中显示：
燃烧火焰在
前100s
的温度上下波动比较厉害，
是非常不稳定
的。
火焰温度从常温迅速达到400℃
以上，
然后温
度慢慢上升；
火焰温度在1000℃
左右逐渐趋于平
稳；
最后，
火焰温度会因为燃料接近燃尽，
突然下降
