1、海上油气田平合安全定 A 分析.器石油总公司南海西部石油工程公司,湛江.24057)海上油气田平台安全管理综述海上油气田勘探开发生产以西方工业发达国家领先,在安全上制定有 API RP 750流程危险源管理 ,APIRP 14J海上生产设施的设计和危险分析等规范.这些安全规范被广泛地应用于海上油气田的开发工程设计中.自从英国北海 Piper Alpha 平台大爆炸后,引发了对于海上设施安全条例和安全管理的根本性变革.国际上许多大油公司制定了以安全分析为基础的“目标设定式 “安全规则.对海上油气田平台工程项目提出了进行安全风险定性分析和定量分析的要求.国内海上油气田开发,生产主要依据原国家能源部
2、海上石油天然气生产设施检验规定和原国家石油工业部海洋石油作业安全管理规定制定的海上固定平台安全规则.该规则是一种详细规定式的安全规则,对安全的具体技术和管理要求详细,直接明确.1油气田平台安全系统以中海油南海西部石油公司位于海南岛三亚市 97km 海上的崖城 13-1气田平台安全系统为参考进行描述,在描述中同时考虑了一般系统条件.(1) 安全系统概述海上平台安全 系统在设计中重点是防火系统.设计上将井口区,油气处理区和生活区分开,在条件允许时可建造独立的生活住人平台.崖城 13-1 气田现有井口平台和工艺处理平台,生活模块建在处理平台上.平台工艺,公用系统安全上设计有防火系统,具体如下:主动防
3、火系统包括消防泵,水喷淋保护系统,气体灭火保护系统,各种消防器材和探测报警系统,整个主动防火系统由消防控制中心 (FCC)控制;被动防火系统有 :防火结构,脱险通道,危险区域的划分;关停保护系统是为了在异常状态下保护各种设备而设置的,关断动作可由各种异常信号触发.当发生应急关停或火警应急关停时,整个工艺系统会通过放空系统迅速减压 ,巧 min 内降到正常工作压力的一半 ;与陆地设施不同的另一类设备是救生设备,常见的救生设备有救生艇,救生筏,救生衣,救生圈等,还有其它一些逃生信号器材等.(2)平台安全系统的隐患为考查油气田平台安全条件 ,崖城气田作业公司对崖城 13-1 平台人员和设备进行了重大
4、事故隐患分析,结果表明该平台存在较大的安全风险 ,原因分析如下:油气泄漏率高;平台室外工作人员多和撤离平台人员集合区安全风险高 ;工艺处理区设备拥挤的高风险;低效率的预警系统(火气探测系统);处理平台上油气储存量大;不良的气放空.从以上分析可见,崖城 13-1 气田平台尽管已按常规的工业设计规范进行设计,但在安全上仍然存在很大的事故隐患.引用新的安全设计技术和系统于海上平台设计中十分必要.安全系统工程理论与安全系统分析方法综述安全问题是随着生产的产生而产生,随着生产的发展而发展的.近百年生产事故统计表明,全世界安全事故造成的人员死亡和资产损失非常惊人.1988年 7 月 6 日英国北海 Pip
5、erAlpha 平台油气泄漏发生火灾爆炸造成平台倒毁,人员重大伤亡.这事故给人们心中留下了沉重的阴影,一再告诫我们:事故是在不符合客观规律要求的生产过程中产生的.事故的破坏力随着生产的发展而日趋严重.同时也表明事故是可以避免和预防的.现代化的生产必须要有现代化的安全管理技术和方法相配套,来保证现代化生产的安全可靠性.安全系统工程就为达到这个目的而产生并发展.1 安全系统工程的基本理论和方法概述安全是指不存在导致死亡,工伤,职业病,设备损失或财产损失的条件.系统安全是指某系统在功能,时间,成本等规定的条件下,系统中人员设备所受到的伤害和损失为最小.安全系统工程是一门包含新技术领域的学科,是一门跨
6、学科的综合的工程技术 .其主要内容和方法有:事故成因理论;系统安全分析方法;系统安全评价;安全措施.系统安全分析的定量方法以事故树分析法为常用.(1)关联树法关联树法的主要内容如下:分析和评价系统的目的及达到目的所需的技术和方法之间是如何联系起来的,从而建立关联树并通过关联树进行评价 ;分析由于某一部分问题的解决而促进另一部分问题解决的相互影响效果,并据此修正关联树;根据开发能力和现状与目标作比较,以选择开发时机.(2)事故树分析法事故树分析法与关联法一样对所研究对象的事故形态及导致事故的各种因素的逻辑关系进行分析后建立树状图,并利用计算机进行逻辑计算分析和评价万方数据2 系统安全评价系统安全
7、评价是指对系统存在的危险进行定性或定量的分析,得出系统发生危险的可能性及其程度的评价,即从数量上说明分析对象安全性的程度,使人们得出能够进行比较的概念,以寻求最低事故率,最少的损失和最优的安全投资效益.(1)定性安全评价 .定性安全评价不需要精确的数据和计算,日常中的安全检查和安全评比是常用的一种定 ,t 评价.(2) 定量安全评价.定量安全评价的主要方法有: 事故损失率 R:对安全的评价就是对事危险大小的评价,可用事故损失率计算,其计算公式为:R=SP,其中 R 一事故损失率 ;5 一危险严重度汉- 危险概率.危险严重度 5:表示人身事故危险严重度和设备事故的危险严重度.人身事故的危险概率
8、P.-以平均每千人一年中的伤亡人数表示或以平均每百万工时伤亡人数表示.海上油气平台安全定量分析系统设计根据上述的相关理论和方法及海上油气田平台安全系统的基本情况可对油气田平台安全定量分析系统的进行一般性设计如下.1 油气田平台安全定最分析标准自从许多海上油气田平台灾难事故发生以后,以安全风险分析为基础的设计方法开始广泛应用于石油天然气工业.该方法和常规的工程设计规范一起使用,以弥补常规工程设计规范的不足.安全定量分析标准具体如下 :(1)人员安全风险标准:海上平台人员年度个人安全风险(Individual Risk Per Annum,以下简称IRPA)定义为 :一年中个人在平台上因工死亡的风
9、险.工业上可以接受的标准如下:年度个人风险:IRPA - 1 x 10-1;当 IRRA : - 1 x 10-5 时,可不采取降低风险措施; IRPA 值在 1x10 一 s 到 1x10-3 之间的风险称为“ 可接受“ 风险,即在投资费用有效用的条件下,应努力将安全风险合理地实际地降低(最低合理可行原则 ).(2)社会安全风险标准: 工业上规定社会安全风险标准为:造成 1 人死亡的事故发生率约每 20 年发生一起.(3)平台生活楼损坏标准:在工业一般标准中还制定了平台生活模块损坏的标准,即临时避难所损坏率值(TRIF) o TRIF - 1 x 10-,表示临时避难所内发生的损坏率值每年不
10、能大于千分之一.2 事故隐息与风险分析的内容按系统分类的方法对与平台现有设施,生产作业方式相关的安全风险进行识别和纪录,同时对控制和减少每一风险的措施进行分析,并对每一风险的严重性进行估量.据此,将安全风险分为两类: 造成死亡人数大于 1 人的风险为主要事故事件;造成人员伤害或仅 1 人死亡的一般事故事件.主要事故事件将用在风险分析模型中对风险进行量化分析,一般事故事件则统归为“行业事故事件“.(1)主要事故事件 :工艺处理系统油气泄漏; 平台吊装作业坠物 ,碰撞,吊机吊臂倒塌;直升飞机坠落碰撞及船只碰撞;平台结构损坏 .(2)行业事故事件 :柴油泄漏;工艺排放系统泄漏; 润滑油系统泄漏;生活
11、楼着火; 电器设备着火;人员触电; 人员滑倒 ,绊倒,跌落.平台风险主要可分为油气泄漏风险和非油气泄漏风险:平台油气泄漏风险:平台工艺系统的油气泄漏对平台人员,平台设施造成的危害,损坏是极大的.安全风险定量分析模型中对此类风险进行了充分地分析;平台非油气泄漏风险: 安全风险定量分析模型中非油气泄漏风险的定量评估包括直升飞机坠落,平台坠物,船只碰撞和平台结构损坏.3 安全定且分析方法和模型安全系统定量分析可用事件树状图模型来分析平台的油气泄漏事件的发展和结果.每个原发事件将通过事件树状图来表示其从一个事件的起源发展至最终结果的过程.每一分支的末端称为事件结果.事件结果的概率为原发事件的概率和所有
12、分支发展成该结果的途中概率的积.该模型考虑了如下的内容:气体探测系统失灵; 油气泄漏着火;油气泄漏着火延迟; 消防探测系统失灵;紧急关停失灵; 放空失灵; 火灾蔓延造成设备损坏 ;火灾蔓延造成结构破坏;火灾蔓延造成放弃平台及人员撤离.崖城 13-1 平台安全分析与风险评估根据上述建立的树状图模型可对崖城 13-1 平台风险进行如下分析.1 事故概率评估计算(1)基本方法选择概率评估是指对危险事故发生的频率进行预测,主要是确定事故起源的概率,如油气从某个生产设备,阀,法兰,压力容器以及压缩机等处泄漏,以用于安全风险定量评估模型中.评估方法主要有两种:直接选用现有的与所需评估的危险事件相关的历史概
13、率数据; 如果无相关的历史概率数据,可对所需评估的危险事故进行追索回到起源事件.起源事件的概率是可计算的,然后通过模拟事件的发展预测所需的概率.对崖城 13-1 平台非油气泄漏造成的危险事故的概率评估主要是采用历史概率数据,并结合平台观测到的相关频率数据.(2)起源事件的概率每一工艺设备组成部件一般有泄漏率的历史统计数据.设备每部分总的泄漏率可通过计算该部分每一种组件的数量进行估算.崖城 13-1 平台是通过统计主要生产工艺流程图(MID)中所有元件(容器,法兰,阀,管配件及管线部分 )的数量与设备泄漏率数据库中相应的泄漏率相乘来计算有关的概率.此外,还需对泄漏的大小进行估算.崖城 13-1
14、平台风险评估中对井喷和坠物碰撞造成的油气泄漏事故概率采用了历史概率数据.根据对平台工艺流程设备油气泄漏概率的计算和有关的泄漏事件的历史概率数据,可计算出崖城 13-1 海上平台设施的油气泄漏概率为 1.5 次/a.该值与相似的海上油气设施的油气泄漏率值是可比的.但从该平台在过去 5 年的生产统计中发现,平台的油气泄漏率大大高于上述所预测的值.2 崖城 13-1 平台油气泄漏事件分析本节利用树状图模型对模型中所包含的 8 个分支内容进行分析,具体如下:气体探测系统失灵;油气泄漏着火; 爆炸; 火灾探测; 紧急放空;事故扩大化; 平台撤离.3 崖城 13-1 平台非油气泄漏事件分析万方数据非油气泄
15、漏事件概率的评估直接采用了工业上相关危险事件有关历史统计概率,并结合考虑崖城 13-1 平台生产中观测到相关数据 .具体分析有:船只碰撞 ;平台结构倒塌;直升飞机运输风险.4 事件后果评估分析由事件概率评估来确定最终结果的发生概率.对于每个结果都会产生一个后果,可能是油气喷泄着火,爆炸或油气泄漏.通过进行后果分析,从某个事故的结果来预测人员死亡的数量,根某一结果的发生概率及其后果的发生概率,可以计算出在这一事故中人员的安全风险.崖城 13-1 平台风险评估中对事件后果的评估进行了如下分析:泄漏流量模拟; 油气喷泄起火;爆炸模拟;人员死亡风险评估 .5 崖城 13-1 平台安全风险评估结果(1)
16、个人安全风险个人安全风险评估的结果表明,崖城 13-1 平台上人员死亡的风险大大高于海上设施“ 允许“的安全风险标准.平均员工的 IRPA 值为 2.4x10-,是可接受的 IRPA 值 1x10-,的两倍多,而经常在室外工艺区工作的员工的 IRPA 值为 2.9x10-3.在所有的风险中,90% 是由于油气的泄漏事故引起的,余下的 10%是由非油气泄漏事故引起 .(2)社会安全风险崖城 13-1 安全风险分析结果表明 ,平台人员安全风险主要受油气泄漏事故不断扩大的影响,特别是在处理平台中层甲板工艺设备区发生的泄漏事故.事故扩大化造成平台生活楼内人员更多的伤亡及撤离平台时的人员伤亡.分析表明,
17、崖城 13-1 平台造成大规模人员死亡的事故概率高于工业上“可接受“ 的标准 .而那些造成人员死亡人数低的事故概率也非常接近于工业上“ 可接受“的标准值.总的来说 ,崖城 13-1 平台的安全风险值,包括个人安全风险,社会安全风险和临时避难生活楼损坏的值均于工业上允许的标准.降低平台安全风险的指施崖城 13-1平台事故隐患分析中发现,平台现有火气探测系统不完善,对平台的风险影响很大.安全风险分析表明,该系统的改造,升级对平台总的安全风险减少可达巧%,是最基本的降低安全风险的措施,在油气泄漏时能及时报警,使得人员在火灾发生前能够离开事故现场,从而减少了人员立即死亡的风险.1 降低安全风险措施分析
18、从上述安全风险分析中可知,降低风险的主要措施是尽可能防止事故的扩大化和人员撤离平台时的伤亡.这两项风险占总风险的 50%以上.因此,可从如下方面考虑采取措施:(1)防止油气泄漏事故发展为火灾和爆炸事故.(2)将处理平台上生活模块移走,安装在远离工艺区的安全位置 .(3)对现有生活模块进行保护,包括处理平台主甲板的支撑结构 .(4)对平台支持结构进行防火灾,爆炸冲击的保护.崖城 13-1 平台安全风险分析模拟中考虑的降低风险的措施有:(1)在火气探测系统探测到油气泄漏时能自动紧急关断放空.该措施可减少泄漏事故扩大的概率.(2)在工艺设备如生产冷却器,分离器,脱水器,低温分离器和气外输系统等有大量
19、油气存在的设备管段上增加应急关断阀来隔离油气.该措施可减少泄漏事故扩大的概率.(3)改造自动放空系统,如关断放空阀改为事故开放型,加快自动放空速度 .该措施可减少泄漏事故扩大的概率.(4)在处理平台主甲板上安装防坠落物体保护装置以减少平台设备损坏的概率,进而减少火灾和爆炸的概率.(5)对平台生活模块和支撑结构件进行防火灾和爆炸冲击保护.(6)建造独立的生活住人平台.这一措施可降低生活模块倒塌的概率 ,减少人员在撤离平台时的伤亡概率.(7)增加由气体探测系统控制的自动喷淋装置,当气泄漏时可引发自动喷淋 .这一措施可减少气泄漏造成火灾,爆炸扩大的概率.(8)对冗余设备进行隔离和降压.该措施可减少油
20、气泄漏造成火灾和爆炸的概率 .2 降低安全风险措施的效果分析在崖城 13-1 平台的安全风险分析中,对上述各项降低风险的措施进行单独和组合模拟,得出每一措施可达到的降低风险的结果以及有关措施组合可达到的效果,具体分析如下.(1)自动关断放空.使现有的关断放空阀自动化,以便在火气探测系统探测到泄漏时它们能自动关闭.这一措施降低风险不明显.(2)增加应急关断阀.使现有阀门自动关断,或者增加应急关断阀的措施对减少人员死亡风险,设施和生产损失风险的作用不明显.(3)改造关断放空系统.放空系统的改造在防止油气泄漏喷火事故继续发展 ,造成风险扩大,特别是对平台设施和生产的影响上,是一项重要的降低风险的措施
21、.分析表明,自动放空和放空阀改造为事故打开是紧急关断放空系统加速放空改造的有效措施,可以将人员伤亡风险降低1/30(4)处理平台防坠物措施.在处理平台主甲板上的工艺设备区上空安装防止吊装坠措施可将人员的伤亡风险值降低 10%-15%,从总体上降低了平台油气泄漏的概率,但单采取此项措施是不能将安全风险降低到认可的标准的.(5)处理平台上现有的生活模块的防火措施.通过对处理平台上生活模块的支撑结构的防火保护,对生活模块本身进行防火,防爆,防烟,防气的改造,加固处理,任何火灾事故扩大化对人员造成的风险可有效地减少.分析表明,最常在室外工作人员的 IRPA 风险值降低了 33%,平台人员的 IRPA
22、平均值降低了 40%-46%.但是,平台上任何人员的风险值仍不足以降低到“可接受“ 标准 .该措施也将平台生活模块的受损率 TRIF 值降低了 53%,但生活模块的 TRIF 值仍然是每年 1 X10-1 标准的两倍多.(6)建造独立的生活平台.这一措施加上对现有平台火气探测系统的升级改造可使得平台满足所有的安全风险指标的要求,将风险控制在尽可能低的范围内.这是唯一的一项可达到安全险要求的措施.但分析也表明,最常在室外工作人员的 IRPA 风险值为 9.2x 10,仍很接近“ 不可接受,的标准水平.(7)气探测系统控制的自动喷淋装置.在平台上安装一套由可燃气体万方数据探测系统控制 ,启动的自动
23、喷淋装置可作为一项今后降低风险的措施.自动喷淋可延缓泄漏着火,明显降低爆炸产生的超压力并能减少泄漏着火的概率.(8)拆除冗余设备.拆除平台上的冗余设备,如进出口过滤分离器和干气凝析油泵等 ,可以将平台总的油气泄漏概率减少约 9%.从而减低人员立即死亡及火灾蔓延死亡的风险系数.该措施可将人员 IRPA 值减低 10%-13%0(9)建造独立的生活平台+ 拆除冗余设备 .如上分析,将处理平台上的生活楼拆掉改为建一座独立的生活平台,这一措施已经将人员安全风险减少到可接受标准之下.拆除冗余设备可以将油气泄漏事故概率降低,从而减少人员立即死亡风险的概率,这是只靠建造独立的生活平台无法达到的.因此,这两种
24、措施相结合的效果是累加的.(10)保护现有的生活模块+ 拆除冗余设备 +平台防坠物.该组合措施中,处理平台生活模块防火保护及拆除冗余设备两项措施可将平台人员的平均 IRPA 风险值降低至可接受的范围内.但平台上最常在室外工作人员的 IR-PA 值及生活模块受损率 TRIF 值仍无法达到有关标准的要求.这两项措施再结合平台防坠物措施可使得当平台作业人员为 80 人时,平均 IRPA 值达到标准要求.但是这一组合措施仍无法使最常在室外工作人员的 IRPA 值达到可接受的标准.该 IRPA 值为 1.6x10-3,仍比可接受的水平高出 60%.生活楼的 TRIF 值也达不到认可的标准.(11)加速气
25、放空十拆除冗余设备+平台防坠物.防止火灾蔓延到处理平台生活模块的措施对降低人员安全风险的效果不佳,这是因为通过有效的隔离及关断放空来防止火灾蔓延的措施在应急关断系统失灵,应急关断系统和紧急关断放空系统同时失灵的情况下无法进一步降低油气泄漏风险.因此,这一组合的效果不如以上各项显著结论和建议1 主要结论(1)崖城 13-1 平台虽然是按 API 等有关规范进行设计,但不能满足新的安全标准要求.(2)在现有平台上采取放空系统改造,增加关断阀,提高放空速度 ,在平台上安装防坠物保护装置,拆除和隔离冗余设备等措施对降低平台的安全风险有作用,但不足以将风险值降低到 1 x 10-3 以下.(3)建造一座
26、远离现有处理平台工艺区的生活平台是降低安全风险的有效措施.该措施可将平台人员的安全风险值减少 68%,平台生活设施受损率减少 98%,本文分析表明,采取对平台现有火气探测系统进行升级改造和建造一座独立的生活平台的两项措施是将平台安全风险控制在可接受水平内的唯一途径.2 建议(1)将崖城 13-1 平台生活模块改造方案修改为新建造一座独立的生活平台,通过栈桥与现有的处理平台相连接.(2)加速现有平台火气探测系统的改造工作.(3)在平台上立即实施“无泄漏 “计划.进一步改善设备设计/维修的方案以将油气泄漏事故率降低至业内平均水平.上述的修改方案和采取的措施将会有力地降低崖城 13-1 气田后续开发
27、工程项目的安全风险,使平台的安全水平上一个新的台阶皿本文编辑:路萍收稿日期:2004-08-28.简讯第 12 届 IMEKO 国际流量侧量会议在桂林召开第 12 届 IMEKO(国际计量测试联合会) 国际流量测量会议于 2004 年 9 月 13 日至 16 日在桂林召开,会议由国家质检总局主办,中国计量测试学会承办.IMEKO TC9 主席和国家质量监督检验检疫总局(以下简称总局 )计量司,国际司有关领导出席了会议开幕式 .受大会组委会主席,总局王秦平副局长委托,总局计量司宣湘司长致大会开幕词.来自 18 个成员国的 150 多位代表出席了会议,80 多位专家在会议上发表了论文.国际流量计
28、量测试会议的主要目的是加强各国计量管理和计量技术机构的联系;增进各国在流量测量领域的交流; 鼓励各国在相互感兴趣的领域开展合作;加强各国间的具体技术项目的合作研究; 推动流量测量技术机构能力建设.中国积极参加国际计量局,国际计量测量联合会以及亚太计量规划组织的在流量测量领域的国际和地区的国际比对,主办国际流量测量会议是我国在流量测量领域开展国际交流成果的体现,此次会议有助于我国了解流量测量领域的最新进展,借鉴国际同行的研究成果和先进经验.中国代表也详细介绍了中国在流量测量领域的最新成就和未来的发展.我国经济,科技,以及国际贸易的发展,对我国的计量标准和量传溯源体系提出了新的要求,建立和完善包括流量测量在内的国家计量技术体系对我国经济与社会发展具有重要意义.这次由中国主办的国际流量测量会议的成功召开,促进了我国计量技术基础水平的提高,为各国在流量测量领域的交流与合作的进一步发展奠定了良好的基础.(本刊摘编)万方数据
