油气泄漏事故是浮式生产储卸油装置(Floating production storage and offloading unit,FPSO)生产中发生频率较高的风险事件之一。气体探测器作为FPSO火气探测系统发现泄漏事故的第一环,提高气体探测器对潜在泄漏场景检测性能,在控制泄漏风险方面有着重要意义。以工信部项目“FPSO失效数据库及风险评估系统开发”为依托,以南海某FPSO为分析对象,从泄漏风险的辨识和综合评价出发,探究泄漏气体扩散规律,通过优化FPSO气体探测器布置,对更有效监控泄漏事故提供支持。本文以提高泄漏场景检测率、降低累计风险值为优化目标,深入研究气体探测器整体布局优化相关理论,对FPSO典型区域进行探测器优化布局。本文主要工作及内容:(1)基于FPSO各工艺模块物料成分、生产环境等特性分析,比较主流气体探测器优缺点及使用范围,给出上部模块探测器选型建议;(2)根据工艺流程对FPSO上部模块进行层次划分,引入基于层次分析的模糊综合评价法对上部模块进行泄漏风险评价,评价各子系统的风险权重因子大小,选择油气泄漏风险权重值最高的原油处理系统进行探测器布置优化研究;结合生产设备表和工艺流程图,归纳泄漏设备类型和潜在泄漏气体;利用OREDA数据库和相关泄漏变量统计资料,计算泄漏源变量和环境变量的概率密度分布及累计概率密度分布;(3)利用STAR-CCM+软件,建立典型天然气泄漏扩散模型,分析甲烷扩散规律及探测器最远报警距离变化;对典型FPSO泄漏工况进行模拟,分析不同泄漏参数对泄漏后果的影响;(4)通过拉丁超立方抽样高效快速的构建潜在泄漏场景集,以各泄漏场景有效探测时间和泄漏影响体积乘积之和最小为优化目标函数,将探测器布置位置及数量作为决策变量,采用贪婪取走启发算法对优化数学模型求解;(5)以FPSO原油处理模块区域气体探测器布置为例,基于规范和泄漏气体扩散规律确定候选探测布置方案,应用STAR-CCM+对抽样泄漏场景集进行CFD模拟,获取各场景有效探测时间及影响体积;在Lingo数学规划软件上求解数学优化模型,从风险降低和经济性角度评价布置方案,将优化布置方案和现场布置方案进行对比,相同探测器布置数目下优化布置方案的泄漏场景检测率提高10%,累积风险值降低42.7%,对比结果表明优化布置方案对泄漏场景集有更好的监测效果。