海上油田設(shè)施關(guān)鍵設(shè)備性能指標(biāo)研究與應(yīng)用

宋書貴，陳 濤，姚夢彪，孟凡磊

（中海油安全技術(shù)服務(wù)有限公司，天津 300457）

0 引言

預(yù)防重大事故的發(fā)生，避免人員、財(cái)產(chǎn)、環(huán)境和公司聲譽(yù)的損失，確保穩(wěn)定、安全生產(chǎn)是企業(yè)的基礎(chǔ)目標(biāo)，也是設(shè)備管理的重要內(nèi)容。

目前國外對(duì)安全關(guān)鍵設(shè)備性能指標(biāo)的研究比較成熟，并在石油行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。Rahul Dhar 指出安全關(guān)鍵設(shè)備（SCE）的全生命周期管理包括識(shí)別重大事故風(fēng)險(xiǎn)（MAH），識(shí)別能夠引起、促成、預(yù)防或阻止重大事故事件的發(fā)生的SCE，并為已確定的SCE 制定性能指標(biāo)（PS），分析了識(shí)別SCE 的過程，MAH、SCE、PS 以及PS 驗(yàn)證之間的關(guān)系[1]。Julien Marty 等探討了SCE 的獨(dú)立驗(yàn)證問題，同時(shí)指出識(shí)別SCE 和制定PS 是管理者和操作者的責(zé)任之一，管理者和操作者必須將此作為重要管理目標(biāo)之一[2-3]。Matthew D.Tremblay 等研究了海上油田設(shè)施基于風(fēng)險(xiǎn)的驗(yàn)證（RBV）問題[4]，并給出了RBV 的實(shí)施過程。J A Healy 研究了安全關(guān)鍵設(shè)備在資產(chǎn)管理過程中的應(yīng)用，給出了對(duì)安全關(guān)鍵設(shè)備的管理內(nèi)容。

Total 公司針對(duì)安全關(guān)鍵設(shè)備識(shí)別在內(nèi)部的管理文件中給予了明確要求，所有的項(xiàng)目都要進(jìn)行SCE 識(shí)別。Shell 公司在2005 年發(fā)布了識(shí)別SCE 的指導(dǎo)手冊(cè)。DNV 建立了詳細(xì)的設(shè)備性能指標(biāo)建立的程序。另外，Conocophillips、ABS 等均建立了SCE 管理的程序。

國內(nèi)方面，中海油制定了性能指標(biāo)的管理程序，并陸續(xù)開始在新建項(xiàng)目上應(yīng)用安全關(guān)鍵性能指標(biāo)進(jìn)行試點(diǎn)，但總體來說，國內(nèi)對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的研究還比較薄弱。分析海上油田設(shè)施安全關(guān)鍵設(shè)備的識(shí)別和性能指標(biāo)的建立，建立一套切實(shí)可行的方法，對(duì)海上油田設(shè)備設(shè)施的完整性管理具有重要意義。

1 相關(guān)概念

1.1 MAH 包含內(nèi)容

（1）引起平臺(tái)人員死亡或重大傷害的火災(zāi)、爆炸或危險(xiǎn)物質(zhì)泄漏事件。

（2）能夠?qū)ρb置結(jié)構(gòu)或附屬設(shè)備造成重大傷害的事件，以及使裝置失去穩(wěn)定性的事件。

（3）直升機(jī)碰撞平臺(tái)。

（4）平臺(tái)救逃生系統(tǒng)失效。

（5）導(dǎo)致5 個(gè)或以上平臺(tái)人員死亡或嚴(yán)重受傷的事件。

1.2 SCE

引起或消除以及減緩MAH 的平臺(tái)設(shè)備或相關(guān)因素，包括雖然不能直接導(dǎo)致MAH，但其失效能導(dǎo)致一系列的事件，進(jìn)而引起MAH 的設(shè)備或單元。

1.3 PS

PS 是在平臺(tái)全生命周期管理過程中，對(duì)系統(tǒng)、設(shè)備、人員以及風(fēng)險(xiǎn)管理程序進(jìn)行的定性或定量要求的描述。PS 應(yīng)當(dāng)和系統(tǒng)、設(shè)備、風(fēng)險(xiǎn)管理程序等的需求相符，一般包含功能性、可用性、可靠性、生存性和交互性。

2 安全關(guān)鍵設(shè)備性能指標(biāo)建立

2.1 安全關(guān)鍵設(shè)備性能指標(biāo)建立步驟

通常，安全關(guān)鍵設(shè)備性能指標(biāo)的建立分為3 個(gè)步驟，即安全關(guān)鍵設(shè)備識(shí)別，性能指標(biāo)編寫和驗(yàn)證（圖1）。

圖1 建立關(guān)鍵設(shè)備性能指標(biāo)步驟

2.2 安全關(guān)鍵設(shè)備識(shí)別

安全關(guān)鍵設(shè)備識(shí)別過程如圖2 所示，首先采用HAZID 方法，對(duì)設(shè)備設(shè)施進(jìn)行危害識(shí)別和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，進(jìn)而確定重大事故危害（MAH）。SCE 識(shí)別的過程，就是確定設(shè)施內(nèi)所有可以控制、預(yù)防、探測和緩解MAH 要素的過程。通常使用Bow-Tie 方法，畫出相關(guān)的邏輯關(guān)系，然后對(duì)應(yīng)設(shè)備臺(tái)賬，逐個(gè)識(shí)別關(guān)鍵設(shè)備，一旦確定MAH，SCE 就隨之確定。采用HAZID 方法識(shí)別SCE，應(yīng)當(dāng)注意考慮3 點(diǎn)。

（1）確保相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)過程正確進(jìn)行。

（2）確保相關(guān)的參考標(biāo)準(zhǔn)和文獻(xiàn)適用。

（3）確保HAZID 會(huì)議符合要求。

2.3 性能指標(biāo)編寫

圖2 安全關(guān)鍵設(shè)備SCE 識(shí)別過程

對(duì)于每一個(gè)識(shí)別出來的SCE，都需要制定其性能指標(biāo)（PS）。制定性能指標(biāo)首先要識(shí)別關(guān)鍵要素的目標(biāo)、系統(tǒng)/設(shè)備描述和邊界。PS 應(yīng)該包含5 個(gè)部分。

（1）功能性。設(shè)備必須具備相關(guān)功能方可達(dá)到目標(biāo)。

（2）可用性。設(shè)備在需要時(shí)可以正確發(fā)揮其功能。

（3）可靠性。成功執(zhí)行的頻率。

（4）生存性。若發(fā)生火災(zāi)、爆炸、振動(dòng)、船舶碰撞等，或在極端天氣條件下，相關(guān)設(shè)備保證正常運(yùn)行一定時(shí)間的能力。

（5）交互性或相關(guān)性。保證一個(gè)或相關(guān)關(guān)鍵設(shè)備正常運(yùn)行的能力。

性能指標(biāo)可以是定性或定量的描述，制定性能指標(biāo)的關(guān)鍵之一是確定某一關(guān)鍵設(shè)備要達(dá)到的目標(biāo)。如應(yīng)急關(guān)斷閥的典型性能指標(biāo)包括失效關(guān)閉，在一定時(shí)間內(nèi)關(guān)閉，達(dá)到一定可用性。性能指標(biāo)編寫流程如圖3 所示。

2.4 制定驗(yàn)證計(jì)劃

對(duì)于每一個(gè)SCE，均應(yīng)由第三方獨(dú)立的、能力足夠的人員進(jìn)行性能指標(biāo)驗(yàn)證。針對(duì)不同的性能指標(biāo)，需要執(zhí)行具體的任務(wù)和計(jì)劃。驗(yàn)證計(jì)劃有多種方式，例如可以采用檢查表的形式，內(nèi)容包括設(shè)定值，目視檢查等確認(rèn)性能指標(biāo)。

驗(yàn)證計(jì)劃將重點(diǎn)關(guān)注工程階段，從設(shè)計(jì)、采購直到制造、安裝、調(diào)試，以確認(rèn)設(shè)備的性能達(dá)到預(yù)定的要求。驗(yàn)證計(jì)劃列表將給出需要做什么、誰來做、什么時(shí)候做等詳細(xì)信息。驗(yàn)證內(nèi)容應(yīng)包含以下部分。

（1）需要做什么。描述將要執(zhí)行的檢查活動(dòng)，以驗(yàn)證每個(gè)性能要求是否達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。

（2）檢查活動(dòng)的類型。如，檢驗(yàn)、見證、審核，監(jiān)控。

（3）檢查活動(dòng)的詳細(xì)程度。如，樣品抽查的比例。

（4）活動(dòng)執(zhí)行的頻率（部分活動(dòng)可能僅適用在初始階段）。

（5）為了更好控制和報(bào)告，對(duì)每個(gè)檢查活動(dòng)進(jìn)行編號(hào)（最佳的做法是與高風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)備和性能要求的編碼聯(lián)系起來）。

（6）每個(gè)活動(dòng)都應(yīng)與一個(gè)具體的性能要求和高風(fēng)險(xiǎn)設(shè)備相關(guān)聯(lián)。

（7）具體的文件和過程記錄（如，計(jì)劃性的維護(hù)活動(dòng)，滾動(dòng)的檢驗(yàn)程序）是驗(yàn)證的基礎(chǔ)，或是檢查活動(dòng)的部分參考。

圖3 性能指標(biāo)編寫流程

驗(yàn)證的水平和詳細(xì)程度，取決與安全關(guān)鍵設(shè)備的重要程度，典型的驗(yàn)證活動(dòng)所關(guān)注的驗(yàn)證點(diǎn)見表1。

表1 典型驗(yàn)證活動(dòng)內(nèi)容

3 實(shí)例

以某正在建設(shè)的井口平臺(tái)為例，識(shí)別其安全關(guān)鍵設(shè)備，制定相應(yīng)的PS 及驗(yàn)證計(jì)劃。平臺(tái)安裝完成后，作業(yè)區(qū)域?yàn)椴澈：Ｓ蛑心喜浚骄?7～33 m。

3.1 對(duì)平臺(tái)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，識(shí)別出相應(yīng)的MAH

在危險(xiǎn)識(shí)別過程，很難對(duì)一個(gè)范圍很大的節(jié)點(diǎn)討論所有的隱患。需要把整個(gè)項(xiàng)目分成多個(gè)節(jié)點(diǎn)。然后利用檢查清單里的引導(dǎo)詞，對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)反復(fù)討論，以識(shí)別項(xiàng)目或裝置的各種隱患。但是由于平臺(tái)的特點(diǎn)和HAZID 方法需要從大方向考慮問題的特點(diǎn)，針對(duì)某平臺(tái)在進(jìn)行HAZID 分析時(shí)，可以對(duì)其進(jìn)行節(jié)點(diǎn)劃分，見表2。

表2 某平臺(tái)節(jié)點(diǎn)劃分結(jié)果

在完成對(duì)平臺(tái)的節(jié)點(diǎn)劃分之后，建立相應(yīng)的引導(dǎo)詞，以便于對(duì)平臺(tái)進(jìn)行系統(tǒng)的全方位的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，表3 為進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別時(shí)，確定的部分引導(dǎo)詞示例。

表3 某平臺(tái)HAZID 分析引導(dǎo)詞

節(jié)點(diǎn)劃分完畢后，HAZID 分析組長將對(duì)某一個(gè)節(jié)點(diǎn)，引導(dǎo)組員進(jìn)行HAZID 分析。具體過程包括：

（1）組長向小組成員介紹該節(jié)點(diǎn)的具體內(nèi)容，并回答組員的提問。

（2）小組成員評(píng)估每個(gè)引導(dǎo)詞的適用性，刪除不適用的引導(dǎo)詞。

（3）組長使用經(jīng)評(píng)估同意的引導(dǎo)詞，向組員提問，以識(shí)別隱患潛在的原因和后果。

（4）對(duì)于識(shí)別出來的隱患，小組成員評(píng)估是否已經(jīng)有適當(dāng)?shù)目刂拼胧?，進(jìn)行預(yù)防或控制。

（5）在沒有控制措施或控制措施不充分的情況下，小組成員對(duì)隱患的控制提出改進(jìn)意見。

（6）技術(shù)秘書對(duì)所有的小組成員的所有討論進(jìn)行記錄。

（7）討論完成后，對(duì)該節(jié)點(diǎn)重復(fù)使用其他引導(dǎo)詞。同時(shí)，一個(gè)節(jié)點(diǎn)討論完后，轉(zhuǎn)到下一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析討論。

分析完成之后，建立相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)分析報(bào)告表。在表中，某一危險(xiǎn)源采取保護(hù)和控制措施之后的剩余風(fēng)險(xiǎn)值仍然較高時(shí)，就被視為重大事故危害。

經(jīng)過HAZID 分析，識(shí)別得到某平臺(tái)的MAH（表4）。

表4 某平臺(tái)MAH

3.2 以平臺(tái)設(shè)備開排系統(tǒng)為例，識(shí)別其是否屬于SCE

安全關(guān)鍵設(shè)備（SCE）的目的是為了預(yù)防、控制或緩解重大事故發(fā)生的影響。其風(fēng)險(xiǎn)控制措施分為6 類。

（1）安全設(shè)計(jì)。通過設(shè)計(jì)來消除或降低風(fēng)險(xiǎn)。

（2）預(yù)防。降低失效發(fā)生的可能性。

（3）探測。在線監(jiān)測或預(yù)報(bào)失效的發(fā)生。

（4）控制。限制風(fēng)險(xiǎn)的規(guī)模、強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間。

（5）緩解。緩解后果的嚴(yán)重程度。

（6）應(yīng)急響應(yīng)。溢油、解脫/拖航、火災(zāi)爆炸等場景應(yīng)急方案。

SCE 的關(guān)鍵性是功能性分?jǐn)?shù)、后果嚴(yán)重度分?jǐn)?shù)和可替代性分?jǐn)?shù)三者的乘積，其分類為高：12～18 分；中：6～11 分；低：1～5 分。

功能性分類及其分?jǐn)?shù)分別為：①本質(zhì)安全，3；②預(yù)防，3；③探測：3；④控制，2；⑤緩解，1；⑥應(yīng)急響應(yīng)，1。

后果嚴(yán)重度分類為：①中等（1 分），僅該SCE 安全功能的喪失不會(huì)造成人員的傷亡；②顯著（2 分），SCE 安全功能的喪失可能導(dǎo)致人員傷亡；③重大（3 分）：SCE 安全功能的喪失將導(dǎo)致大量人員傷亡和嚴(yán)重裝置損壞。

可替代性分類為：①否（2 分），當(dāng)該部件失效時(shí)，沒有其他有效部件、子系統(tǒng)、或主要系統(tǒng)能夠執(zhí)行其功能；②是（1 分），當(dāng)該部件失效時(shí)，有一個(gè)其他部件，能夠執(zhí)行相似的功能，并滿足性能指標(biāo)的要求。

開排系統(tǒng)SCE 識(shí)別程序見表5。

表5 開排系統(tǒng)識(shí)別程序

3.3 制定相應(yīng)的PS 及驗(yàn)證計(jì)劃

首先通過識(shí)別的SCE 來制定對(duì)應(yīng)的性能指標(biāo)，包括：防止液體火災(zāi)通過開排漫延；防止可燃?xì)馔ㄟ^開排聚集；防止蒸汽或可燃?xì)馔ㄟ^開排擴(kuò)散；確保排空大量應(yīng)急排放（噴淋系統(tǒng)等），避免過度積累；防止烴類物質(zhì)入海。開排系統(tǒng)性能指標(biāo)見表6。針對(duì)不同的性能指標(biāo)，制定相應(yīng)的驗(yàn)證計(jì)劃。開排系統(tǒng)驗(yàn)證計(jì)劃見表7。

4 結(jié)論

（1）安全關(guān)鍵設(shè)備性能指標(biāo)的建立分為安全關(guān)鍵設(shè)備識(shí)別，性能指標(biāo)編寫和驗(yàn)證計(jì)劃的制定等3 個(gè)步驟。

（2）識(shí)別MAH 是識(shí)別SCE 的前提，根據(jù)識(shí)別出的MAH，結(jié)合設(shè)備臺(tái)賬和風(fēng)險(xiǎn)矩陣，逐項(xiàng)識(shí)別設(shè)備是否屬于SCE。

（3）對(duì)于每一個(gè)識(shí)別出來的SCE，都需要從功能性、可用性、可靠性、生存性和交互性等方面出發(fā)制定其性能指標(biāo)（PS）。

（4）每個(gè)PS 制定對(duì)應(yīng)的驗(yàn)證計(jì)劃和實(shí)施階段。驗(yàn)證水平原則上由SCE 的關(guān)鍵性決定，其受資產(chǎn)、部件、生命周期階段、公司規(guī)定和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求而不同。

本文以海上井口平臺(tái)應(yīng)用為例，闡述了安全關(guān)鍵設(shè)備的識(shí)別及其性能指標(biāo)制定和驗(yàn)證的方法，旨在為海洋石油工程及其他油氣田開展類似的工作提供借鑒，對(duì)設(shè)備設(shè)施全生命周期的安全管理具有重要意義。

表6 開排系統(tǒng)性能指標(biāo)

表7 驗(yàn)證計(jì)劃