黄京俊1 凡曼2
1中国石油工程建设有限公司北京设计分公司 北京 100085 2中国石油工程建设有限公司北京设计分公司 北京 100085
摘要：蝴蝶效应是指在初始条件下微小的变化能带动整个系统的长期的巨大的连锁反应，这种现象也经常发生在油田地面工程设计工作中。由于多专业、多流程、繁杂、交叉作业是油田地面工程设计的特点，某个专业在执行过程中一个微小的变化不但影响本专业的技术路线，且间接或直接影响其他专业的正常工作，同时项目主体进度、质量、费用会因此造成严重滞后。尤其是对于油田地面工程设计爆炸危险区域划分标准蝴蝶效应分析格外重要。
关键词：爆炸危险区域划分;蝴蝶效应
前言：在石油天然气生产行业，防爆是油田安全生产的首要工作。由于油气田生产的主要设备装置大都处于爆炸气体环境，而且在生产、加工、以及储存石油天然气产品的过程中，很容易从相关设施如管线、容器以及阀门中泄漏易燃易爆气体或者液体，这些易燃易爆物质泄漏后在空气中形成爆炸性气体混合物，如果在现场存在足以点燃爆炸性气体混合物的电火花就很容易导致爆炸，造成无法挽回的损失。所以在海外油气田工程的项目设计中，防爆分区的设计具有极为重要的意义。
防爆区域划分一方面首先要保证生产设施的安全可靠，同时也要避免因过度提高危险等级或扩大危险区域范围而造成的相关设备选型要求过高，增加工程投资总额。因此，根据不同的设备以及环境情况，合理的划分危险区域，这对整个海外油气田项目的设计具有极为重要的意义。
1．爆炸危险区域划分标准蝴蝶效应分析
海外油气田工程项目中爆炸危险区域划参考标准主要有EI15、IEC 60079-10和API RP 505，参考标准的不同对爆炸危险区划分有一定的影响，进而产生相应的蝴蝶效应，影响工程项目涉及的工艺总图、电气、通信、仪表等其他专业。
1.1技术描述
API RP 500 多应用于北美地区及美国石油公司所承揽的工程。EI 15 和IEC 60079-10 多应用于欧洲地区及欧洲的石油公司所承揽的工程。美国石油协会制定的API RP 505 和英国能源协会制定的EI 15两个标准在危险区域划分中应用的较为广泛，中国石油行业标准SY/T6671-2017等同采用美国石油协会标准API 505。
EI15/APIRP505对爆炸分区的影响
?API RP 500 Recommended practice for classification of locations for Electrical Installations at Petroleum Facilities Classified as Class I, Division 1 and Division 2.
?Model Code of Safe Practice Part 15：Area Classification for Installations Handling Flammable Fluids.
?SY/T 6671-2017石油设施电气设备安装一级一类和二类区域划分的推荐作法.
EI 15 基于风险分析的点源法，是基于考虑现场操作人员暴露在潜在的危险区域范围内可能点燃易燃物质的风险概率，进而确立释放频率等级，根据释放频率等级计算等效释放孔径，经查表确立危险半径的方法。
APIRP 505 示例法一般性应用得到的危险范围半径没有考虑到易燃物质的挥发性、释放速率及操作压力等因素影响，不能准确的反映各类油气处理设施现场实际运行操作时的状态，提供的3m 危险半径R2 参考数据较为保守。
APIRP 505 示例法在石油管线输送设施区域的应用，考虑了压力等级和易燃物质的挥发性，将危险范围半径细分为3 类：液体蒸汽压力小于等于1900kPa 时的危险范围半径、液体蒸汽压力大于1900kPa时的危险范围半径和高挥发性液体危险范围半径。
APIRP 505 标准中的图例法对于泵输送易燃流体介质的压力划分点为1.9 MPa，划分形成了大于1.9 MPa 时的15m 半径范围和小于1.9 MPa 时的3m 半径范围。即使应用附录D——区域划分代用方法，压力划分也仅有小于0.7 MPa 低压，0.7～3.4 MPa 中压和大于3.4 MPa 高压这三个等级。而在EI 15 标准应用过程中，根据不用的流体类别，压力等级分为0.5MPa，1MPa，5MPa 和10MPa 4 个等级，压力等级的细分要比API RP505 标准多。因此可以看出当危险源处于压力界定范围内而形成的危险半径，EI15 标准提供的参考数据要多于API RP 505 标准。对于高压的界定，EI15 标准的10 MPa 也要远高于API RP 505 标准的3.4 MPa，因此对于站场内存在的油气处理高压系统宜采用EI 15标准进行危险区域划分。
通过对比采用 API RP 505 标准和EI 15 标准，当建立起详细的可燃流体的物性和相关工艺处理参数，采用EI 15 标准划分出的危险范围半径比采用APIRP 505 标准划分出的危险范围半径要小，在油田地面工程开发过程中具有较好的工程设计应用和实际指导意义。
1.2技术分析
工作压力大于1.9MPa压力等级压缩机、外输泵等工艺装置的爆炸危险区域划分，明显EI15的范围更科学、相比API RP505的划分范围要有说服力，同时减小的爆炸危险范围对厂区布置更有利。
工作压力大于1.9MPa压力等级压缩机、外输泵等工艺装置的爆炸危险区域划分中，API 505给出的典型危险区范围为15m和30m，其中30m是针对Highly Volatile Liquid(HVL)。EI 15中对5Mpa以下、释放孔径2mm危险源的最小危险区范围为4m。
依据EI 15的危险区划分范围比依据API 505的范围小很多，实际项目中需注意采标，否则危险区范围差异很大，对总图布置、防爆设备选用有重大影响。
工作压力不大于1.9MPa压力等级压缩机、外输泵等工艺装置的爆炸危险区域划分
API 505给出的典型危险区范围为3m。EI 15中对10Mpa以下、释放孔径2mm危险源的最大危险区范围为5m。依据EI 15的危险区划分范围比依据API 505的范围大，实际项目中需注意采标，否则危险区范围差异对总图布置、防爆设备选用有较大影响。
EI 15实例法（Direct Example Approach）应用问题。
EI 15中明确的UK最大环境温度为30℃，北海为24℃， ANNEX D实例法的适用范围为最高环境温度不超过30℃。EI 15实例法主要是针对UK及其北海地区，实际项目中若最高环境温度超过30则实例法不能采用。如若应用错误，则一些典型设备的爆炸危险区范围比点源法小，影响总图布置及电信仪设备选型。
1.2.4 危险区换分时注意设备的安装位置
有些工艺设备安装在坑内，通风不畅，这种情况下危险区等级需要提升一个等级，一般会是ZONE 1，所有防爆设备等级需满足ZONE 1技术要求。另外防静电接地在ZONE 1根据不同的技术要求，有可能需要在法兰连接处提供跨接，此时的跨接需要注意在工艺的压力试验前完成。如果气压试验后再增加法兰跨接，需要重新连接法兰螺栓，跨接线连接后需重新做气压试验。
1.2.5其他专业的影响：
1. 导致工艺总图设备的布置出现反复；
2. 影响电信仪的防爆设备选择，尤其是电气与通信的设备选型；
3. 设备防爆等级提高,整体EPC投资增加；
4. 气压试验试验之前需考虑法兰跨接的工序，否则会返工。
1.2.6设计周期的影响：大致3~7天
2．爆炸危险区域划分标准关键控制点：
1. 项目初期的采标在DB确定、重点关注工艺流程压力的范围，如果设备操作压力大于1.9MPa, 及时与工艺、总图专业商定平面的影响。
2. 不同类机械设备及法兰的泄漏孔径已在EI15-2014中有规定，不存在条件不充分判定。
3. 爆炸危险区域划分条件表需要工艺、安全、电气共同积累成标准设计输入表，直接应用到各类项目中，提高设计效率。
4. 项目设计中需要尽可能减少ZONE 1，不可避免时一定注意ZONE 1范围内的设备选型及接地施工要求。
结论
本文结合多个设计项目运行中技术方面的经验,对油田地面工程设计爆炸危险区域划分蝴蝶效应，分析其影响过程，总结对整体项目执行进度及质量的影响程度，提出关键制约因素，有针对性地提出优化建议。
总结油田地面工程设计爆炸危险区域划分蝴蝶效应分析的目的是能够在新项目开始之前，给设计各专业负责人作为技术风险识别的参考，能够提前避免技术方案的反复导致后期项目进度、费用产生重大变化，以达到项目执行降低成本、提质增效的需要。