油田企业设备设施风险定量分析与管理

张全解 王清 王小娟（山东省青岛理工大学汽车与交通学院）

油田企业设备设施风险定量分析与管理

张全解 王清 王小娟（山东省青岛理工大学汽车与交通学院）

设备设施风险管理是油田企业安全生产工作的重要组成部分，由于设备操作的复杂性，设备工艺的连续性和生产介质的高危险性，导致设备设施运行的高风险性，因此设备设施风险管理有着举足轻重的地位。本文以油田企业运行阶段的设备设施为研究对象，通过构建设备设施风险指标体系，从提高风险评价的精确性角度入手，建立设备设施风险定量分析与管理规则。涉及油田企业安全工作的多项内容，并将当前风险的影响提升到一个相对更高的层次，对提高整个油田企业生产管理体系的稳定性和可靠性具有重要意义。

油田设备 固有风险 当前风险 风险定量分析

引言

现代油田企业中，生产工艺连续化、自动化和设备设施大型化、集约化大大提高生产能力的同时也引起整个生产系统危险有害因素的活跃，并导致生产事故发生概率持续增加，事故后果严重程度不断升高。

大多数事故都与设备设施故障或不安全运行有着密切的联系，如振动、过热、腐蚀、磨损造成的泄漏、刺漏，气液冻堵、杂质堵塞引起的憋压、超压等等。设备设施故障是导致重大事故的主要因素，然而在油田企业生产体系中，从化工原料到最终产品大多是具有易燃、易爆、有毒、腐蚀的危险化学品，同时还伴有高温、高压的生产介质，导致各种设备设施事故诱发因素变得更为复杂。对油田企业事故的统计分析表明，虽然事故发生数量有逐年下降的趋势，但是在设备设施大型化、集约化发展的驱使下，事故危害性和每起事故平均损失的不断增加，并且事故的停产损失大多高于直接财产损失[1]， 这 不 仅 对 企 业 经 济 带 来 巨 大 打 击 ， 更 具 有 非常消极的社会影响。在这样一个庞大的生产系统中，实现对设备设施这一要素的风险分析管理是必要而急切的。

1 设备设施风险体系

对于设备设施风险管理这样一个复杂的系统，若要保证其稳定高效地运行，就必须分清系统层次结构，并在此基础上针对各个层次分析系统与系统、系统与要素以及要素与要素之间的信息关联和相 互 影 响 。 风 险 （Risk）=可 能 性 （Probability）×严 重 性 （Severity）。 在 风 险 评 价 过 程 中 ， 风 险 要 素可以视为两个相互独立的部分分别进行剖析和进一步地分解，并对分解后的各个分项指标进行统计运算和定量分析，最终在风险等级评定时加以权值的分配及量值的综合。设备设施风险可以根据事故发生可能性和事故后果严重性，划分为设备设施固有风险和当前风险两项一级指标，并且通过进一步的剖析和分解得到设备设施风险等级评定的九项二级指标 （图1）。

图1 设备设施风险指标体系层次

2 设备设施风险分析规则

设备设施风险分析规则是对各项风险指标定量计算方法的综合，以设备设施风险指标体系为基础，针对两级各项指标制定相应的定量计算方法。

2.1固有风险分析规则

固有风险分析规则的确定采用道化学和蒙德法的定量评价思路，对固有风险各项指标先进行定性分析，再给以量化处理，达到对设备设施风险进行初始评价的目的。由于四项指标对设备设施固有风险具有不同程度的影响，所以在综合四项指标计算固有风险值时，须对各项指标分配权限，得到各项指标的风险值及各自对固有风险的权系数后，可按照公式（1）量化设备设施固有风险。

式中：

Rg——设备设施固有风险值；

Fi——各项指标的风险值；

ωi——各项指标对固有风险的权系数。

为确保设备设施风险定量评价的准确性与合理性，下面设备设施固有风险四项指标的定量分析采用百分制，作为对各项指标风险值的定量计算的量化标准。

2.1.1 设备类型基本风险

对设备类型基本风险将从是否特种设备、用途和功能、检维修难易程度、购置安装总费用四方面展开分析，风险值由各分项值求和得到 （表1）。

表1 设备类型基本风险

设备类型基本风险定量评价表，针对各分项内容设定了取值范围，可采用先定性后定量的方式确定。同时，设备设施风险管理人员也可以分项内容的取值空间为参考，根据实际情况和历史经验进行设备类型基本风险值的选取以及维护和管理工作。

2.1.2 工艺节点基本风险

对工艺节点基本风险将从发生事故对人员环境的影响、发生故障对生产的影响、运行状态、负载状态四方面展开分析，风险值同样由各分项值求和得到 （表2）。

表2 工艺节点基本风险

工艺节点基本风险中，事故异常对人员环境及生产的影响作为工艺节点基本风险指标的关键和主要内容占有决定性比重。此外，持续超负荷运行的设备设施，其自然具有相对较高的风险，可通过增加工艺节点基本风险相应地提高设备设施所需的关注度。由于生产的需要，设备设施运行和负载状态很有可能会产生变动，运行状态甚至由间断运行转变为连续运行，或者出现加大设备负载的情况，受此影响，工艺节点基本风险值也会有相应的变化。

2.1.3 设备处置介质风险

设备处置介质风险的定量分析可从介质的道化学物质系数、毒性系数和物质数量三个方面入手：道 化 学 物 质 系 数 取 值 为 1～40； 毒 性 系 数 取 值 为 1～40； 物 质 数 量 取 值 为 1～1.25。 设 备 处 置 介 质 风 险 值由道化学物质系数与毒性系数的加和乘以物质数量获取。

2.1.4 设备工艺操作风险

设备工艺操作风险采用道化学及蒙德法进行分析，将其分为一般工艺操作风险和特殊工艺操作风险，并对各分项的取值范围进行了调整 （表3），以适应设备设施固有风险百分制的定量标准。

设备工艺操作风险定量分析是对设备内部物质状态危险性的一种描述并用数值的形式加以定义和表达，其一般及特殊工艺操作风险是影响事故后果严重程度的重要因素，如高温引起的烫伤，高压引发的应力腐蚀、机械伤害等。

表3 设备工艺操作风险

2.1.5 固有风险指标权限分析

关于设备类型基本风险、工艺节点基本风险、设备处置介质风险和设备工艺操作风险四项二级指标对设备设施固有风险权系数的分配，采用模糊层次 分 析 法 确 定[2-7]。 通 过 构 造 比 较 判 断 矩 阵 ， 并 由 判断矩阵一致性检验确定数据的可靠性。最后设备类型基本风险、工艺节点基本风险、设备处置介质风险以及设备工艺操作风险四项指标，对设备设施固有 风 险 的 权 限 值 分 别 为 0.120、 0.056、 0.581、0.243。

2.2当前风险分析规则

当前风险是对设备设施风险的补偿评价，根据设备设施风险指标分析，当前风险从监控管理执行情况、供应商可靠性信息、设备设施运行时间、设备问题故障比率以及安全技术管理措施五个方面展开分析，为设备设施总风险的定量计算提供补偿性评价系数。其计算公式如下所示。

式中：

Rd——设备设施当前风险系数值；

Fi——各项指标系数值。

对于当前风险评价系数的确定，参照道化学和蒙德法中关于安全措施补偿系数的量化思路，对公式 （2）中 的 各 项 系 数 取 接 近 1 的 值 ， 其 中 监 控 管理执行情况、供应商可靠性信息、设备设施运行时间和设备问题故障比率四项指标对应的补偿系数取大于或等于1的值，而安全技术管理措施补偿系数取值小于或等于1。

2.2.1 监控管理执行情况

设备设施监控管理执行情况评价系数的确定根据监控类型分别考虑，由于定期监控、运行测试、法定检验和检维修对设备设施安全稳定运行具有不同程度的影响和意义，因此，各项监控类型相应的重 要 性 系 数 值 如 下 ： 定 期 监 控 为 1.05、 运 行 测 试 为1.10、 法 定 检 验 为 1.18、 检 维 修 为 1.25。 此 外 ， 各项监控类型的执行对设备设施风险的影响还需考虑时效性。

综上设备设施监控管理执行情况评价系数 F5可通过下式计算获取。

式中：

F5——监控管理执行情况评价系数；

ki——各项监控类型重要性系数；

n——监控计划连续未执行次数。

2.2.2 供应商可靠性信息

设备设施供应商可靠性信息评价系数，是通过计算同一供应商提供的相同类型设备设施的报废率、设备设施附件类别和工艺比重来确定的。报废率可由下式得：

式中：

η——确定供应商可靠性信息的设备设施报废率；

C0——与设备设施质量相关的报废数量；

C——在用总量与报废总量之和。

设备设施类别比重系数，专属附件为2，通用附件为1。对于某些设备附件，虽然是专属附件，但是对主设备的工艺生产功能并无重要影响，如一些专用温度检测仪、流量计量仪等；相反，某些通用附件由于所在工艺位置非常重要，如工艺流程体系中一些生产或存储设备的旁通阀、泄压阀等，故其供应商可靠性对主设备风险具有较高比重。根据设备设施附件的工艺地位，由高到低确定工艺比重系 数 分 别 为 0.10、0.05、 0.02。

根据设备设施报废率以及设备附件对主设备风险的比重，可通过以下计算式确定设备设施供应商可靠性信息评价系数。

式中：

F6——供应商可靠性信息评价系数；

η——主设备报废率；

ηi——设备设施附件报废率；

n——设备设施附件数量；

xa——设备设施附件类别风险比重系数；

kb——设备设施附件工艺风险比重系数。

2.2.3 设备设施运行时间

对设备设施运行时间评价系数的确定以运行时间和故障率的二维曲线图为依据，并按照功能或工艺位置将油田企业设备设施分为生产设备和存储设备两大类，通过对两类设备的分别考虑完成这一指标 的 定 量 分 析[8-11]。 根 据 设 备 设 施 投 入 使 用 时 间 便可确定设备设施当前所在寿命周期阶段，进而确定各阶段的系数值。生产设备磨合期、稳定期、损耗期 分 别 为 1.08、 1.02、 1.15， 存 储 设 备 稳 定 期 、 损耗 期 分 别 为 1.01、 1.12。 设 备 设 施 运 行 时 间 评 价 系数即为设备设施当前所在寿命周期阶段的风险系数值。

2.2.4 设备问题故障比率

设备设施不同级别的问题故障对设备设施风险具有不同程度的影响，需要根据问题故障的级别给以不同的比重系数，并综合反映到设备问题故障比率的评价系数中。设备设施问题故障可分为五个等级 ， 各 级 风 险 比 重 系 数 分 别 为 ： 轻 微 0.4、 一 般0.6、 中 等 1.2、 严 重 2.0、 非 常 严 重 3.0。 根 据 各 问题故障级别的比重系数，以及设备设施监控管理提供的各级别问题故障次数，可通过以下计算式确定设备问题故障比率评价系数。

式中：

F8——设备问题故障比率评价系数；

ki——问题故障各级别风险比重系数；

ni——问题故障各级别发生次数；

t——主设备运行时间，d。

2.2.5 安全技术管理措施

从以上当前风险指标的定量规则来看，由于各项指标的系数值均为大于或等于1的数，补偿性评价在设备设施固有风险的基础上增大了设备设施的风险。根据风险指标分析，安全技术管理措施评价系数需从技术、管理两个方面，工艺控制、标准处置程序、岗位人员安全培训、应急资源配备四个角度展开定量分析，沿着降低设备设施风险的方向为定 量 计 算 提 供 补 偿 性 评 价 系 数[12-15]。 通 过 各 项 安 全补偿系数的乘积确定安全技术管理措施评价系数。

2.3油田企业设备总风险的定量计算

设备设施固有风险决定了设备设施事故后果的严重性，而设备设施当前风险则决定了设备设施当前发生事故的可能性或事故造成严重后果的可能性。根据风险的定义，设备设施总风险即为固有风险和当前风险的乘积，即设备设施风险初始评价值乘以补偿评价系数，可得计算式如下。

式中：

R——设备设施总风险值；

Rg、Rd——设 备设施 风 险 两 一 级 指标；

Fi——设备设施风险九项二级指标；

ωi——设备设施固有风险各项指标权限。

在 通 过式 （7）得到设 备 设 施总风 险 值后， 可针对定量计算结果对设备设施加以风险等级划分，使相关管理人员对其所辖设备设施目前的风险程度具有更加直观的认识和了解。设备设施总风险的等级评定及风险值范围设定如表4所示。

表4 设备设施总风险值等级划分

3 总结

油田企业设备设施风险的定量分析以道化学和蒙德法对生产工艺单元的危险定量方法为依据，对设备设施固有风险和当前风险进行定量和定性分析。在此基础上，通过对设备设施固有风险四项指标的权限分析，融合实际经验这一积极的要素，在设备设施当前风险的定量分析中，不仅考虑了安全措施补偿系数，而且将设备设施监控管理、供应商可靠性、投入使用时间、问题故障比率列入了设备设施风险补偿评价之中；强调了人员的生产管理活动对设备设施风险的影响，系统可以通过设备设施风险管理将油田企业的人员和设备有序结合，进而提高整个生产管理体系的稳定性和安全性。

[1]钱伯章.近年世界石化事故损失统计[J].石油炼制与化工,1993(6)．

[2]张 吉 军.模 糊 层 次 分 析 法（FAHP）[J].模 糊 系 统 与 数 学, 2000,14(2)．

[3]许树柏.层次分析法原理[M].天津:天津大学出版社, 1988．[4]高辉,李慧民.工程质量风险的模糊层次分析[J].西北建筑工程学院学报(自然科学版),2002,19(1):52-55．

[5]姚 敏,张 森.模 糊 一 致 矩 阵 及 其 在 决 策 分 析 中 的 应 用[J].系统工程理论与实践,1998,18(5):78-81．

[6]周艳美,李伟华.改进模糊层次分析法及其对任务方案的评价[J].计算机工程与应用,2008,44(5):212-214．

[7]张黎,张波.电气设备故障率参数的一种最优估计算法[J].继电器,2005,33(17):31-34．

[8]李 瑞 莹,康 锐.基 于 ARMA 模 型 的 故 障 率 预 测 方 法 研 究[J].系统工程与电子技术,2008,30(8):1588-1591．

[9]董晟飞,马秀红.基于回归分析的故障率预测模型[J].国外电子测量技术,2005(5):28-29．

[10]陈卓.基于时间序列的设备缺陷预测的研究[D].辽宁工程技术大学,2005．

[11]师立晨,多英全,曾明荣,等.安全措施在定量风险评价中量化表征的研究[J].中国安全生产科学技术,2010, 6(1):73-77．

[12]李民,谢国山.定量风险评估技术在石化装置中的应用[J].当代石油石化,2007,15(8):29-32．

[13]青 岛 安 全 工 程 研 究 院.石 化 装 置 定 量 风 险 评 估 指 南[M].北京:中国石化出版社,2007．

[14] ReynoldsJ T． TheApplicationof Risk-Based Inspection Methodology in the Petroleum and Petrochemical Industry[J].ASME PVP,1996，336: 125-134．

[15]AmericanPetroleumInstituteRisk-BasedInspection Base Resource Document API 581[S]. FirstEdition,2000,5．

10.3969/j.issn.2095-1493.2013.012.014

2013-08-25）

张全解，硕士 （在读），从事油田企业设备安全管理 和 监 控 工 作 ，E-mail： zhang_quanjie@163.com， 地 址 ： 山 东 省 青岛市四方区抚顺路11号青岛理工大学，266033。