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別重大事故風(fēng)險（MAH），識別能夠引起、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，同時指出識別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，給出了對安全關(guān)鍵設(shè)備的管理內(nèi)容。

Total 公司針對安全關(guān)鍵設(shè)備識別在內(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 識別。Shell 公司在2005 年發(fā)布了識別SCE 的指導(dǎo)手冊。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)備的識別和性能指標(biāo)的建立，建立一套切實(shí)可行的方法，對海上油田設(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）引起平臺人員死亡或重大傷害的火災(zāi)、爆炸或危險物質(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。

（4）平臺救逃生系統(tǒng)失效。

（5）導(dǎo)致5 個或以上平臺人員死亡或嚴(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 是在平臺全生命周期管理過程中，對系統(tǒng)、設(shè)備、人員以及風(fēng)險管理程序進(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 個步驟，即安全關(guān)鍵設(shè)備識別，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)備識別

安全關(guān)鍵設(shè)備識別過程如圖2 所示，首先采用HAZID 方法，對設(shè)備設(shè)施進(jìn)行危害識別和風(fēng)險評價，進(jìn)而確定重大事故危害（MAH）。SCE 識別的過程，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，然后對應(yīng)設(shè)備臺賬，逐個識別關(guān)鍵設(shè)備，一旦確定MAH，SCE 就隨之確定。采用HAZID 方法識別SCE，應(yīng)當(dāng)注意考慮3 點(diǎn)。

（1）確保相關(guān)的風(fēng)險評價過程正確進(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 識別過程

對于每一個識別出來的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、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)行一定時間的能力。

（5）交互性或相關(guān)性。保證一個或相關(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

對于每一個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，以驗(yàn)證每個性能要求是否達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。

（2）檢查活動的類型。如，檢驗(yàn)、見證、審核，監(jiān)控。

（3）檢查活動的詳細(xì)程度。如，樣品抽查的比例。

（4）活動執(zhí)行的頻率（部分活動可能僅適用在初始階段）。

（5）為了更好控制和報告，對每個檢查活動進(jìn)行編號（最佳的做法是與高風(fēng)險的設(shè)備和性能要求的編碼聯(lián)系起來）。

（6）每個活動都應(yīng)與一個具體的性能要求和高風(fēng)險設(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，滾動的檢驗(yàn)程序）是驗(yàn)證的基礎(chǔ)，或是檢查活動的部分參考。

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)證活動所關(guān)注的驗(yàn)證點(diǎn)見表1。

表1 典型驗(yàn)證活動內(nèi)容

3 實(shí)例

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

3.1 對平臺進(jìn)行風(fēng)險評價，識別出相應(yīng)的MAH

在危險識別過程，很難對一個范圍很大的節(jié)點(diǎn)討論所有的隱患。需要把整個項(xiàng)目分成多個節(jié)點(diǎn)。然后利用檢查清單里的引導(dǎo)詞，對各個節(jié)點(diǎn)反復(fù)討論，以識別項(xiàng)目或裝置的各種隱患。但是由于平臺的特點(diǎn)和HAZID 方法需要從大方向考慮問題的特點(diǎn)，針對某平臺在進(jìn)行HAZID 分析時，可以對其進(jìn)行節(jié)點(diǎn)劃分，見表2。

表2 某平臺節(jié)點(diǎn)劃分結(jié)果

在完成對平臺的節(jié)點(diǎn)劃分之后，建立相應(yīng)的引導(dǎo)詞，以便于對平臺進(jìn)行系統(tǒng)的全方位的風(fēng)險識別，表3 為進(jìn)行風(fēng)險識別時，確定的部分引導(dǎo)詞示例。

表3 某平臺HAZID 分析引導(dǎo)詞

節(jié)點(diǎn)劃分完畢后，HAZID 分析組長將對某一個節(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）小組成員評估每個引導(dǎo)詞的適用性，刪除不適用的引導(dǎo)詞。

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

（4）對于識別出來的隱患，小組成員評估是否已經(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，小組成員對隱患的控制提出改進(jìn)意見。

（6）技術(shù)秘書對所有的小組成員的所有討論進(jìn)行記錄。

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

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

經(jīng)過HAZID 分析，識別得到某平臺的MAH（表4）。

表4 某平臺MAH

3.2 以平臺設(shè)備開排系統(tǒng)為例，識別其是否屬于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。

（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)報失效的發(fā)生。

（4）控制。限制風(fēng)險的規(guī)模、強(qiáng)度和持續(xù)時間。

（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，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，有一個其他部件，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 識別程序見表5。

表5 開排系統(tǒng)識別程序

3.3 制定相應(yīng)的PS 及驗(yàn)證計(jì)劃

首先通過識別的SCE 來制定對應(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)備識別，性能指標(biāo)編寫和驗(yàn)證計(jì)劃的制定等3 個步驟。

（2）識別MAH 是識別SCE 的前提，根據(jù)識別出的MAH，結(jié)合設(shè)備臺賬和風(fēng)險矩陣，逐項(xiàng)識別設(shè)備是否屬于SCE。

（3）對于每一個識別出來的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PS 制定對應(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應(yīng)用為例，闡述了安全關(guān)鍵設(shè)備的識別及其性能指標(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