KR Webzine Vol.110

1. 研究课题概要

LNG平台事业是通过开发LNG液化新工程及商用液化平台设计的独家技术并确保海洋平台设计技术，从而进入海外LNG平台市场的开发EPC必要技术的国家R&D事业。以韩国燃气公司为中心设立的LNG平台事业团，在2008年以开发LNG液化新工程及商用液化平台设计的独家技术为目标着手研发，并且从2011年开始以LNG平台研究成果为基础为了确保浮游式海洋平台设计技术追加促进了LNG-FPSO事业。LNG平台事业以1个概括课题和5个核心可以组成，并按照共计36个详细课题进行。

韩国船级社研究院作为LNG平台事业核心课题4-详细4-3课题”开发LNG-FPSO安全设计及可信赖工程技术”的主管机构，从2011年下半年开始参与，至2017年12月共计6年多的时间成功完成了该课题的研究开发。该研究课题中韩国船级社完成了下列3个研究目标，其中包括LNG-FPSO在内可以适用各种海洋平台安全设计模块的核心。

● LNG-FPSO 平台风险分析及确定安全设计方法
● LNG-FPSO 平台适用FEED安全设计模块的开发
● LNG-FPSO 平台验证FEED package安全性及可信性评估

 

[图1. LNG-FPSO安全设计模块概念]

 

2. 介绍研究成果物

韩国船级社为了以评估LNG-FPSO设计的安全性和可信度为目的，研究了风险及可信度分析技术，并开发将其结果适用于实际设计型式的安全设计模块。安全设计模块以现存的风险及可信度分析理论和方法为基础，开发成了按照可以实际适用的水准的执行流程和详细事项记述的形态开发了指南，并且为了迅速又准确的执行分析工作还增加了辅助软件。并且韩国船级社将开发的安全设计模块实际适用于LNG-FPSO的基本设计中，推算出设计的风险及可信度，并对其恰当性进行了评估。下列内容是通过该研究课题韩国船级社开发的研究成果。

 

 [图2. LNG-FPSO安全设计模块指南]

 

 

2. LNG-FPSO安全设计模块指南

2.1 安全设计模块1 & 5 – LNG-FPSO Topside工程设计RAM分析技

执行RAM分析，可以预测工程设计的生产性能并且可以有效的识别出影响减少生产量的脆弱系统。不但可以提高工程系统的主要装置及下部系统的性能，而且可以合理的改善工程的基本组成。RAM分析结果还可以使用在减少LNG-FPSO整个生命周期里的Topside生产工程的维持及维护费用以及最佳的使用备用部件。RAM分析工作可以由‘可信度分析’，‘可用度分析’，‘整备度分析’，‘生产工程运用分析’，‘生产效率分析’组成，并且以系统可信度工程理论为基础。对于复杂工程设计的RAM分析，一般主要使用基于蒙特卡洛法生命周期的模拟。

 

 

[图3. RAM分析执行流程及支持分析软件]

2.2 安全设计模块 2 – LNG-FPSO Topside工程设计安全整合等级分析技术

安全整合等级(SIL, Safety integrated Level)是指将安全仪表系统(SIS, Safety Instrumented System)的等级(Level)，按照故障概率进行区分，在IEC 61508中区分为4个定义。安全仪表系统是指在工程系统中体现必要的安全仪表功能(SIF, Safety Instrumented Function)的装置或者系统。为了决定安全整合等级出现了各种各样的方法，但其中最具代表性，最经常使用的方法是保护层分析方法。保护层分析是在HAZOP中识别的事故原因和结果定义允许的危险水准并由系统评估是否满足的方法。保护层分析对象是工程的保护层其核心是所有保护层失败计算发生事故的概率。

[图4. 安全整合等级分析执行流程及支持分析软件]

2.3 安全设计模块 3 – LNG-FPSO Topside 工程火灾/爆炸风险分析技术

对于经常大量处理可燃性天然气的LNG-FPSO Topside工程安全，火灾及爆炸事故时最致命的风险因素之一，因此火灾/爆炸风险分析是为了 LNG-FPSO 安全设计的核心技术。火灾/爆炸风险分析一般是像[泄露 -> 着火 -> 火灾或者爆炸 -> 危害]等联锁性的事故展开过程分阶段执行。火灾/爆炸风险分析结果可以归结为定量的导出火灾/爆炸事故的发生频率和事故结果，并将此相结合就可以计算出定量火灾/爆炸风险，主要考虑的是工程作业人的人命安全和工程系统主要设备的安全。

 

[图5. 火灾/爆炸风险分析执行流程及支持分析软件]

2.4 安全设计模块 4 - LNG-FPSO非工程风险分析技术

船舶碰撞风险分析是指定量的分析固定在特定海域的海洋平台可能与周边航行的船舶或者补给船等相碰撞引起风险的工作。这是代表性的非工程风险中之一，经常使用在降低相邻船舶的碰撞引起人命，财产，环境危害的风险准备方案。海洋平台的上部作业主要使用克令吊来执行，但是对于在狭小的空间安装很多设备的海洋平台来说，其上部区域可以看做是经常暴露在克令吊坠落物的风险中。因为这样的理由对于海洋平台来说坠落物的风险分析是在设计阶段必须要执行的。为了审核海洋平台人命安全需要进行死亡风险分析，主要是通过执行躲避，逃生及结构分析来实现。LNG-FPSO的躲避/逃生/结构装置的设计是以船舶上所有人员安全疏散为目的。考虑到发生特定事故的情况，相关事故的剧情展开躲避/逃生/结构阶段的执行将会非常复杂，因此为了更加合理实际的进行定量风险评估作业，需要更加系统的，精确的考虑躲避/逃生/结构等各个阶段。

 

[图6. 非工程风险分析执行流程(船舶碰撞/坠落物/避难逃生)]

2.5 LNG-FPSO基本设计风险及可信度分析

利用上述安全设计模块进行了 LNG-FPSO基本设计风险及可信度分析。可信度分析结果，在20年的运营寿命周期内预测93%以上的生产可用性，展示了最佳的预防补全周期。并且通过安全整合等级分析识别了200多个安全功能，确认其中1%的安全功能需要SIL3水准的安全整合等级。风险分析结果得出 LNG-FPSO乘船人员年度个人风险低于10-4 的水准，并展示了附加的降低个人风险的运营方案。 LNG-FPSO上部居住区前的防火壁及结构物展示了可以抵挡住10000年有可能发生一次的气体爆炸事故的爆炸压力设计标准。最终对于 LNG-FPSO基本设计编写了12中风险及可信度分析报告。(请参考表1)

 

[图7. LNG-FPSO基本设计火灾/爆炸风险分析]

 

 

[图8. LNG-FPSO基本设计 RAM 分析]

 

 

[表1. LNG-FPSO基本设计分心及可信度分析报告目录]

No.	Document No.	Document Title	Issue Date
1	LFPT-KOR-F-00-DOC-003	HAZID Report	2014.11.30
2	LFPT-KOR-F-00-PHY-001	Safety Design Philosophy	2014.11.30
3	LFPT-KOR-F-00-DOC-003	HAZOP Report	2016.01.05
4	LFPT-KOR-F-00-DOC-006	SIL Allocation Report	2017.08.31
5	LFPT-KOR-F-00-DOC-004	FMEA Report	2015.05.29
6	LFPT-KOR-F-00-DOC-005	RAM Report	2017.08.31
7	LFPT-KOR-F-00-DOC-007	Gas Dispersion Analysis	2017.07.31
8	LFPT-KOR-F-00-DOC-008	Vent Mast Dispersion Analysis	2017.07.31
9	LFPT-KOR-F-00-DOC-002	Fire Risk Analysis	2017.08.31
10	LFPT-KOR-F-00-DOC-009	Explosion Risk Analysis	2017.08.31
11	LFPT-KOR-F-00-DOC-010	Escape,Evacuation and Rescue Analysis	2016.12.31
12	LFPT-KOR-F-00-DOC-011	Quantitative Risk Assessment	2017.08.31

    

 
3. 研究成果的期待效果
3.1 技术层面期待效果

 
● 国内重工业独自执行全世界大部分的海洋平台工程，但是对于设计开发几乎依赖于海外公司的实情，通过本次研究结果可以突破技术层面对海外的依赖及从属关系，从而达到技术自立。
● 利用该研究结果可以确保在LNG-FPSO领域的先进水准工程技术，可以国内自主完成，进一步来说可以为加强国内造船/海洋产业的竞争力而做出贡献。

3.2 社会，经济层面期待效果
● 通过本次研究结果，韩国船级社以及国内的公司可以将工作领域扩大到包含LNG-FPSO在内的海洋平台市场的风险及可信度分析工程领域中。

 ● 利用本次研究结果在LNG-FPSO市场中韩国可以确保席卷世界大部分市场的机会，并且在LNG-FPSO平台执行中通过提高国内公司的设计竞争力，可以降低建造费用并防止外流。

 

参考. LNG-FPSO(浮游式海洋LNG液化平台)是什么？

移动到运距离海洋油田，浮游在海上进行生产，储存，卸载LNG的移动式海上多功能平台。

[图9. LNG-FPSO概念图]