油田站場完整性管理技術(shù)探析

張寶良 張維智 張飛鵬 彭永剛

1大慶油田工程有限公司

2中國石油勘探與生產(chǎn)分公司

3新疆油田采油二廠

為了滿足油氣田安全、高效益開發(fā)的需要，提高油田生產(chǎn)管理水平，中石油組織制定了管道與站場完整性管理規(guī)定，形成了指導(dǎo)各油氣田開展管道完整性管理的體系文件，取得了控制管道失效率的明顯效果，并積極組織開展站場完整性管理技術(shù)的研究工作。本文通過對油田站場特點進行分析，結(jié)合站場完整性管理的研究現(xiàn)狀，總結(jié)站場完整性管理技術(shù)方法的適應(yīng)范圍，提出了油田站場完整性管理體系研究思路及需要解決的技術(shù)問題。

1 油田站場的特點

油田站場種類繁多，處理工藝和介質(zhì)變化大，按照輸送和處理介質(zhì)的差異，可以將站場分為集輸油系統(tǒng)、集輸氣系統(tǒng)、配制注入系統(tǒng)、供水污水處理系統(tǒng)的站場。以大慶油田為例，不同系統(tǒng)的站場類別如表1所示。

表1 典型油田分系統(tǒng)站場類別Tab.1 Typical types of oilfield subsystem station

為了滿足油田開發(fā)生產(chǎn)適應(yīng)不同驅(qū)油技術(shù)的需要，油田地面工程系統(tǒng)已經(jīng)形成了不同于氣田開發(fā)、化工行業(yè)、油氣長輸?shù)南盗姓緢觯渲饕攸c如下：

（1）處理介質(zhì)的差異。由于開發(fā)方式的不同，油田站場類別差異較大，如稠油開發(fā)和稀油開發(fā)的站場之間的差異。

（2）站場處理工藝技術(shù)的差異導(dǎo)致同一類別站場內(nèi)部設(shè)備差異較大。例如脫水站，由于采用電化學(xué)脫水和熱化學(xué)脫水技術(shù)不同，其設(shè)備設(shè)施差異較大。

（3）同一類型的設(shè)備，運行參數(shù)差異較大。例如注水泵和集輸泵為同一類型動設(shè)備，輸送壓力差異較大。

（4）在運行過程中，很多油田集輸處理系統(tǒng)站場均無法實現(xiàn)全面停產(chǎn)檢修，因此在設(shè)計過程中，均增加了備用系統(tǒng)和剩余處理負(fù)荷。例如增加備用提升泵、事故儲罐等，以確保事故狀態(tài)下生產(chǎn)系統(tǒng)正常運行。

（5）大多油田站場，由于實際的運行風(fēng)險遠(yuǎn)小于天然氣輸送及處理系統(tǒng)，因此其安全儀表系統(tǒng)（SIS）的要求較天然氣系統(tǒng)的低。

油田站場的這些特點給建立統(tǒng)一的站場完整性管理實施細(xì)則帶來了巨大的挑戰(zhàn)，但基于風(fēng)險的站場完整性管理仍然是改進和提高現(xiàn)有管理水平的有效而科學(xué)的管理技術(shù)。

2 站場完整性管理技術(shù)

2.1 完整性管理技術(shù)現(xiàn)狀

目前，站場完整性管理技術(shù)還處于研究探索階段，國內(nèi)外尚未提出系統(tǒng)的理論和方法。鄭洪龍等[1]以管道完整性管理的理念系統(tǒng)描述了站場完整性管理體系。溫慶等[2]以天然氣站場為研究對象探索了站場完整性管理方法。陳劍峰等[3]以儲罐和工藝管道為對象論述了站場完整性管理的方法。韓克江等[4]以大型原油儲罐為對象論述了內(nèi)檢測周期的預(yù)測方法。API 1160認(rèn)為，管道泵站和終端的風(fēng)險管理模式應(yīng)與干線管道的風(fēng)險管理模式相似，任何適合管道的風(fēng)險評估方法都適用于泵站和終端，但該標(biāo)準(zhǔn)未給出站場實施完整性管理的具體方法和步驟。API 353 給出了地面儲罐設(shè)施的危害識別與風(fēng)險評價方法，其基本的研究思路和理念還是以管道完整性管理為基礎(chǔ)建立起來的。

由于站場工藝流程和設(shè)備設(shè)施的差異比較大，無法像單一研究對象的管道，形成一系列有針對性的管道完整性管理技術(shù)體系，因此，其解決的方法是針對站場內(nèi)設(shè)備設(shè)施的類型、運行年限、運行參數(shù)、損傷機理的差異，將站場分為建設(shè)期和運行期，將站場內(nèi)的設(shè)備設(shè)施分為靜設(shè)備、動設(shè)備、儀表系統(tǒng)，分別制定差異化的站場完整性管理目標(biāo)，形成了一系列有針對性的管理技術(shù)。該技術(shù)體系在長輸管道輸送過程中所涉及的油氣站場的建設(shè)和生產(chǎn)管理中進行應(yīng)用，取得了良好的效果。

2.2 完整性管理目標(biāo)

站場完整性管理屬于資產(chǎn)管理的一部分。馮曉東等[5]以長輸管道的站場為對象，從站場設(shè)施的風(fēng)險管控、備品備件的庫存、運行時率、完好率、維修維護的針對性等方面論述了站場完整性管理目標(biāo)。GB/T 33173/ISO 55001 資產(chǎn)管理標(biāo)準(zhǔn)從組織目標(biāo)、資產(chǎn)管理方針等方面論述了相關(guān)的管理目標(biāo)，提出了目標(biāo)應(yīng)可測量、可實現(xiàn)、適度等原則。

對于油田站場完整性管理，由于站場類別、處理介質(zhì)、工藝流程、工藝參數(shù)差異很大，而且多數(shù)動、靜設(shè)備均在設(shè)計初期都預(yù)留備用，以滿足檢修的需要，因此已經(jīng)在長輸管道站場形成的站場完整性管理目標(biāo)、具體的工作流程和方法不適應(yīng)油田站場完整性管理的需求。依據(jù)完整性管理的理念，總體上分析油田站場完整性管理目標(biāo)是以風(fēng)險管理技術(shù)為手段，確保站場設(shè)備設(shè)施的運行安全可控、經(jīng)濟有效。

2.3 完整性管理的工作流程

目前，還未形成公認(rèn)統(tǒng)一的站場完整性管理工作流程，但是不同學(xué)者基于風(fēng)險管理的理念，從站場管理者關(guān)注焦點的差異角度，已經(jīng)形成了四種典型的站場完整性管理流程，主要包括：以設(shè)備設(shè)施為主體的管理流程（圖1）[5]、以人員誤操作為主體的管理流程（圖2）[6]、以關(guān)鍵工藝單元劃分為主體的管理流程（圖3）[7]、以質(zhì)量評價為主體的管理流程（圖4）[8]。

圖1 以設(shè)備設(shè)施為主體的管理流程Fig.1 Main management process based on equipment and facilities

圖2 以人員誤操作為主體的管理流程Fig.2 Management process based on personnel misoperation

圖3 以關(guān)鍵單元劃分為主體的管理流程Fig.3 Management process based on the division of key units

3 站場完整性管理體系研究

3.1 研究思路

由于油田站場設(shè)備設(shè)施類型和運行參數(shù)的多樣性、工藝流程的復(fù)雜性、已有管理模式的差異性、處理介質(zhì)的多變性，如何將站場完整性管理技術(shù)有效地應(yīng)用在現(xiàn)有的比較成熟的站場管理中提高油田站場安全運行水平，是一個亟待研究的問題。結(jié)合站場完整性管理的目標(biāo)和理念，提出站場完整性管理技術(shù)研究的思路如下：

圖4 以質(zhì)量評價為主體的管理流程Fig.4 Management process based on quality Evaluation

（1）應(yīng)明確站場完整性管理的基本工作流程。油田站場完整性管理的建立是基于風(fēng)險的管理理念，因此其基本的工作流程與已經(jīng)成熟的管道完整性管理類似，也是一個從數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)歸納的循環(huán)工作流程，即：數(shù)據(jù)采集與分析→風(fēng)險種類的識別→風(fēng)險的檢測、風(fēng)險等級確認(rèn)→風(fēng)險減緩技術(shù)措施的實施→數(shù)據(jù)采集與歸檔。

（2）應(yīng)結(jié)合站場類型、介質(zhì)的危害性、規(guī)模、工藝流程、對油田生產(chǎn)的影響、外部環(huán)境，以及現(xiàn)有的管理模式等因素進行站場分類，可以將站場總體上分為一類站場、二類站場和三類站場。要明確工作流程各環(huán)節(jié)的工作內(nèi)容，實現(xiàn)差異化管理。

（3）對于同一類站場應(yīng)根據(jù)工藝流程、介質(zhì)的危害性、設(shè)備設(shè)施的種類，明確工作流程中各環(huán)節(jié)工作要求。

（4）在實施風(fēng)險種類的識別時，應(yīng)充分結(jié)合已發(fā)生生產(chǎn)事故的成因分析結(jié)果以及生產(chǎn)一線操作與管理人員的經(jīng)驗，將他們真正擔(dān)心的事故因素作為風(fēng)險識別的參考依據(jù)。

（5）油田站場完整性管理的主要技術(shù)手段為基于風(fēng)險的檢測（RBI）和以可靠性為中心的維護（RCM），在實施過程中應(yīng)組成包括腐蝕防護專業(yè)、設(shè)備專業(yè)、工藝專業(yè)以及現(xiàn)場維修維護工作人員的工作組，分析各種風(fēng)險發(fā)生可能性，制定有效的檢測和維修維護技術(shù)方案。

3.2 面臨的挑戰(zhàn)及需要注意的問題

（1）數(shù)據(jù)。油田站場完整性管理的基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)，特別是站場設(shè)備設(shè)施失效數(shù)據(jù)，目前該部分?jǐn)?shù)據(jù)的缺失和不健全是影響油田站場完整性管理工作的主要問題。因此，在后續(xù)實施站場完整性管理過程中，對于數(shù)據(jù)的收集、整理，特別是失效數(shù)據(jù)的收集和整理是關(guān)鍵。

（2）與現(xiàn)有管理體制和機制融合。通常，站場管理是油田生產(chǎn)管理的重點，在長期管理實踐中，已經(jīng)形成了一系列比較完善的管理體制和機制，其管理和操作人員基本上也是遵循風(fēng)險管理的理念，只不過缺少風(fēng)險檢測和確認(rèn)的技術(shù)環(huán)節(jié)，導(dǎo)致風(fēng)險管理具有一定的盲目性。因此，在研究應(yīng)用站場完整性管理技術(shù)的過程中，應(yīng)充分借鑒已有的管理成果，本著完善現(xiàn)有管理體制和機制的理念開展工作，將站場完整性管理作為對現(xiàn)有體制和機制的繼承和完善，這樣才能實現(xiàn)技術(shù)成果的有效應(yīng)用。

（3）油田站場完整性管理工作計劃。依據(jù)油田站場完整性管理的工作流程，為形成兩個計劃提供決策依據(jù)，一是檢測計劃，二是維修維護計劃。提高這兩個計劃的針對性和效果，是實現(xiàn)油田站場完整性管理工作目標(biāo)的關(guān)鍵。因此，如何準(zhǔn)確地識別風(fēng)險位置，評價危害大小，采取有效的維修維護策略是油田站場完整性管理的工作重心。

（4）風(fēng)險檢測技術(shù)。目前，油田站場風(fēng)險的檢測與評價還不成熟，特別是不停產(chǎn)設(shè)備設(shè)施的風(fēng)險檢測技術(shù)亟待研究。

（5）風(fēng)險檢測與壓力設(shè)備的定期檢驗。在進行站場完整性管理技術(shù)研究中面對的一些設(shè)備屬于壓力容器，而壓力容器有一套相對完善的檢驗標(biāo)準(zhǔn)制度，如何將風(fēng)險檢測與壓力設(shè)備的定期檢驗相結(jié)合，是后續(xù)研究中需要解決的問題之一。

4 站場完整性管理的核心技術(shù)方法

站場完整性管理的核心是風(fēng)險的識別與評價，依據(jù)站場的工藝和設(shè)備設(shè)施的差異以及失效后果的大小，采用適宜的風(fēng)險識別與評價技術(shù)，確定發(fā)生失效的風(fēng)險大小（包括失效的可能性和后果），提出站場工藝和設(shè)備設(shè)施維修維護管理工作重點，制定有針對性的預(yù)防措施，使有限的維修維護資金在規(guī)避不可接受的風(fēng)險過程中發(fā)揮最大的作用，即實現(xiàn)站場維護維修的最優(yōu)化。

目前，站場常用的風(fēng)險識別與評價方法包括：量化風(fēng)險評價（QRA）、危險與可操作性分析（HAZOP）、基于風(fēng)險的檢測（RBI）、以可靠性為中心的維護（RCM）以及安全完整性分級（SIL）等方法。其中量化風(fēng)險評價是與人員和環(huán)境安全相關(guān)的評價方法，可應(yīng)用于站場安全評價；危險與可操作性分析是對站場系統(tǒng)工藝和操作安全的評價方法；QRA 和HAZOP 方法只適用于站場設(shè)計階段，對已經(jīng)建成的站場雖然也可以開展QRA 和HAZOP分析工作，但針對存在的問題進行已建設(shè)施改進或設(shè)計修改困難較大。因此，常用的站場完整性管理的核心技術(shù)方法為RBI、RCM以及SIL。

（1）RBI。RBI 分析對象為儲罐、靜設(shè)備與工藝管道，主要工作流程為：數(shù)據(jù)收集與整合→通過腐蝕和物流回路分析確定失效機理、成因和模式→利用失效可能性和失效后果進行風(fēng)險計算與評價→提出檢測計劃。其實施流程見圖5。

圖5 RBI實施流程Fig.5 Implementation process of RBI

（2）RCM。RCM 分析對象為轉(zhuǎn)動設(shè)備和電器儀表，基本流程為：依據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定待分析評價的系統(tǒng)和功能指標(biāo)→依據(jù)運行維護數(shù)據(jù)和使用要求分析確定系統(tǒng)部件的失效原因、模式和失效后果→通過邏輯決斷確定預(yù)防性維修間隔期，制訂防止和減小失效的措施→制訂維修及備品、備件計劃。其實施流程見圖6。

（3） SIL。SIL 分析對象為安全儀表系統(tǒng)（SIS）、其他技術(shù)安全相關(guān)系統(tǒng)和外部風(fēng)險降低設(shè)施，基本流程為：危害辨識→過程危險性分析、危險事件的后果和發(fā)生的可能性評估→SIL 等級的核實或確定。其實施流程見圖7。

圖6 RCM實施流程Fig.6 Implementation process of RCM

圖7 SIL實施流程Fig.7 Implementation process of SIL

5 結(jié)束語

站場完整性管理是一種基于風(fēng)險的管理機制，它是一種通過風(fēng)險評價制定有針對性的檢測計劃，通過檢測確定風(fēng)險轉(zhuǎn)化為事故的可能性制定有針對性的風(fēng)險漸緩措施，進而實現(xiàn)風(fēng)險可控目的的管理方法。雖然目前已經(jīng)形成了一些具有成功應(yīng)用的技術(shù)系列，但對于油田地面工程復(fù)雜的站場體系，需要將完整性管理的理念和方法與現(xiàn)有成熟的管理經(jīng)驗進行融合，形成具有適應(yīng)油田生產(chǎn)現(xiàn)狀的站場完整性管理體系，以提高現(xiàn)有的生產(chǎn)管理水平。