某国外油气项目安全风险分析体系研究.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 30 日 作者简介：王白石（1996），男，汉族，山西吕梁人，硕士研究生，助理工程师，主要研究方向为地面油气开发项目安全分析与设计。-142-某国外油气项目安全风险分析体系研究 王白石 中石化石油工程设计有限公司，山东 东营 257026 摘要：摘要：安全风险是安全事故发生的可能性与其后果严重性的组合。油气工程安全风险指在石油和天然气开采、处理、储存或运输活动中处理或加工的易燃、有毒或爆炸性物质所伴随的风险。这些风险会影响个人或公众生命安全、污染环境、破坏设施的完整性以及阻碍相关生产活动的正常运行。随着我国油气工程项目的快速发展，伴随而来的安全风险依然不可忽视。研究国外先进企业的安全风险分析体系，对于完善国内油气工程的安全风险分析体系，提高行业安全风险分析设计水平，从设计源头保证设计本质安全，减少人员伤害和财产损失具有重要的意义。关键词：关键词：安全风险分析；油气工程；风险分析体系 中图分类号：中图分类号：TE973 0 引言 目前国内各项定量或半定量的安全评价及风险计算方法已有了成熟的应用。杨健阐述了 HAZOP 和 SIL评估在石化装置安全设计中的运用1；杨晓东等在应用QRA 的方法指导 LNG 接收站站址选择2；王魁涛等运用基于 CFD 的爆炸分析方法计算出爆炸载荷作为海上平台防爆墙的设计基础3。根据“十四五”能源发展规划，到 2025 年，国内原油年产量回升并稳定在 2 亿吨水平，天然气年产量达到 2300 亿立方米以上4。现阶段依然是国内油气工程项目快速发展的时期，伴随而来的工程安全风险依然严峻，如 2020 年 11 月 2 日，国家管网集团北海液化天然气有限责任公司位于铁山港区的LNG接收站码头2#罐罐前平台管线在施工时发生着火，致 7 人死亡，2 人重伤5；2021 年 4 月 5 日，中海油发布公告称，中海油天津分公司蓬勃作业公司 V 平台发生井喷着火，致 3 人失踪6。乌干达某油气项目包含31 座陆上采油井场、中央工艺处理设施及 70km 的原有输送管道。项目建设单位为国际知名能源公司，通过构建以安全风险分析体系为核心的全生命周期安全风险管理体系，降低了该公司的事故防范成本，有效减缓了重大事故的发生以及事故发生后的多米诺连锁效应，使该公司向着“零责任事故”的安全目标不断前进。通过研究该油气项目的安全风险分析体系，探索国内油气行业安全风险分许体系的发展方向，提高安全风险分析水平，从设计源头保证设计本质安全，减少人员伤害和财产损失具有重要借鉴意义。1 项目安全风险分析体系 1.1 体系概况 安全风险分析即在工程设计周期内系统的进行安全风险评估，研讨合理的降低风险措施，以确保项目设计符合法规要求和可容忍风险标准，并且不会对项目的完整性和运行条件产生不利影响。项目的安全风险分析包括关键性风险分析和补充性风险分析两部分。关键性风险分析是对所有油气工程的强制性要求，而对于某些项目为了满足监管要求或者关键性风险分析的难以评估的情景需要进行补充性风险分析，如图 1所示。图 1 项目安全风险分析体系 中国科技期刊数据库 工业 A-143-1.2 安全风险分析方法 1.2.1 危险源辨识（HAZID：Hazard Identification）1）目标 危险源辨识是所有安全风险分析的第一步。其目标为：基于设施、设备全生命周期运行过程，系统地识别所有可能直接导致重大事故发生或间接通过事故升级而导致后果恶化的危险，同时考虑相关的预防和缓解措施。2）方法 HAZID 应使用合理的检查表，通过结构化的头脑风暴会议来实施。在 HAZID 中，设施的完整生命周期应考虑同时进行的操作，如施工和生产同时进行、维修和生产同时进行，以及工艺单元的退役。在项目前期，HAZID 报告应修正完成，报告需要涵盖所有安全风险分析需求的场景。HAZID 会议应考虑非工艺危害和工艺危害（指在运行计划外物料意外释放的危害）。对以下内容应进行重点分析：（1）设施对周围环境的影响；（2）周围环境对设施的影响；（3）主要单元之间的影响；（4）工厂和设备的位置/方向；（5）可隔离单元的意外释放；（6）自然环境危害。在 HAZID 会议之后，需要发布 HAZID 研究报告和危险场景登记册作为后续风险分析的依据。1.2.2 危险与可操作性研究（HAZOP：Hazard and Operability Study）HAZOP 是一种被工业界广泛采用的工艺危险分析方法，也是有效排查事故隐患、预防重大事故和实现安全生产的重要手段之一7。1）目标 通过对设计阶段存在的危险性及操作问题进行分析，查找设计和运行中的可能出现的偏差及其后果、原因，审查现有的安全保护措施的有效性，评价其风险程度，并根据风险程度的大小提出消减风险的安全建议措施，为下一步设计和运营阶段的改进提供依据。2）方法 HAZOP 的总体方法是分析团队通过头脑风暴，使用预先定义的引导词、参数和风险矩阵，将工艺过程中可隔离的单元作为“节点”进行单独考虑，以确保对系统进行彻底的分析。评审应在集中、开放和坦诚的氛围中进行，分析小组应进行批判性思考，以识别可能导致不良后果的设计意图的潜在偏差。在 HAZOP 会议之后，需要发布 HAZOP 分析报告和建议措施落实表，相关的改进措施和建议需要设计单位、建设、运行单位对照落实。1.2.3 安全完整性等级研究（SIL：Safety Integrity Level Study）1）SIL 定级 SIL 评估通常在 HAZOP 研究之后进行，目的是使安全仪表系统规范，以便将风险保持在可接受的水平。SIL 定级是对安全仪表系统安全性能的定级，即对每个 SIF 回路（SIF：Safety Instrumented Function安全仪表功能）的 SIL 定级。安全仪表系统应包括用于执行安全功能的电气、电子和可编程电子系统。SIL等级分为四级，其中 SIL4 最高，SIL1 最低。较高的SIL 等级意味着联锁回路需要更高程度的风险降低，从而达到相对应的低故障概率。SIL 定级需要依据以下步骤执行：（1）设置安全目标，确定风险矩阵及风险可接受标准；（2）填写 SIF 回路属性，如触发机构，执行机构，后果等；（3）分析初始事件，匹配初始风险；（4）独立保护层分析；（5）计算 SIF 回路所需要的风险降低要求；（6）为 SIF 回路指定其所需的 SIL 等级。与 HAZOP 分析类似，在 SIL 评估之后需要发布 SIL定级报告。2）SIL 验证 SIL 验证是在对安全仪表功能的回路确定了所需SIL 等级后，对安全仪表功能回路的现有配置进行定量计算，以验证回路的现有配置能否达到所需 SIL 等级的要求。为确保安全仪表系统的全生命周期的安全作用，对满足要求的，进一步确定相应的测试周期；对不满足要求的，提出改进建议。1.2.4 技术风险评估（TRA：Technological Risk Assessment）技术风险评估包括两个并行的风险分析方法：基于场景的风险评估和基于 QRA 的风险评估。TRA 的详细中国科技期刊数据库 工业 A-144-程度随着项目的推进逐渐加深。例如，项目前期的风险评估可能仅限于半定量分析，以便在后续阶段筛选主要评估场景，并进行详细的风险量化8。TRA 工作流程如图 2。图 2 技术风险评估（TRA）工作流程图 1.2.4.1 基于场景的风险评估 基于场景的风险评估是对所有碳氢化合物油气介质项目的强制性要求，例如，原油井场、工艺设备（海上、海底、陆上）、油气管道等。基于场景的风险评估主要包括以下内容：1）危险源辨识：以 HAZID 报告作为输入条件，辨识所有可能导致重大事故发生的危险场景。2）假设登记册 对风险计算所需的气象条件、人口数据、事件树结构、泄漏孔径、失效频率、点火概率、可接受风险准则、风险矩阵等一系列计算假设做出规定，假设登记册需要由建设单位、设计单位、第三方风险评估单位共同讨论通过。3）预先 风险 评 估（PRA：Preliminary Risk Assessment）根据 HAZID 确定的危险场景和假设登记册的输入条件，进行初步的风险评估。这是一个粗略的风险计算，不考虑事故升级、泄漏探测、被动防火、精确的人员分布等假设细节，使用业主单位风险矩阵，对人员、环境和资产进行半定量的风险评估，筛选与危害相关的风险情景，得到关键事件登记册（CER：Critical Event Register）。PRA 和 DRA 的主要区别见下表。表 1 PRA 与 DRA 区别表 参数 PRA DRA 频率评估 采用 CHARAD 频率数据库；分析通用工艺泄露场景；零件统计 采用 CHARAD 频率数据库；采用事故树分析法确定泄露场景；零件统计 结果分析 粗糙、保守的后果模型（初始流量、简单但保守的点火模型等）；通常不考虑物质泄露的方向性 详细建模；随时间变化的特性，扩散，火灾和爆炸评估；精确的气象条件 事故升级评估 否 是 保护措施 隔断 泄露探测；隔断；紧急泄放；被动防火等 人员 粗略的人员分布 精确的人员分布；考虑白天、夜晚以及同时作业 4）详细风险分析（DRA：Detailed Risk Analysis）以 CER 作为输入条件，选择其中的主要场景对人、环境和资产有影响的情景进行详细风险分析，主要场景见图 3 红框内容。根据风险计算结果对 CER 进行更新，并将所有场景分为 1 级、2 级、3 级三个等级，见表 2 和图 4。图 3 需要 DRA 的主要场景 中国科技期刊数据库 工业 A-145-图 4 场景风险接受准则 表 2 风险可接受准则 风险等级 风险处理（人员、环境和财产）1 级 应通过实施风险消减措施强制将风险级别降低至 2 级或 3 级 2 级 如果证明任何进一步的风险降低将涉及不成比例的风险降低措施投入，则认为剩余风险水平是可以容忍的。3 级 可接受的风险水平，通过持续改进 HSE 管理体系而不是采取具体措施来进一步降低风险。1.2.4.2 基于 QRA 的风险评估 在特定情况下，需要由基于 QRA 的风险评估对基于场景的风险评估进行补充分析，如：1）政府监管要求；2）大型永久驻人海上设施；3）可能影响公共安全的设施；4）公司运营经验之外的设施；5）采用新技术的设施；6）同时作业的设施，如施工与生产同时进行；7）建设单位或项目责任实体的具体要求。基于 QRA 的风险评估方法旨在量化每年的个人风险，包括职业性风险和交通运输风险。QRA 的主要内容如下：（1）对 HAZID 工作表中的危险事件进行评审（2）进行频率分析（3）进行后果分析（4）评估升级的可能性（5）进行影响分析（6）进行敏感性研究（7）得到风险结果，如特定场所个人风险、个人风险等高线和社会风险曲线等。根据风险可接受标准对厂区内外的个人风险进行评估，以满足业主公司的可接受风险标准。1.2.4.3 风险消减会（RRW：Risk Reduction Workshop）风险消减会由建设单位、运行单位、设计单位和风险评估单位共同参与，主要任务如下：（1）审核 DRA 和 QRA 的风险分析结果和相关的不确定因素；（2）针对 1 级事件和后果严重性程度为“非常严重”及以上的 2 级事件，确定一般性风险消减措施，并对措施的可实施性进行讨论；（3）在步骤（2）的基础上，对所有 1 级事件确定更进一步的风险消减措施，以便将风险降低到可容忍水平。RRW会后应结合风险消减措施对1级和2级事件风险重新计算，并更新 DRA 和 QRA 报告。1.2.5 补充性风险分析 补充性风险分析包括以下内容：1）火灾和爆炸风险分析（FERA：Fire and Explosion Risk Analysis）FERA 的研究目的是确定火灾、爆炸对人员和财产的影响。该研究将量化由可燃物意外泄漏引起的事故后果，并考虑事故后果的潜在升级。FERA 的结果可作为应用被动防火和设计意外载荷的要求。对于同一个项目，FERA 的模型和初始事件频率应与 QRA 保持一致。与 QRA 分析方法类似，FERA 辨识厂区内具有火灾、爆炸潜在危害的危险性场景，按照相关标准规范对后果严重度与泄漏、点火、爆炸频率进行评估，同时考虑喷射火、池火不同持续时间导致事故后果升级的影响，模拟火灾和爆炸后果，最后得出某个失效事件发生后导致的不同后果水平的频率。FERA 也会对厂区内特定有人建筑物的室内人员风险进行评估，并在报告中提出合理可行的建议和风险降低措施。坠落物体与碰撞研究（Dropped Objects and Collision Study）。坠落物体与碰撞研究的目的是评估项目运行期间，与掉落物体和碰撞有关的风险，并对事件在人员伤害、财产损失和环境影响三个方面的可能性和潜在后果进行评估，同时利用风险矩阵对事件进行定级。与 TRA 类似，根据风险矩阵将所有事件分为 1 级、2级、3 级三个等级，并对 1 级和 2 级事件提出降低风险的建议。研究中将对下列情况进行评估：厂区内吊机等起重装置在运行/维修期间的移动；厂区内货物、设备等被吊起后的移动；巡检车辆、应急车辆以及外部授权车辆在厂区内的移动；中国科技期刊数据库 工业 A-146-周边空中交通及现场直升机的移动。逃生、疏散和救援分析（EERA：Escape,Evacuation,Rescue Analysis）。EERA 对项目投产后应急情况下的人员逃生、疏散和救援进行评估。主要内容如下：（1）确定设施可能发生的需要紧急应变人员的紧急情况类型。（2）确定逃生、疏散和救援设施（以及在紧急情况下可能需要的其他系统，如应急照明、备用电源和报警系统），并分析使用这些设施时的意外情况以及设施可容纳人数。（3）确定在事故情况下，至少有一条逃生路线可供人员有足够的时间逃生，考虑所有可能的逃生和疏散路线；评估人员从工作区域逃到最近的安全地点（集合区域）所需的时间，并证明集合区域在规定的人员逃生时间内是安全的。分析逃生、疏散和救援设施受损或失效的影响；确定其他措施，以将紧急情况的风险降低到合理可行的最低水平。2 启示与借鉴 目前，国内油气项目的安全风险分析还在逐步发展中，探索建立适合国情的科学严谨的安全风险分析体系，并能确保相关安全措施严格落实，才能从设计源头保证工程本质安全，促进企业经济效益和社会效益的稳步提高。对于企业建立和完善安全风险分析体系主要从以下几方面着手：1）从顶层设计出发，提高对安全风险分析的重视性，建立层次分明的安全风险分析标准体系。对照国外先进做法，学习并推广新的风险分析方法。2）选择风险管理人才引进策略，具有丰富风险管理经验的人才能帮助公司迅速地搭建起风险管理框架。3）安全风险分析是对安全、工艺、总图、自控、通信、消防等各专业知识的综合应用，通过完善企业内部专业技术交流、轮岗制度和外部委托培训制度，激发专业人员的主动学习意识，提高安全风险分析人员的专业水平。参考文献 1杨健.HAZOP 和 SIL 评估在石化装置成套设备安全设计中的运用J.石油化工设备技术,2020,41(2):47-51.2杨晓东,鲁雪生,舒小琴等.QRA 方法在 LNG 项目中的应用及存在的问题J.化工学报,2018,69(S2):431-435.3 王 魁 涛,李 忠 涛,王 红 红.海 上 平 台 概 率 爆 炸 风 险 分 析 方 法 及 应 用 J.石 油 化 工 安 全 环 保 技术,2015,31(5):38-43.4 国 家 发 展 改 革 委,国 家 能 源 局.“十 四 五”现 代 能 源 体 系 规 划EB/OL.https:/ 2”较大着火事故调查报告公布 仪表工程师违规操作 信息报送不严谨不规范EB/OL.https:/ 风险分析指导手册M.南京:南京大学出版社.2017.8GS-GR-HSE-312,Technological Risk AssessmentS.2022.