Tóm tắt

Phân vùng nguy cơ cháy nổ trong quá trình thiết kế, lắp đặt các công trình dầu khí có ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả của công tác phòng chống cháy nổ. Trên cơ sở các phương pháp phân vùng nguy cơ cháy nổ (trực tiếp, theo nguồn rò rỉ, trên cơ sở rủi ro),“Hướng dẫn phân vùng nguy cơ cháy nổ cho các công trình dầu khí” giúp các đơn vị thống nhất cách quản lý rủi ro và an toàn phòng chống cháy nổ ngay từ khâu thiết kế hoặc cải hoán, giảm thiệt hại khi có sự cố cháy nổ xảy ra, tư vấn cách lựa chọn thiết bị điện, bố trí/lắp đặt các nguồn sinh lửa trong khu vực có nguy cơ cháy nổ cao.

Từ khóa: Phân vùng cháy nổ, lựa chọn thiết bị điện.

1. Giới thiệu

Công nghiệp dầu khí tiềm ẩn nhiều yếu tố rủi ro như: áp suất hệ thống cao, sản phẩm là các chất dễ cháy nổ như dầu, condensate, khí... Hiệu quả của công tác phòng chống cháy nổ phụ thuộc rất lớn vào việc phân vùng cháy nổ, song chưa có hướng dẫn cụ thể, vì vậy gây khó khăn cho việc kiểm tra giám sát và quản lý an toàn trong các hoạt động dầu khí.

Phân vùng cháy nổ phân cấp khu vực đặt thiết bị, tồn trữ lưu chất tùy theo tần suất hiện diện, số lượng các nguồn gây cháy nổ và điều kiện môi trường xung quanh mà mỗi khu vực được phân loại theo mức độ khác nhau. Việc đánh giá và phân loại các khu vực cháy nổ thấp hơn thực tế sẽ dẫn đến thiếu sót trong công tác quản lý an toàn và phòng chống cháy nổ; các quy trình phối hợp ứng cứu, các trang thiết bị phòng chống, vì thế sẽ không ứng phó được các mối nguy thực tế, từ đó tiềm ẩn rủi ro rất lớn đối với con người, môi trường và tài sản doanh nghiệp khi xảy ra cháy nổ. Ngược lại, việc đánh giá và phân loại các khu vực cháy nổ cao hơn thực tế gây lãng phí lớn cho đầu tư công trình do phải lắp đặt các thiết bị quá mức yêu cầu.

Hướng dẫn giúp các đơn vị thống nhất cách quản lý rủi ro và an toàn phòng chống cháy nổ ngay từ khâu thiết kế nhằm giảm thiệt hại khi có sự cố/tai nạn cháy nổ xảy ra, tăng cường tính hiệu quả trong công tác quản lý an toàn phòng chống cháy nổ tại các công trình dầu khí.

2. Cơ sở khoa học và thực tiễn phân vùng cháy nổ

Vùng có nguy cơ cháy nổ được định nghĩa là không gian 3 chiều, trong đó chất gây cháy có khả năng hiện diện ở mức độ cần phải cân nhắc phù hợp trong thiết kế và lắp đặt thiết bị để kiểm soát nguồn sinh lửa. Nói cách khác, mục tiêu của phân vùng cháy nổ nhằm giảm đến mức chấp nhận được khả năng xuất hiện đồng thời hỗn hợp khí có khả năng gây cháy và nguồn sinh lửa. Vì vậy, việc chia công trình thành các vùng có nguy cơ cháy nổ tùy theo cấp độ khác nhau là rất cần thiết, trong đó, vùng cháy nổ được phân chia thành các zone khác nhau (Zone 0, Zone 1, Zone 2) theo khả năng hiện diện của hỗn hợp khí dễ cháy. Việc sử dụng các thiết bị có thể sinh lửa phải được kiểm soát cũng như hạn chế trong các khu vực này.

2.1. Phân loại lưu chất gây cháy nổ

Các lưu chất gây cháy nổ trên các công trình dầu khí thường là dầu mỏ và các sản phẩm dầu mỏ được khai thác, chế biến hay các nguồn nhiên liệu phục vụ quá trình vận hành công trình, nhà máy. Thông thường các chất trên được phân loại dựa trên nhiệt độ chớp cháy (Bảng 1) hay theo danh mục các chất dễ cháy nổ (Bảng 2).

Khi các chất lỏng dễ cháy được chế biến ở điều kiện nhiệt độ, áp suất cao hơn; thành phần, tính chất không ổn định, hệ thống phân loại dầu mỏ và sản phẩm dầu mỏ đơn giản theo cách như Bảng 1 cho các chất lỏng dầu khí sẽ không phù hợp, do vậy áp dụng phân loại theo danh mục phân loại chất lỏng (Bảng 2).

2.2. Phân vùng nguy cơ cháy nổ

Căn cứ theo tần suất xuất hiện và thời gian tồn tại của các chất dễ cháy dưới dạng khí hoặc hơi để tạo thành môi trường khí nổ, vùng có nguy cơ cháy nổ được chia thành 3 cấp: 0, 1, 2.

Vùng có nguy cơ cháy nổ cấp 0 (Zone 0): Vùng mà môi trường khí nổ xuất hiện, tích tụ một cách thường xuyên, liên tục và/hoặc trong một thời gian dài.

Vùng cháy nổ Zone 0 hình thành trong các trường hợp sau:

- Trong khi vận hành, khai thác bình thường các hạng mục, công trình không hoàn toàn kín dùng để tồn chứa, xuất nhập dầu mỏ và sản phẩm dầu mỏ.

- Trong các hoạt động sửa chữa, bảo dưỡng công trình, thiết bị tồn chứa, bơm chuyển dầu mỏ và sản phẩm dầu mỏ.

- Trong trường hợp có sự cố hư hỏng của công trình thiết bị tồn chứa, bơm chuyển, xuất nhập dẫn tới tràn dầu hoặc rò rỉ, tích tụ khí hoặc hơi chất dễ cháy, kết hợp với không khí tạo thành môi trường khí nổ.

Vùng có nguy cơ cháy nổ cấp 1 (Zone 1): Vùng mà môi trường khí nổ có thể xuất hiện nhưng không thường xuyên trong các điều kiện hoạt động bình thường.

Vùng cháy nổ Zone 1 hình thành trong các trường hợp sau:

- Tại khu vực mà dầu mỏ hoặc sản phẩm dầu mỏ thường xuyên được tồn chứa, bảo quản trong các vật chứa hoặc hệ thống đóng kín, nhưng khí hoặc hơi của chúng có thể thoát ra trong những trường hợp có sự cố dẫn tới tràn dầu và/hoặc rò rỉ chất dễ cháy, tạo thành môi trường khí nổ.

- Tại khu vực có môi trường khí nổ nhưng được thường xuyên thông gió nhân tạo, hiện tượng tập trung hơi chất dễ cháy để tạo ra môi trường khí nổ chỉ xảy ra khi có hư hỏng hoặc hoạt động không bình thường của thiết bị thông gió.

- Tại khu vực liền kề với khu vực Zone 0 và có thể xảy ra sự thông khí với nhau (không thường xuyên), không có các biện pháp ngăn chặn sự lưu thông khí đó hoặc không áp dụng các biện pháp thông gió nhân tạo cần thiết.

Vùng có nguy cơ cháy nổ cấp 2 (Zone 2): Vùng mà môi trường khí nổ không có khả năng xuất hiện trong các điều kiện hoạt động bình thường, hoặc nếu xuất hiện thì chỉ tồn tại trong một thời gian ngắn.

Vùng cháy nổ Zone 2 thường là các vùng liền kề với Zone 1, hoặc khu vực tồn chứa, bảo quản, cấp phát, bơm chuyển dầu mỏ và các sản phẩm dầu mỏ loại 3.

2.3. Thực trạng công tác phân vùng cháy nổ tại các công trình dầu khí Việt Nam và đề xuất hướng dẫn phân vùng cháy nổ

Khảo sát các nhà máy, công trình dầu khí Việt Nam đều thực hiện phân vùng cháy nổ từ giai đoạn thiết kế. Ngoài ra, các doanh nghiệp quy định tiêu chuẩn thiết bị điện kèm theo và xây dựng quy trình an toàn, giấy phép làm việc hạn chế nguồn sinh lửa trong khu vực trên.

Về cơ bản tiêu chuẩn liên quan đến quy định phân vùng cháy nổ và sử dụng thiết bị điện trong vùng có nguy cơ cháy nổ trên thế giới phổ biến 2 hệ tiêu chuẩn: hệ thống tiêu chuẩn của Mỹ (API, NFPA, NEC, IMO…); hệ thống tiêu chuẩn của châu Âu (như IEC, DNV, BSI, IP…) (Bảng 3). Trong các nhóm tiêu chuẩn nêu trên, tiêu chuẩn phân vùng nguy hiểm API 500, API 505 (Mỹ) và IP 15 (châu Âu) được sử dụng phổ biến hơn cả, cụ thể như sau (Bảng 4):

- Tiêu chuẩn API 505, API 500 đưa ra cách thức phân vùng theo phương pháp trực tiếp, tương đối dễ sử dụng và áp dụng chủ yếu cho các đối tượng công trình bể chứa, giàn khoan cố định…

- Tiêu chuẩn IP 15 đưa ra cách thức phân vùng theo phương pháp trực tiếp, theo nguồn rò rỉ và trên cơ sở rủi ro, áp dụng cho các nhà máy xử lý khí, lọc hóa dầu...

Do công trình dầu khí ở Việt Nam rất đa dạng nên việc xây dựng tài liệu hướng dẫn có đối tượng và phạm vi áp dụng rộng gặp nhiều khó khăn. Nhóm tác giả đề xuất kết hợp đồng thời IP 15, API 500 và API 505 làm tài liệu tham khảo chính trong việc xây dựng hướng dẫn. Trong đó lấy IP 15 làm cơ sở phương pháp luận, API 500 và API 505 bổ sung các điểm còn thiếu của IP 15, chi tiết cho các công trình dầu phổ biến và các loại công trình thường gặp. Đồng thời, nhóm tác giả cũng đối chiếu với các tiêu chuẩn Việt Nam nhằm đảm bảo tính thống nhất trong quá trình xây dựng hướng dẫn.

3. Hướng dẫn phân vùng cháy nổ cho các công trình dầu khí Việt Nam

Sau khi đã phân loại lưu chất dễ cháy theo nhiệt độ chớp cháy, cần phân loại công trình theo thiết bị khoan, chống phun trào, đường ống, bồn chứa… (phổ biến cho các giàn khoan dầu khí) hay tàu chứa dầu hay máy bơm, máy nén, bộ hứng dầu, bộ lọc, bộ tách… (phổ biến dùng cho các nhà máy lọc dầu, chế biến dầu khí) và xác định tốc độ rò rỉ (kích thước lỗ rò, áp suất) để lựa chọn cách thức phân vùng phù hợp.

Có 3 phương pháp sử dụng trong quá trình phân vùng khu vực có nguy cơ cháy nổ (Hình 1).

Phương pháp phân vùng trực tiếp được sử dụng chủ yếu cho các bồn chứa lưu chất dễ cháy nổ. Phương pháp phân vùng theo nguồn rò rỉ được sử dụng cho các trường hợp từ công trình ngoài khơi, trên bờ... Phương pháp phân vùng trên cơ sở rủi ro được sử dụng cho các loại rò rỉ thứ cấp, giảm phạm vi khu vực có nguy cơ cháy nổ trong từng trường hợp nguồn rò rỉ cần xem xét cụ thể.
Lưu đồ cho phép lựa chọn phương pháp phân vùng khu vực có nguy cơ cháy nổ thích hợp như Hình 2.

3.1. Phương pháp phân vùng trực tiếp

Các công trình/thiết bị phổ biến như: bể chứa dầu mỏ, sản phẩm dầu mỏ, giàn khoan thăm dò khai thác dầu khí, trong đó bán kính cháy nổ được xác định theo các tiêu chuẩn được áp dụng trên thế giới (phổ biến là API 500 và API 505).

Khi sử dụng phương pháp phân vùng trực tiếp, công trình/thiết bị được đánh giá xem xét phải tương đồng với công trình mẫu được đề cập trong các tiêu chuẩn về thiết kế, kích thước thiết bị hoặc mức độ thông gió. Tại vị trí có sự khác biệt đáng kể, cần xem xét từng nguồn rò rỉ riêng lẻ và thêm vào bản vẽ phân vùng cho thích hợp.

Các thiết bị được phân vùng theo phương pháp này chưa tính đến ảnh hưởng có thể có của các khu vực được phân vùng lân cận của thiết bị khác. Đánh giá cụ thể dựa nhiều vào các thông tin, tài liệu thu thập và kinh nghiệm thiết kế.

Các thiết bị riêng lẻ phụ thuộc (bơm, lỗ thông, điểm lấy mẫu và điểm thoát nước, điểm phóng và nhận thoi, hầm chứa…) không áp dụng phương pháp phân vùng trực tiếp sẽ được đánh giá bằng phương pháp nguồn rò rỉ.

3.1.1. Tiêu chuẩn hướng dẫn phân vùng khu vực có nguy cơ cháy nổ bằng phương pháp trực tiếp

Hệ thống tiêu chuẩn phổ biến sử dụng đối với phương pháp phân vùng trực tiếp được thể hiện trong Bảng 5. Thiết bị và lựa chọn phương pháp phân vùng trình bày trong Bảng 6.

3.1.2. Danh sách công trình/thiết bị phổ biến áp dụng phương pháp phân vùng trực tiếp theo API 505 và API 500

Trong nhóm các tiêu chuẩn phân vùng cháy nổ dầu khí bằng phương pháp trực tiếp, có 2 tiêu chuẩn phổ biến nhất được sử dụnglà API 505 hay API 500 ứng với các công trình tìm kiếm thăm dò, khai thác, tồn chứa dầu khí sau:

- Giàn khoan cố định ngoài khơi:

+ Sàn khoan;

+ Bồn chứa dung dịch khoan;

+ Bơm dung dịch khoan;

+ Sàng rung;

+ Bộ phận tách khí khỏi dung dịch khoan;

+ Thiết bị chống phun trào (Blow out preventer - BOP).

- Giàn khoan di động ngoài khơi (Mobile offshore drilling units):

+ Sàn khoan và khu vực cần khoan;

+ Khu vực cấu trúc phụ;

+ Tổng quát thiết bị xử lý dung dịch;

+ Bồn chứa dung dịch khoan;

+ Bơm dung dịch;

+ Thiết bị xử lý dung dịch;

+ Hệ thống tách loại khí;

+ Đường xả;

+ Thiết bị chống phun trào;

+ Khu vực thiết bị kiểm tra giếng;

+ Phòng ắc quy dự phòng;

+ Khu vực chứa nhiên liệu trực thăng.

- Tàu chứa xử lý và xuất dầu (Floating production storage and offloading).

- Đường ống vận chuyển dầu khí.

3.1.3. Phân vùng nguy cơ cháy nổ cho các công trình phổ biến theo phương pháp phân vùng trực tiếp (Hình 3 - 5)

3.2. Phương pháp phân vùng theo nguồn rò rỉ

Áp dụng cho việc phân vùng khu vực cháy nổ cho các thiết bị không thể phân vùng bằng phương pháp trực tiếp. Phân vùng cháy nổ theo phương pháp nguồn rò rỉ được xác định dựa trên tính toán bán kính cháy nổ cùng với hệ số hình dạng để hình thành khu vực có nguy cơ cháy nổ với không gian 3 chiều. Bán kính cháy nổ được tính cho các thiết bị đặt trong không gian mở, thông gió tự nhiên.

Khi vận tốc rò rỉ (kích cỡ lỗ rò và áp suất) không được xác định, có thể áp dụng phương pháp phân vùng trên cơ sở rủi ro. Khi bán kính cháy nổ lớn hơn 30m, các rò rỉ này thường lớn hơn mục tiêu xem xét phân vùng cháy nổ, vì vậy các kiến nghị cần đi theo hướng cải hoán công trình để làm giảm phạm vi ảnh hưởng.

Các thiết bị tiêu chuẩn dưới đây thường áp dụng phương pháp phân vùng nguồn rò rỉ:

- Bơm;

- Điểm xả thiết bị và điểm lấy mẫu lỏng;

- Máy nén;

- Lỗ thông khí;

- Hệ thống đường ống;

- Hệ thống phóng và nhận thoi;

- Điểm tràn đổ hóa chất;

- Bình hứng dầu, bộ chặn và bộ tách;

- Hố và rãnh;

- Hệ thống thoát nước mặt.

3.3. Phương pháp phân vùng trên cơ sở rủi ro

Áp dụng để tính bán kính cháy nổ cho việc phân vùng các nguồn rò rỉ nhưng không biết trước đường kính rò rỉ. Các nguồn rò rỉ thứ cấp thường gặp bao gồm: các loại phớt làm kín máy bơm, máy nén, van, mặt bích… Phương pháp phân vùng trên cơ sở rủi ro dựa trên việc xác định các mức (Level) tần suất rò rỉ từ đó suy ra đường kính rò rỉ ứng với các nguồn rò rỉ thứ cấp nêu trên.

Cách thức phân vùng nguy cơ cháy nổ theo nguồn rò rỉ và phân vùng trên cơ sở rủi ro có thể tham khảo chi tiết trong “Hướng dẫn phân vùng nguy cơ cháy nổ cho các công trình dầu khí” do Tập đoàn Dầu khí Việt Nam ban hành ngày 17/6/2015 theo Quyết định 3993/ QĐ-DKVN.

4. Lựa chọn thiết bị theo phân vùng khu vực có nguy cơ cháy nổ

Tương ứng với mỗi nguyên lý thiết kế bảo vệ khác nhau, các thiết bị điện có các cấp độ bảo vệ khác nhau. Do đó, một số loại thiết bị chỉ có thể áp dụng cho Zone 2, một số loại được thiết kế theo tiêu chuẩn khác có thể áp dụng trong Zone 2 và 1, các loại khác được thiết kế theo tiêu chuẩn khắt khe hơn có thể áp dụng cho cả Zone 0, 1 và 2. Theo quy định, các thiết bị được chia thành 3 loại sau:

- Loại 1: Nhóm các thiết bị có mức bảo vệ cao nhất, có thể áp dụng cho Zone 0, 1 và 2;

- Loại 2: Nhóm các thiết bị có thể áp dụng cho Zone 1 và 2;

- Loại 3: Nhóm các thiết bị chỉ có thể áp dụng cho Zone 2.

5. Kết luận

Hướng dẫn phân vùng nguy cơ cháy nổ cho các công trình dầu khí giúp các đơn vị liên quan thống nhất cách quản lý rủi ro và an toàn phòng chống cháy nổ ngay từ quá trình thiết kế, giảm thiệt hại khi có sự cố/tai nạn cháy nổ xảy ra, nâng cao hiệu quả quản lý an toàn phòng chống cháy nổ; đồng thời đề xuất lựa chọn thiết bị điện phù hợp và tư vấn cách bố trí, lắp đặt các nguồn sinh lửa trong khu vực có nguy cơ cháy nổ.

Hướng dẫn đã được Tập đoàn Dầu khí Việt Nam ban hành và trở thành tài liệu quan trọng trong công tác phân vùng cháy nổ các công trình dầu khí từ giai đoạn thiết kế/khi có cải hoán, giúp thiết lập các quy trình đảm bảo an toàn phòng chống cháy nổ trong các khu vực có nguy cơ cao.

Tài liệu tham khảo

1. Bộ Khoa học và Công nghệ. Thiết bị điện kho dầu mỏ và sản phẩm dầu mỏ - Yêu cầu an toàn trong thiết kế, lắp đặt và sử dụng. TCVN 5334:2007. 2007.

2. Tập đoàn Dầu khí Việt Nam. Hướng dẫn phân vùng nguy cơ cháy nổ cho các công trình dầu khí. 17/6/2015.

3. Energy Institute. Area classification code for installations handling flammable fluids. 2005; 15.

4. American Petroleum Institute (API). Recommended practice for classification of locations for electrical installations at petroleum facilities classified as class I, division 1, and division 2. 1997.

5. A.W.Cox, F.P.Lees, M.L.Ang. Classification of hazardous locations. Institution of Chemical Engineer. 2003.

HAZARDOUS AREA CLASSIFICATION FOR OIL AND GAS INSTALLATIONS

Pham Minh Duc

Vietnam Petroleum Institute

Email: ducpm.cpse@vpi.pvn.vn

Summary

Hazardous area classification during the design and construction of oil and gas installations directly affects the effectiveness of fire and explosion prevention and control work. On the basis of hazardous area classification approaches (direct approach, point-source approach, and risk-based approach), the “Guideline on hazardous area classification for oil and gas installations” helps oil and gas operators to establish consistent risk management and safety procedures at the designing or overhauling stages to mitigate losses in the case of fire and explosion, and advices on how to select electrical equipment and to arrange/install ignition sources in high risk areas.

Key words: Hazardous area classification, selection of electrical equipment.

Họ tên
Email
Mã xác nhận

Gửi bình luận